УСТРОЙСТВО ГЕНЕРАЦИИ ИМПУЛЬСОВ ШИРОКОПОЛОСНОГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ СВЧ- ДИАПАЗОНА
DEVICE FOR GENERATION OF BROADBAND ELECTROMAGNETIC RADIATION OF UHF RANGE

Изобретение относится к технике СВЧ и может быть использовано при разработке генераторов мощных широкополосных электромагнитных импульсов (ЭМИ) в сантиметровом диапазоне длин волн.
Известно устройство для генерации широкополосного электромагнитного излучения (ЭМИ) СВЧ-диапазона, описанное в патенте РФ №2488909, опубл. 27.07.2013, под названием «Способ генерации широкополосного электромагнитного излучения (ЭМИ) СВЧ-диапазона и устройство для его осуществления», включающий в себя плоский вакуумный фотодиод, систему ввода лазерного излучения (ЛИ), обеспечивающую наклонное падение ЛИ на фотокатод, систему вывода ЭМИ, вакуумную камеру, расположенную над анодом, импульсный или импульсно-периодический лазер, генератор импульсов напряжения, содержащий несколько одинаковых элементов, состоящих из плоского фотодиода с отражающими ЭМИ электродами и вакуумной камеры над ним, соединенных в стопку, системы ввода ЛИ и вывода ЭМИ расположены на противоположных торцах фотодиодов.
К недостаткам данного изобретения следует отнести следующее.
Для инициирования эмиссии электронов с фотокатода используется отражение лазерного излучения от поверхностей электродов. Однако фотокатоды с высокой квантовой эффективностью имеют низкий коэффициент отражения излучения, что приведет к существенному ограничению рабочей длины катода и неравномерной эмиссии электронов по длине катода, либо к необходимости использовать неэффективные фотокатоды е большим коэффициентом отражения.
Наиболее близким и выбранным в качестве прототипа является техническое решение, описанное в работе А.А. Кондратьев, Ю.Н. Лазарев, А.В. Потапов и др. «Экспериментальное исследование генератора ЭМИ СВЧ-диапазона на основе сверхсветового источника», Доклады РАН, 2011, Т. 438, №5, С. 615, включающее в себя анод, вакуумный фотодиод с плоским фотокатодом, систему ввода лазерного излучения (ЛИ), обеспечивающую наклонное падение ЛИ на фотокатод, систему вывода электромагнитного излучения (ЭМИ), импульсный или импульсно-периодический лазер, источник напряжения.
Недостатком данного технического решения является использование в генераторе прозрачного для электронов анода, выполненного в виде сетки из тонких проводящих элементов. При работе фотодиода в частотно-импульсном режиме возможен их быстрый нагрев, провисание и замыкание катод-анодного зазора. Другим недостатком является попадание высокоэнергетичных электронов на окно ввода лазерного излучения, что приводит к десорбции газов отравляющих фотокатод, тем самым, уменьшая срок службы фотодиода.
Задача настоящего изобретения заключается в создании устройства, позволяющего повысить эффективность генерации и получить импульсы широкополосного ЭМИ СВЧ-диапазона в частотном режиме работы, при этом сохранить и продлить срок службы фотодиода.
Это достигается тем, что в устройстве генерации импульсов широкополосного электромагнитного излучения СВЧ-диапазона, включающем в себя анод, вакуумный фотодиод с плоским фотокатодом, систему ввода лазерного излучения (ЛИ), обеспечивающую наклонное падение ЛИ на фотокатод, систему вывода ЭМИ, импульсный или импульсно-периодический лазер, источник напряжения, согласно изобретению, анод выполнен в виде набора проводящих пластин, установленных с перекрыванием свободного пролета электронов, вылетающих в перпендикулярном направлении к поверхности фотокатода, с зазором между собой и зафиксированных под углом к фотокатоду.
Кроме того, пластины анода выполнены совместно с пружинными элементами.
Технический результат заключается в том, что удалось повысить эффективность генерации за счет того, что ЭМИ выводится из разрядного промежутка не через торец, а между анодными пластинами, образуя тем самым единичные источники ЭМИ, излучение которых когерентно складывается в узконаправленный пучок, выходящий в направлении зеркальном углу падения лазерного излучения, через которые и вводится инициирующее лазерное излучение, увеличить длительность непрерывной генерации за счет использования более массивных, чем проволочки, пластин с пружинными элементами для предотвращения их деформации, а также увеличить срок службы фотодиода, предотвратив попадание ускоренных электронов на входное окно.
Наличие в заявляемом изобретении признаков, отличающих его от прототипа, позволяет считать его соответствующим условию «новизна».
Новые признаки устройства генерации импульсов широкополосного электромагнитного излучения СВЧ-диапазона (анод выполнен в виде набора проводящих пластин, установленных с перекрыванием свободного пролета электронов, вылетающих в перпендикулярном направлении к поверхности фотокатода, с зазором между собой и зафиксированных под углом к фотокатоду) не выявлены в технических решениях аналогичного назначения. На этом основании можно сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию «изобретательский уровень».
На чертеже изображен пример выполнения устройства генерации импульсов широкополосного электромагнитного излучения СВЧ-диапазона, на котором обозначены следующие позиции:
1 - плоский фотокатод;
2 - анод.
Устройство генерации импульсов широкополосного электромагнитного излучения СВЧ-диапазона представляет собой плоский фотокатод 1 и расположенный на некотором от него расстоянии анод 2, который выполнен в виде проводящих пластин, установленных под углом к поверхности фотокатода 1. Пластины, установлены с перекрыванием свободного пролета электронов, вылетающих в перпендикулярном направлении к поверхности фотокатода 1.
Работа устройства генерации импульсов широкополосного электромагнитного излучения СВЧ-диапазона, изображенного на чертеже, начинается с подачи импульса напряжения на катод-анодный промежуток. В момент достижения максимума напряжения фотокатод 1 (например, сурьмяно-цезиевый) облучают импульсным лазерным излучением с плоским фронтом, наклонно падающим на него через анод 2, выполненный в виде проводящих пластин, например из коррозионностойкой стали 12Х18Н9Т, создают импульс тока, распространяющегося вдоль межэлектродного промежутка со сверхсветовой фазовой скоростью, осуществляют генерацию ЭМИ внутри разрядного промежутка и вывод ЭМИ через зазоры между пластинками анода 2, выполненными совместно с пружинными элементами, образуя тем самым единичные источники ЭМИ. Излучение единичных источников, когерентно складывается в узконаправленный пучок, выходящий в направлении зеркальном углу падения лазерного излучения.
Заявляемое устройство генерации импульсов широкополосного электромагнитного излучения СВЧ-диапазона позволило добиться повышения эффективности генерации, получить импульсы широкополосного ЭМИ СВЧ-диапазона в частотном режиме работы и при этом увеличить срок службы фотодиода.
Для заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в формуле изобретения, экспериментально подтверждена работоспособность устройства генерации импульсов широкополосного электромагнитного излучения СВЧ-диапазона и способность достижения усматриваемого заявителем технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «промышленная применимость».