Сверхизлучение протяженных электронных сгустков

В качестве метода генерации ультракоротких электромагнитных импульсов в ИПФ было предложено использовать индуцированное излучение пространственно-локализованных электронных ансамблей (сгустков), либо захваченных в магнитную ловушку (В. В. Железняков, В. В. Кочаровский, Вл. В. Кочаровский), либо движущихся в волноведущих структурах (Н. С. Гинзбург, И. В. Зотова). Излучение таких сгустков можно рассматривать как классический аналог известного в квантовой электронике сверхизлучения (СИ) Дике, при котором ансамбль инвертированных атомов излучает электромагнитный импульс с малой по сравнению с временами релаксации длительностью.

На основе эффектов СИ в совместных исследованиях ИПФ, ИЭФ УрО и ИСЭ СО РАН разработан новый класс мощных микроволновых генераторов с ультракороткой длительностью импульсов (до 0,3–1 нс). Продемонстрировано СИ, связанное со стимулированным циклотронным, ондуляторным, черенковским механизмами излучения протяженных электронных сгустков, а также СИ, возникающее в процессе вынужденного рассеяния волны накачки.

Максимальная мощность СИ (при высокой стабильности и повторяемости формы импульса) получена для черенковского взаимодействия прямолинейно движущегося сгустка с синхронной пространственной гармоникой обратной волны периодической замедляющей системы (в длинноимпульсном варианте аналогичный механизм излучения используется в ЛОВ). Реализованы режимы, в которых проскальзывание излучения относительно электронного сгустка приводит к кумулятивному увеличению амплитуды импульса СИ из-за его взаимодействия с различными электронными фракциями и пиковая мощность излучения превышает мощность электронного пучка.