Формирование волновых пучков и явления дифракции в квазиоптических резонансных системах тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.05 ВАК РФ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ М.В. ЛОМОНОСОВА

-----РГК од

Физически» факультет

1 7 мюп 2000

На правах рукописи УДК 621.372

АФОНИИ Дмитрий Гаврилович

ФОРМИРОВАНИЕ ВОЛНОВЫХ ПУЧКОВ И ЯВЛЕНИЯ ДИФРАКЦИИ В КВАЗИОПТИЧЕСКИХ РЕЗОНАНСНЫХ

СИСТЕМАХ

Специальность: 01.04.05 -оптика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Москва - 2000

Работа выполнена на физическом факультете МГУ им. М.В.Ломоносова.

Официальные оппоненты:

академик РАН В.В. МИГУЛИН

доктор физико-математических наук А.И. КЛЕЕВ

доктор физико-математических наук A.C. КОВАЛЕВ

Ведущая организация: Институт радиотехники и электроники РАН (г. Москва)

Защита состоится " /¿/¿г? _ 2000 года в часов на

заседании диссертационного совета Д053.05.80 в НИИЯФ МГУ им. М.В.Ломоносова по адресу: 119899, Москва, Воробьевы горы, МГУ, 19 корпус НИИ ядерной физики.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НИИ ядерной физики физического факультета МГУ.

Автореферат разослан: _2000 года

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор физико-математических наук,

профессор л ^ А. Н. ВАСИЛЬЕВ

0345.2,0$

ВЗУЗ. у 03

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ

Необходимость совершенствования лазеров и продолжение процесса освоения области спектра электромагнитных волн, расположенной между видимым и сантиметровым диапазонами, стимулируют создание и модернизацию электродинамических квазиоптических систем.

Распространение электромагнитных волн в открытых резонансных системах (ОРС), в линзовых или зеркальных линиях передач сопровождается формированием волновых пучков, структура поля в поперечном сечении которых, как правило, описывается полиномами Эрмита-Гаусса или ЛагерраТаусса и поле сконцентрировано вблизи оси системы. Продольные размеры таких гауссовых пучков значительно превосходят размеры поперечные, и при их рассмотрении часто используют методы асимптотической теории дифракции.

При экспериментальном изучении гауссовых пучков в оптике и для коррекции их характеристик применяются' средства адаптивной оптики; ряд специфических особенностей поведения волновых пучков изучен при исследовании обращения волнового фронта (ОВФ) и открытых систем (ОС) с ОВФ-зеркалами.

В большинстве применений ' ОРС используются в качестве электродинамических Систем, в которых осуществляется взаимодействие электромагнитных волн с веществом.

Для устройств с электронным пучком в миллиметровом-субмиллиметровом диапазонах стало традиционным использование пространственно-развитых резонансных систем, примерами которых являются нерегулярные волноводные системы гиротронов и устройств с высокоэнергетическими электронными пучками, двухзёркальные открытые резонаторы (ОР) с дифракционной решеткой ГДИ-оротронов.

Однако, для эффективной работы современных гиротронов в субмиллиметровом диапазоне необходимы огромные магнитные поля, устройства с релятивистскими пучками требуют использования громоздких ускорительных машин.

Генераторы типа ГДИ-оротронов, как и ЛОВ-генераторы, являясь устройствами с поверхностной волной, теряют эффективность работы в субмиллиметровом диапазоне. Твердотельные же генераторы типа ЛПД и диоды Ганна устойчиво функционируют лишь в миллиметровом диапазоне. '■,..".-....■.

Из сказанного выше следует необходимость поиска новых механизмов эффективного взаимодействия электрОхмагнитных волн с

веществом, поисков электродинамических систем, способных обеспечить такое взаимодействие.

Несмотря на большое число публикаций по результатам исследований электродинамических систем и их использования в миллиметровом-субмиллиметровом диапазонах, остается нерешенным целый круг задач, связанных с разработкой и применением квазиоптических резонансных систем (КРС).

При их решении необходимо учитывать, что при переходе от светового диапазона, в котором ОРС первоначально начали исследоваться и применяться в качестве электродинамических систем, к более:'длинноволновым диапазонам, где размеры резонансных систем сравнимы с характерными размерами существующих в них волновых пучков, характеристики РС и волновых пучков становятся более взаимозависимыми. Это влечет за собой необходимость подробного и систематического рассмотрения и учета такого взаимовлияния.

До настоящего времени к малоизученным относятся вопросы согласования КРС с внешними трактами, не проведено систематическое исследование свойств двухзеркальных ОР с дифракционным выходом, не рассмотрены1 возможности регулирования параметров такой связи при изменении частоты и геометрии ОР. Нерешенными остаются и отдельные вопросы оптимизации сосредоточенной связи двухзеркальных ОР с внешними трактами, осуществляемой посредством малых одиночных отверстий связи в зеркалах. Однако при использовании ОР в различных устройствах важнейшие характеристики приборов в значительной степени определяются свойствами и параметрами связи ОР с внешними трактами.

Отсутствуют детальные экспериментальные исследования свойств КРС со слаботочным электронным пучком, маловозмущающим электромагнитное поле РС. Не проведены комплексные исследования и анализ дисперсионных характеристик и эффективности взаимодействия электронного пучка с высшими пространственными гармониками КРС миллиметрового- субмиллиметрового диапазонов с дифракционными решетками с периодом много меньшим длины волны. Результаты таких исследований необходимы при создании приборов с КРС и периодическими структурами.

Использование КРС в качестве резонансных систем в приемных устройствах этих диапазонов являются еще крайне редким. Не созданы, в частности, оптимальные конструкции высокочувствительных электронных детекторов с КРС, стойких к механическим и электрическим перегрузкам.

Неисследованными остаются важные для практических применений модификаций ОРС, сочетающие в себе элементы волноведущих структур

и ОР, разнообразные связанные диэлектрические и металлодиэлектрические системы, а также ОР с различными включениями.

Отметим также, что изученные ранее вопросы, относящиеся к электродинамическим системам оптического диапазона, требуют при переходе к мшхлиметровому-субмилдиметровому диапазонам, как правило, дополнительного рассмотрения и учета краевых эффектов.

Решение обозначенных выше задач связано в основном с проведением экспериментальных исследований и требует создания, совершенствования и автоматизации на современном техническом уровне методик для изучения электродинамических систем.

Таким образом, исследование процессов формирования волновых пучков и явлений дифракции в квазиоптических резонансных системах является актуальным и представляет несомненный научно-практический интерес.

ЦЕЛЬ И ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ РАБОТЫ

Целью диссертационной работы является изучение преобразования волновых пучков в резонансных системах открытого типа, систематизация влияния возмущающих факторов и дифракции на характеристики КРС.

В работе проводится рассмотрение и учет с единых позиций факторов, определяющих формирование волновых пучков в различных КРС, и нахождение взаимосвязи геометрии и параметров возмущающих элементов с характеристиками волновых пучков в конкретных КРС.

При этом ставились следующие задачи:

- исследование влияния возмущающего действия элементов распределенной и сосредоточенной связи на свойства волновых пучков в отдельных ОР и в цепочке связанных ОР; доведение этих результатов до возможности их практического применения: получение рекомендаций для расчета ОР с заданными характеристиками связи с внешними трактами;

- изучение эффективности взаимодействия электронного пучка с электромагнитными полями в ОРС, в том числе и с пространственными гармониками периодических структур, экспериментальное определение дисперсионных свойств КРС с электронным пучком и выявление наиболее эффективных режимов для использования в конкретных приборах; реализация макета электронного детектора;

- рассмотрение свойств систем связанных КРС и ОР с разнообразными включениями;

- создание автоматизированного комплекса и отработка методик для исследования ОРС и свойств вещества в миллиметровом диапазоне.

Совокупность представленных в диссертационной работе результатов мржно квалифицировать как новое крупное достижение в развитии научного направления на стыке оптики, лазерной физики и радиофизики миллиметрового- субмиллиметрового диапазонов

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ РЕЗОНАНСНОЙ КВАЗИОПТИКИ.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА

В результате проведенных в рамках диссертационной работы исследований получены новые научные представления о физических свойствах широкого класса электродинамических систем открытого .типа, характеристиках различных типов связи с внешними трактами и влиянии дифракции на формирование волновых пучков в таких системах. Предложены и апробованы новые решения при создании приборов с резонансными системами такого типа.

В работе получены следующие новые результаты:

1. Проведено комплексное изучение вопросов формирования волновых пучков в двухзеркальных ОР с конфигурацией отражателей, близкой к границе устойчивости; при этом впервые

получены аналитические соотношения ( и области их применимости), определяющие электродинамические характеристики таких ОР при возбуждении в них низших типов колебаний,

найдены условия, необходимые для осуществления в концентрических ОР перестраиваемой дифракционной связи с внешними трактами; с применением нового подхода определены пределы изменения апертуры, радиусов кривизны зеркал и расстояния между ними при работе ОР в одномодовом режиме для получения необходимых характеристик дифракционной связи - ; рабочего диапазона и коэффициента связи. Это позволило расеитать, изготовить и экспериментально исследовать полуконцентрический ОР для применения в качестве резонансной системы микротрона субмиллиметрового диапазона.;

2,-Выполнен цикл исследований КРС с периодическими структурами в холодном и горячем ( с электронным пучком) режимах работы. Впервые с применением новых методик в КРС с дифракционными решетками экспериментально обнаружено взаимодействие слаботочного электронного пучка с высшими гармониками (вплоть до десятой) в дифракционном режиме, в режимах ЛОВ и ЛБВ.

Результаты проведенных исследований использованы при создании новых приборов - электровакуумного детектора, с КРС с периодической структурой, ГДИ-автодина, а также ГДИ-оротрона с улучшенными характеристиками, (уменьшенными пусковыми токами, ускоряющими напряжениями и фокусирующими магнитными полями).

3. Проанализированы свойства сосредоточенной связи с внешними трактами двухзеркалышх ОР при использовании для этих целей малых отверстий в зеркалах. Получено соотношение между амплитудой поля в ОР и в Подводящем прямоугольном волноводе при возбуждении в ОР основного типа колебания. Изучена зависимость отношения этих амплитуд от геометрии и параметров резонатора, сформулированы условия оптимизации такой связи, выработаны рекомендации для различных применений ОР с таким; типом : связи. Результаты проведенного рассмотрения подтверждены экспериментально в миллиметровом диапазоне. ! .

4., Проделан анализ возмущающего действия малого сферического тела в шарообразном резонаторе, а также тонкого диэлектрического стержня, плоскослоистого тела, сверхразмерного круглого волновода, размещенных в двухзеркалышх ОР, на характеристики резонаторов. Полученные при этом теоретические и экспериментальные результаты использованы как при разработке резонансных систем приборов, так и для целей диагностики вещества. С применением новой универсальной методики в миллиметровом диапазоне исследованы свойства диэлектриков, слабоионизированной плазмы, ВТСП.

5. Для исследования КРС в миллиметровом диапазоне создан автоматизированный комплекс, позволяющий изучать как электродинамические характеристики резонансных систем ( спектр, распределение поля типов колебаний, добротность), так и исследовать свойства вещества. Использование этого комплекса позволило исследовать КРС (с большой точностью и достоверностью) при фиксированной и изменяемой геометрии, а также знатательно ускорить и упростить процесс обработки и получения результатов в окончательной форме.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ

В представленной диссертационной работе решен большой круг задач, связанных с разработкой, исследованием и применением электродинамических систем открытого типа.

С целью применения.; КРС в генераторных схемах и приемных устройствах миллиметрового- субмиллиметрового диапазонов изучены свойства и рассмотрены ; вопросы оптимизации . дифракционной и сосредоточенной связи двухзеркалышх ОР с внешними трактами. С этой же целью проведены комплексные исследования дисперсионных характеристик КРС с периодическими структурами и эффективности

взаимодействия электронного пучка с высшими пространственными гармониками в таких системах.

Совокупность полученных результатов послужила основой для выработки рекомендаций по оптимизации конструкций электронных приборов типа ГДИ-оротронов, привела к созданию электронного детектора с КРС.

Практическая значимость работы заключается и в том, что в процессе ее выполнения предложен и реализован ряд оригинальных методик как для исследования характеристик различных ОРС, так и для изучения свойств вещества.

Ряд научных и научно-производственных учреждений использовали в своей практике результаты, полученные в данной диссертации:

- для НИИ ядерной физики при Томском политехнического институте рассчитаны и изготовлены двухзеркальные ОР с дифракционной связью для применения в ЛСЭ субмиллиметрового диапазона длин волн,

- для института спектроскопии АН России (г. Троицк Московской области) разработан, элементный узел - двухэлектродный промежуток с виртуальным катодом - для газового спектранализатора;

- в ЦНИИМАШе (г. Калининград Московской области) использованы методики и результаты исследования диэлектриков и слабоионизованной плазмы,

- в институте радиофизики и электроники АН Украины (г.Харьков) при создании ГДИ-автодина использованы результаты, полученные ранее при исследовании дисперсионных характеристик ОРС и электровакуумного детектора с виртуальным катодом;

- в научно-исследовательском объединении "Исток" (г. Фрязино Московской области) применены методики исследования ОРС при помощи промежутка с виртуальным катодом, с использованием элементов вакуумной технологии этого объединения создан экспериментальный экземпляр электровакуумного детектора миллиметрового диапазона.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ

1. Достаточная для практики точность расчетов, электродинамических характеристик двухзеркальных: ОР. с зеркалами слабо искривленными вблизи плоской геометрии обеспечивается применением теории возмущений и матриц рассеяния при числах Френеля 0,5<Ж2 вплоть до геометрии, при которой* имеет место вырождение по потерям низших симметричных типов • колебаний:1 При параметре конфигурации g<l граница применимости этих результатов расположена ближе к области

из-за резкого уменьшения потерь при переходе в устойчивую область ^ = где И, Ь -соответственно радиус кривизны зеркал и

расстояние между зеркалами). Для двухзеркальных ОР с геометрией близкой к концентрической эта результаты обобщаются с применением принципа эквивалентности ОР.

2. Перестройка по длине двухзеркального концентрического ОР с зеркалами разной апертуры в область неустойчивой геометрии приводит для основного типа колебаний (при условии пропорциональности апертур зеркал их радиусам кривизны) к уменьшению относительной амплитуды поля на краях большего зеркала и преобладанию потерь на краях меньшего зеркала. Такая трансформация в распределении поля па зеркалах концентрического ОР позволяет реализовать новый тип связи с внешними трактами - регулируемую дифракционную связь. Эффективное регулирование или поддержание постоянной величины дифракционной связи при' изменении в широких пределах частоты возбуждения ОР в одномодовом режиме работы осуществляется путем незначительного изменения расстояния между зеркалами ОР вблизи концентрической геометрии, причем наиболее эффективно это происходит при Р1/Р.2<0,5 (^Дг - радиусы кривизны зеркал).

3. Путем развитая квазиоптического подхода к расчету двухзеркальных почти концентрических ОР с дифракционной связью определяются все геометрические параметры таких резонаторов: размеры апертуры, радиусы кривизны зеркал и расстояние между ними для получения необходимого коэффициента связи в заданном рабочем диапазоне.

4. При осуществлении сосредоточенной связи двухзеркальных ОР с внешними трактами посредством малых одиночных круглых отверстий связи в центре зеркал, эффективное согласование достигается при оптимальном радиусе отверстия связи,.: определяемом из полученного соотношения. Наилучшее согласование сферического (или полусферического) ОР с внешними металлическими волноводными трактами (с волной НоО осуществляется нри уменьшении радиуса кривизны зеркал и при наименьших возможных расстояниях между отражателями, либо при 1>11\2.

5. Дифракционные решетки с периодом много меньшим рабочей длины волны, размещенные на одном из отражателей КРС, способны формировать вблизи своей поверхности электромагнитное поле такой структуры, которое обеспечивает эффективное взаимодействие с пропускаемым вблизи их поверхности в вакууме электронным пучком

как на основных, так и на высших гармониках не только в дифракционном и JIOB-режимах, но и в режиме типа ЛЕВ. Режим типа ЛЕВ характерен для низкодобротных КРС, состоящих из двух отражателей - рупора и плоского зеркала с дифракционной решеткой, в которых за счет наклонного падения электромагнитной волны резонансного колебания КРС на дифракционную решетку наиболее благоприятны условия для формирования поверхностных волн.

6. Двухэлектродный промежуток с электронным пучком в вакууме в режиме задерживающего потенциала (в частности - с виртуальным катодом) является удобным и достаточно чувствительным элементом при его использовании в качестве инструмента для исследования дисперсионных характеристик ОРС с дифракционными решетками или внутреннего детектирующего элемента в электронных приборах с КРС.

7. Соотношения для расчета спектров и добротности двухзеркального полусферического ОР с малопоглощающим плоскослоистым телом и шарообразного ОР с образцом в форме сферы служат целям исследования свойств твердого тела. Автоматизированный комплекс, созданный на базе персонального компьютера, позволяет не только значительно упростить и ускорить (почти в 100 раз по сравнению с ручными измерениями) процесс экспериментальных исследований электродинамических характеристик КРС в миллиметровом диапазоне, но и проводить диагностические исследования вещества, при этом за счет оригинального схемного и программного решений комплекс позволяет исследовать во всем миллиметровом диапазоне практически любые ОРС как с перестраиваемой, так и с фиксированной геометрией, расширяет предел измеряемых значений добротности (почти в 10 раз, с повышением точности измерений), отстраивается от внешних и внутренних помех и улучшает разрешение при одновременном возбуждении КРС на нескольких типах колебаний. :

8. Для двухзеркального полусферического ОР со сверхразмерным волноводом вне апертуры зеркал характерным является немонотонность изменения потерь при изменении отношения радиуса кривизны сферического зеркала (R) к длине волновода (Lg) - R/Lb, потери в такой системе минимально при R/Lb=0.5 . В зависимости от длины волновода добротность такого ОР меняется периодически, достигая максимальных значений при нечетном числе четверти волны в волноводе. Добротность двухзеркального ОР с плоскими зеркалами и диэлектрическим стержнем вдоль оси системы монотонно возрастает при уменьшении диаметра стержня, в случае слабопоглощающего тонкого стержня добротность такой КРС достигает значений (1.5- 2)102.

ЛИЧНЫЙ ВКЛАД АВТОРА

Постановка задач по исследованию квазиоптических резонансных систем и диагностике вещества, а также идея создания и реализация оригинальных методик измерений и автоматизированного комплекса, принадлежат автору.

Осуществление продвижения электронных детекторов с виртуальным катодом в миллиметровый-субмиллимечровьш диапазоны с использованием ОРС предложено доцентом А.И.Костиенко и ныне покойными профессором М.Н.Девятковым и доцентом Ю.В.Гороховым. Совместно с ними выполнены и опубликованы соответствующие работы.

На начальных стадиях работы в проведении исследований по виртуальному катоду и ОР принимал участие Ю.А.Пирогов; он соавтор по этим работам.

А.П.Сухоруков был инициатором проведения исследований высокотемпературных сверхпроводников; совместно с ним опубликованы работы по диагностике вещества.

Совместно с В.Г.Богомоловым выполнены работы по исследованию ОР с дифракционным выходом. В соавторстве с А.Ф.Королевым и Н.Д.Бояринцевым выполнены работы по ОР с цилиндрическими трубами и резонаторам с дифракционным выходом. Совместно с Ю.К.Алексеевым опубликованы работы по исследованию ОР с плоскослоистым телом, диагностике вещества и применению ОР в электронике. В.И.Ктиторов -соавтор в работах по ОР с сосредоточенной связью.

Автор принимал самое непосредственное участие во всех этапах выполнения диссертационной работы от планирования исследований, их проведения, анализа результатов и формулировки выводов до подготовки публикаций. -

Помощь в проведении экспериментальных исследований и расчетов осуществляли А.К.Малышкин, Е.Р.Канунов и студенты-дипломники 19681999 годов выпуска.

Автор выражает всем, принявшим участие в работе, искреннюю признательность и благодарность.

ДОСТОВЕРНОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ -

зависит, в основном, от надежности и точности методик, применяемых в исследованиях. Проработка этих методик проводилась с особой тщательностью и осуществлялся контроль за точностью совпадения экспериментальных и теоретических результатов; при этом анализировалось также соответствие получаемых результатов общим физическим принципам и закономерностям.

АПРОБАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ

Основные результаты диссертационной работы докладывались на следующих конференциях и семинарах:

- Всесоюзных конференциях по электронике СВЧ (Минск-1969, Томск-1972, Минск-1983, Орджоникидзе-1986),

.-VI Всесоюзной конференции по физике вакуумного ультрафиолетового излучения и взаимодействия излучения с веществом (Москва-1982),

- IV Всесоюзном семинаре по релятивистской высокочастотной электронике (Москва-1984);

- Всесоюзном научном семинаре "Методы синтеза и применение многослойных интерференционных систем" (Москва-1984), . ,

- VIII Всесоюзном симпозиуме по сильноточной электронике (Свердловск-1990);

- Всесоюзном семинаре "Математическое моделирование и применение явлений дифракции" (Москва-1990),

- Всесоюзных конференциях "Физические проблемы волоконнооптической связи" (Севастополь-1990, Севастополь-1991);

- Всесоюзной конференции "Радиофизическая информатика" (Москва-1990),

- Всесоюзных школах-семинарах "Физика и применение микроволн" (Москва-1991, Москва-1993, Москва-1995);

- Международных конференциях "Физические проблемы оптической связи и обработки информации" (Севастополь-1992, Севастополь-1993), .

- Международной конференции "Signals and systems" (Женева-1992);

- Международной . конференции "Information processings" (США, Флорида, Орланда-1993),

- Международной конференции "Systems, analys, control and desing" (Лондон-1993),

- Международной конференции "Information and Systems, methods applied to engineerings problems" (Мальта, Средиземноморье-1993),

- Международных конференциях "Advanced lasers technologies" (Прага, Чехия-1993, Коцстанц, Германия-1994);

-Всероссийской школе-семинаре:, "Волновые; явления в неоднородных средах" (Москва-<1994Д996),

- Международной конференции НАТО: "Optical Resonators - Science and Engineering" (Смоленица, Словакия,, 199.7);

- Международной конференции "Оптика лазеров-98" (Санкт-Петербург, 1998);

- VI Международной конференции "Лазерные технологии-98"(Шатура> 1998); ■

III Международном симпозиуме "Физика и применение миллиметровых и субмиллиметровых волн" (Харьков, 1998);

III Международной конференции "Antenna: Theory and Techniques"(CeBacTonoflb, 1999);

- Международной межуниверситетской конференции "Electronics and Radiophysics of Ultra-High Frequencies" (Санкт-Петербург, 1999),

- Конференции "Оптика-99" (Санкт-Петербург, 1999);

- Ломоносовских чтениях МГУ (Москва-1984, Москва-1989);

- Научных семинарах физического факультета МГУ, научного объединения "Исток" (г.Фрязино Московской области), института электронного машиностроения (г. Москва), ЦНИИМАШа (г. Калининград Московской области), НИИ ядерной физики при Томском политехническом институте, института радиофизики и электроники АН Украины (г.Харьков), института общей физики РАН, государственного оптического института РАН (г. Санкт-Петербург), института Физических проблем PAJI им. академика П.Л.Капицы.

ПУБЛИКАЦИИ

Основные результаты диссертации изложены в 89 научных публикациях; список 60 основных из них приведен в конце автореферата.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ

Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения и списка литературы. Она содержит 331 страницу текста, включая 4 таблицы, 98 рисунков и список цитируемой литературы из 258 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, формулируются цель и задачи работы, приводятся основные результаты и положения, выносимые на защиту. Здесь же раскрывается научная новизна и практическая значимость выполненной работы, кратко излагается содержание диссертации.

Первая глава посвящена исследованию КРС с гладкими зеркалами. В обзорной форме описываются методы теоретического и экспериментального исследования ОРС. В качестве основных подходов к теоретическому рассмотрению ОРС приведены методы геометрической оптики, метод аналогии между ОР и открытым волноводом, методика параболического уравнения и применение скалярной теории дифракции

Кирхгофа при решении волнового уравнения. Наиболее подробно рассмотрена методика расчета ОР с применением матриц рассеяния и теории возмущений, примененная в диссертации для изучения характеристик двухзеркальных ОР с неустойчивой геометрией. Кратко обсуждены экспериментальные методы исследования спектра ОРС и распределения поля типов колебаний, измерения добротности.

Следующая часть главы посвящена теоретическому исследованию двухзеркальных ОР с геометрией зеркал незначительно отличающихся от . плоского случая. С применением теории возмущений находится приближенное решение уравнения Фредгольма второго рода. В качестве невозмущенного случая принимается симметричный плоский резонатор, для которого Л.А.Вайнштейном получена система собственных функций, ортогональных с точностью до ( N = аг/Я£ - число Френеля, а -

радиус апертуры зеркала, А, - длина волны в свободном пространстве, Ь -расстояние между центрами зеркал). С такой же точностью для трех низших типов колебаний получены аналитические выражения доя распределения амплитуды поля и фазы на зеркалах, потерь и дополнительного к геометрическому фазового сдвига за проход между зеркалами. Результаты для ОР с почти плоской геометрией при условии пропорциональности апертур зеркал их радиусам кривизны обобщены с применением условий эквивалентности резонаторов на случаи ОР с почти концентрической геометрией. В аналитической и графической форме получены результаты исследования низших типов колебаний. Для основных типов колебаний и ОЦ величина потерь на проход

при <70=1 (а0=-Л —) может быть рассчитана в соответствии со аг

следующими формулами:

-1,44

(I)

5..=_ и _ о . Ь!

где

Яг - радиусы кривизны зеркал (индексы "1" и "2" соответствуют вогнутому зеркалу большей апертуры и выпуклому зеркалу); потери на проход основных типов колебаний симметричного плоского резонатора с числом Френеля N=N0/1. На рис. 1 приведены потери основных

типов колебаний в зависимости от I при различных параметрах 1^).

— §

■ 0.8

06

ОД

0.2

; Л \ Ч \ ■' \ \ ^

\ \ \ ^ а0=1

н0=-о.б оод

0.6

О.В 1.0

Рис.1.

1.2

Из рис. видно, что с уменьшением 1^1 происходит более значительное изменение потерь, при Ы0.8 и при Ка=-0.2 потери для этих типов колебаний становятся одинаковыми.

Распределение поля на зеркалах для основного типа колебаний определяется следующим выражением

(1+^X1-0

кооЫ^оК^оН-

яйр

0,7(1 + Я0) + Г-1/11,4 - ^ ](Д0 - \)141 Л(аиг0) ■

где 7о(ао1Го). - функция Бесселя нулевого порядка,

а,

г

, э = 1,2 - индексы зеркал.

Анализ формулы (3) .показал, что область перестройки ОР с концентрической геометрией в сторону уменьшения расстояния; между зеркалами практически важна для осуществления односторонней дифракционной связи (при ¿>1 излучение выходит за края апертуры зеркала 1, при 1< 1 этот процесс происходит, в- основном, за счет зеркала 2) .

При исследовании характеристик ОР с почти плоскими зеркалами и-для почти концентрического расположения зеркал определены области применимости полученных соотношений. Для концентрического ОР границы применимости определялись по 5% совпадению результатов расчета по теории возмущений с расчетами, полученными методом итераций.

При рассмотрении экспериментальных исследований ОРС с гладкими зеркалами подробно описан автоматизированный комплекс для исследования в миллиметровом диапазоне спектра, распределения поля типов колебаний, измерения добротности разнообразных ОРС. Комплекс создан на базе персонального компьютера ШМ РС с нестандартным контроллером периферии, выполненным на отечественных микросхемах; эта установка дает возможность сократить более чем в 10 раз время проведения эксперимента и "обработки полученных результатов; повышает точность .измерений и надежность, при этом возможно использование ПЭВМ ..для одновременного обслуживания нескольких экспериментальных установок и проведения теоретических расчетов.

С применением автоматизированного комплекса экспериментально в миллиметровом диапазоне исследованы двухзеркальные ОР с гладкими зеркалами сферической формы; получены спектры таких ОР и распределение поля типов колебаний, измерена добротность. Рассмотрено поведение внешней каустической поверхности' основного типа колебаний вблизи конфокальной геометрии для ОР с зеркалами различной кривизны. При исследовании полусферического ОР с размещенным между отражателями отрезком круглого сверхразмерного волновода выявлена периодическая зависимость величины добротности от длины волновода и получена эмпйрическая формула для длины трубы Ьош-., при которой добротность достигает максимальной величины:

(А-ь-длина волны в волноводе). , ; , ..•

Получено хорошее совпадение результатов измерений и расчета добротности в соответствии со скалярной теорией дифракции.

Во второй главе рассмотрено влияние плоскослоистой структуры, расположенной перпендикулярно к оси системы, на характеристики

¿шг =(2р + 1)^(р = 0,1,2,..),

(4)

Д£ =

двухзеркального полусферического ОР. С применением метода суперпозиции волн получены формулы для расчета спектра резонансных частот и вычисления добротности основного типа колебаний такого ОР:

т + 2п +1 , (5)

_5/

(6)

где 5) - резонансная частота; г'- коэффициент отражения от образца на оси ОР; т, п, я - индексы резонансного типа колебаний; Я'- коэффициент отражения от плоского зеркала; ф = а^(г*); АЬ - изменение расстояния между зеркалами, необходимое для восстановления резонанса на прежнем

типе колебаний после помещения изучаемого обряда в ОР; £ = ^

'(Яо - длина волны в вакууме); а, й - координата образца на оси ОР.

В подтверждение полученных соотношений проведено экспериментальное исследование в миллиметровом диапазоне таких ОР с различными диэлектрическими пластинами.

Выражения для добротности и сдвига резонансной частоты ОР с исследуемым образцом зависят от параметров, вещества, помещенного в ОР; эти соотношения были использованы , при диагностике вещества в миллиметровом диапазоне. Проведены измерения диэлектрической проницаемости и тангенса угла потерь ряда диэлектриков (тефлона, эбонита, слюды, плексигласа, поликора). Ошибки при этом в значительной степени зависели от толщины образца и составляли величину 0,2-2% для диэлектрической проницаемости и десятки процентов - для тангенса угла потерь. Приведены также результаты измерения концентрации электронов и частоты соударений слабоиояизованной плазмы; ошибки в измерениях составляли 4-5%. В заключительной . части второй главы приведены результаты применения ОР для исследования импедансных характеристик ВТСП. На рис.2 приведены зависимости поверхностного сопротивления ВТСП-керамики (1) и глубины проникновения СВЧ-поля в образец (2) от температуры.

В проведенных исследованиях в миллиметровом диапазоне оксидной керамики при ее переходе в сверхпроводящее состояние

поверхностное сопротивление изменялось на единицы ома,, а величина проникновения СВЧ-поля в образец - в пределах 1-3 мкм.

др

1 00

0.75

0.50

0.25

О

' о 1

• ' ' . о 2

о

» 0

Л5с

л5сМАХ 1.00

0.75

0.50

0.25

70 ВО 90 ТОО 110 120 Т, К

Рис.2..

Третья глава посвящена исследованию характеристик КРС с различными периодическими структурами. Экспериментально исследованы РС, состоящие из двух отражателей - плоского зеркала, частично или полностью заполненного мелкоструктурной решеткой прямоугольного профиля, и рупорной антенны. Спектр таких систем состоял из 1 -4 типов колебаний, потери из-за сильной связи с внешним пространством были достаточно большими и добротность составляла лишь величину в несколько десятков.

Для исследования дисперсионных характеристик КРС с периодическими структурами предложен и описан новый способ, заключающийся в использовании в качестве анализирующего элемента, промежутка с виртуальным катодом. Способ получения дисперсионных характеристик основан на том, что виртуальный катод, чувствительный к любым возмущениям электронного пучка, используется для целей анализа взаимодействия электронов, с электромагнитным полем периодической структуры,. при совпадении фазовой скорости замедленной волны и скорости электронов в. пучке (условие синхронизма) это взаимодействие наиболее эффективно и виртуальный катод реагирует на это возмущение пучка максимальным изменением тока в межэлектродном промежутке,. которое фиксируется в цепи коллектора. При этом, по известной величине ускоряющего электронный пучок напряжения, вычисляется скорость электронов и полагается (при соблюдении условия синхронизма) равной фазовой скорости замедленной волны. При помощи предложенной методики проведено экспериментальное исследование дисперсионных

характеристик КРС - двухзеркалыгого полусферического ОР с решеткой на плоском зеркале и резонатора, состоящего из рупорной антенны и плоского зеркала с решеткой. При этом зафиксировано взаимодействие с пространственными гармониками периодической структуры (вплоть до десятой) в дифракционном режиме, а также с прямыми и обратными гармониками поверхностной волны (вплоть до девятой) в режимах типа ЛБВиЛОВ.

На рис.3 показаны результаты исследования дисперсионных характеристик полусферического ОР для трех низших гармоник (пунктиром показаны оротронный режим (ОРО), границы существования дифракционного режима (ДИ); сплошными линиями изображены теоретические кривые для трех гармоник ЛОВ и ЛЕВ).

Рис.3.

С целью изучения влияния различных периодйческих структур на свойства КРС проведены и детально представлены результаты экспериментальных исследований двухзеркальных ОР со сферическими и цилиндрическими зеркалами с размещенными в резонансном объеме слюдяными или латунными решетками в виде матриц с плоскими лентами с периодом большим длины волны, а также с размещенными на одном из зеркал решетками с периодом большим длины волны из металлических брусков прямоугольного профиля. Наличие в ОР плоских решеток значительно (до 1-2 типов колебаний) разрежало спектр, при этом

существовали локальные области расстояний между зеркалами, в которых добротность скачкообразно увеличивалась или уменьшалась.

В заключительном разделе Ш главы описаны "результаты исследования характеристик рассеяния. эшелетгаого зеркала с периодом большим длины волны. Полученные экспериментально в миллиметровом диапазоне и рассчитанные теоретически зависимости амплитуд отраженных волн дифракционных порядков от периода решетки и угла падения плоской волны на эшелетг хорошо совпадают.

Четвертая глава посвящена изучению формирования характеристик связанных КРС. В этой главе приводятся результаты исследования различных осесимметричных диэлектриков и металлодиэлектрических электродинамических систем, представляющих собой секционированные волноводы в форме. круглых сплошных или полых диэлектрических стержней различного диаметра; исследованы также отдельные секции таких волноводов с металлическими лентами-насадками. Особое внимание при этом было уделено возбуждению этих структур, которое осуществлялось при помощи облучающей рупорной антенны или от диэлектрического волновода, либо при размещении структуры в резонансном объеме ОР. Зависимость коэффициента передачи от частоты основного тапа колебаний систем секционированных волноводов при возбуждении таких структур через боковую стенку секции от подводящего волновода имели вид, характерный для полосовых фильтров. Экспериментально и теоретически исследованные двухзеркальные ОР с протяженным диэлектрическим цилиндром малого диаметра, расположенным вдоль оси резонатора, имели редкий спектр, добротность при этом достигала значения 6-102. о-ю"2

20--—т

16--

12-

8-4~ 0-

-I-:-14

а (им)

Рис. 4.

На рис.4 представлена, зависимостьдобротности такой системы: от • радиуса диэлектрического цилиндра (•- эксперимент, - теория).

Металлизация диэлектрических стержней насадками из тонкой фольги при ширине насадок более А/2 давала возможность эффективно регулировать коэффициент . передачи различных типов колебаний и управлять разрежением спектра.

В . качестве элемента системы связанных резонаторов рассмотрен резонатор в форме шара. Получены формулы для расчета спектра и распределения поля возбуждаемых типов колебаний в... таких резонаторах с размещенным в центре малым сферическим телом.

Экспериментально в миллиметровом диапазоне длин волн исследованы резонаторы в форме шара . с двумя, симметрично вырезанными круговыми сегментами... Спектр . таких резонаторов, при возбуждении через открытые сегменты достаточно густой, добротность изменялась в пределах значений Ю'-Ю1. На рис.5 •, приведены экспериментальный и теоретический (вертикальные линии) спектры резонатора сферической формы с расположенным в центре металлическим шаром. • ;

Л

А

|л) ( пКмАтили 1

55 60 65 70 75

Рис. 5.

В последнем разделе 4 главы приведены результаты экспериментальных исследований систем связанных ОР с кольцевыми, цилиндрическими и сферическими зеркалами. Рассмотрен спектр таких КРС и распределение поля типов колебаний, измерена добротность. При этом показана возможность эффективного возбуждения через малые отверстия связи 6-8 дифракционно-связанных ОР с добротностью, достигавшей значений (2-4)-102.

В пятой главе приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований двухзеркальных ОР с регулируемой дифракционной связью. С этой целью рассмотрены характеристики ОР с геометрией близкой к концентрическому случаю. Изучена возможность перестройки такого ОР за счет изменения расстояния между зеркалами и апертур зеркал, подробно изучена область перестройки ОР от концентрической геометрии в сторону уменьшения расстояния между зеркалами и характеристики дифракционной связи.

Для. практической реализации ОР с дифракционной связью предложен графический способ расчета двухзеркальных ОР, перестраиваемых вблизи концентрической геометрии. При использовании ОР в заданном диапазоне длин волн с сохранением одномодового режима работа ОР и постоянной связи с нагрузкой •определяются размеры апертур, радиусы кривизны зеркал и расстояние между ними. Применение предложенной методики проиллюстрировано для длин волн короче 2 мм и значений параметра Френеля от 0,5 до 2.

Двухзеркальные .ОР с дифракционным выходом исследованы экспериментально в миллиметровом диапазоне. Спектр таких ОР состоял из двух низших симметричных типов колебаний; добротность при изменении расстояния между зеркалами (L) изменялась либо почти пропорционально L (при ао=1), либо рост добротности значительно опережал увеличение L (при а^>1). Исследование распределения интенсивности поля в области за выходным зеркалом показало, что стабилизация в распределении поля происходит при расстоянии до ОР примерно в 100 X, угловая' полуширина центрального максимума поля изменялась при этом в пределах значений 3°22'-2°27'. При размещении зеркал ОР во внешней оболочке - круглом волноводе расходимость выходного пучка значительно изменялась лишь при достаточно большой длине волновода, характер изменения коэффициента передачи, добротности и дополнительных фазовых сдвигов с изменением длины резонатора при наличии внешнего волновода приобретал большую нерегулярность.

В шестой главе рассмотрены результаты изучения свойств двухзеркальных ОР с сосредоточенными элементами связи с внешними трактами.

Для полусферического ОР •■ ■ с - ■' ■ сосредоточенной связью, осуществляемой через одиночное малое 'Отверстие круглой формы, расположенное в центре зеркал, получено в аналитической форме соотношение g* между квадратами амплитуды поля Iis в подводящем прямоугольном металлическом волноводе с волной Ню и амплитуды поля в ОР -Ао, возбуждающемся на основном типе колебаний ooq:

_2Псв1-вн-ав^в Р

к(щ)2-лс{?а2(1+е-а2) (7)

где й, = а = ^-¿г , т]св - коэффициент связи ОР с возбуждающим

волноводом; Р - постоянная распространения волны в волноводе; к=2п/Х0> (1Н - нагруженная добротность ОР; авхЪе - сечение волновода.

Это соотношение, полученное при условии^/Я » 1/2тпН, подробно исследовано при различной геометрии ОР.

Получено при этом, что:

'- коэффициент g*, как функция радиуса отверстия связи на входном сферическом зеркале, имеет экстремальный характер,

- выражение, полученное для определения радиуса отверстия связи, при котором соотношение g* принимает максимальное значение, имеет простой для вычисления вид,

- коэффициент ; g* при изменении расстояния между зеркалами полусферического ОР достигает наибольшего значения в зависимости от соотношения между омическими и дифракционными потерями, либо при наименьших возможных расстояниях, либо при Ь>РУ2;

- коэффициент %* монотонно возрастает при уменьшении радиуса кривизны сферического зеркала, так что для получения наибольших значений g* необходимо применять вогнутые зеркала с наименьшим возможным радиусом кривизны.

9*

2.0 1.5 1.0

0.5

^ ' 01 О 0.1 0.2 0.3 0.4

Рис.6.

Расчеты показали также, что дифракционные потери становятся настолько малыми, что перестают влиять на величину когда радиус

£ I Ев I

/1 к

/ Г

/ / / <* / V

каустической поверхности резонансного колебания в 4-5 раз меньше внешнего диаметра зеркал. :,

В этой главе приведены также результаты по экспериментальному определению коэффициента g*. На рис.6 показана зависимость коэффициента g* от радиуса отверстия связи на сферическом зеркале (теория - сплошная линия, • - эксперимент; максимальная ошибка в эксперименте составляла 30%)..

В седьмой главе проведено рассмотрение применений КРС в электронных приборах. Описан предложенный.: и реализованный электронный детектор с ОР и отражающей решеткой, с периодом много меньшим длины волны, на плоском зеркале. Детекторный ток в этом устройстве формируется в цепи промежутка с виртуальным катодом.

свч 1

л

С,

й>

Рис.7.

На рис.7 приведено схематическое изображение этого электронного детектора (1 - электронная пушка; 2 - электронный пучок; СЬС2 -соответственно ускоряющая и приколлекторная диафрагмы; А - коллектор, 3 - плоское зеркало с периодической структурой; 4 - вакуумированный баллон; 5 - виртуальный катод, б - стеклянное окно баллона; 7 -сферическое зеркало).

Приводятся результаты теоретического рассмотрения процесса детектирования, получены формулы для оценки величины детекторного тока и токовой чувствительности.

В двухмиллиметровом диапазоне проведены экспериментальные исследования характеристик таких устройств. Детектирование осуществлялось при работе приборов в дифракционном режиме и в режимах типа ЛОВ и ЛБВ; при этом электронный пучок взаимодействовал как с основными, так и с высшими (вплоть до десятой) гармониками. На рис.8 приведены режимы работы для трех пространственных гармоник режимов ДИ, ЛБВ, ЛОВ электронного

детектора с низкодобротной резонансной системой при различных ускоряющих напряжениях.

Изучено изменение величины детекторного тока в интервалах расстройки по напряжению на периодической структуре и в зависимости от уровня мощности сигнала. В этом лабораторном варианте детектора из-за технологических трудностей не удалось получить предельно возможных параметров и характеристик. Так, максимальная токовая чувствительность в дифракционном режиме на I гармонике составляла лишь величину 1,4-10'2 АЛЗт, что, как показали дальнейшие исследования, на 2-ьЗ порядка меньше для такого класса детекторов.

2.80 2.69 2.62 2.51 2.48 2.43 2.38 2.31 2.25 2.19 2.10 2.07-

ЛБВг^! ди2

гди4лов4

и 1ПИ

лив/Г

лШ

ж

"лБвТ

п

ди!

ЛОВ1

"о СкЭ)

Рис.В.

В 7 главе изучена также возможность применения двухзеркальных ОР с гладкими зеркалами и связанных КРС в электронных приборах. Анализ траекторий движения электронов в поле основного типа колебаний ОР со сферическими зеркалами и процессов модуляции электронов по плотности показал, что разброс скоростей электронов на выходе ОР - мал, а переменный ток на выходе формируется в результате модуляции средней скорости электронов с одновременной группировкой. Оценки КПД таких приборов дают значения в несколько десятков процентов. Найдены условия выполнения гипотетической ситуации когда КПД отбора энергии от электрона составляет 100%. При этом фаза влета и фаза вылета электронов из области взаимодействия, а также величина минимально возможной

напряженности поля должны быть вполне определенными; реально это происходит в достаточно сильных электромагнитных полях.

В заключении сформулированы основные результаты и выводы диссертационной работы. *

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ Й ВЫВОДЫ РАБОТЫ

Проведенное в диссертационной работе исследование формирования волновых пучков в разнообразных квазиоптических резонансных системах показывает перспективность применения таких КРС в качестве электродинамических систем различных устройств в широкой области спектра от светового до миллиметрового диапазонов.

Сформулируем основные результаты, полученные в диссертационной работе.

1. Впервые выполнен поэтапный теоретический анализ двухзеркальных ОР вблизи границы устойчивости с целью организации дифракционной связи с внешними трактами. Первоначально с применением теории возмущений осуществлено изучение свойств двухзеркальных ОР с геометрией зеркал близкой к плоской. Получены аналитические выражения для распределения амплитуды поля и фазы на зеркалах, потерь и дополнительного к геометрическому фазового сдвига за проход для трех низших типов колебаний. Результаты для таких ОР обобщены с использованием условий эквивалентности резонаторов на случай ОР с почти концентрической геометрией, при этом наиболее подробно рассмотрен.вариантгкогда ОР состоит из-вог-нутого и выпуклого зеркал. Проанализирована область применимости полученных результатов. Впервые установлено, что перестройка ОР по длине относительно концентрической геометрии позволяет осуществить новый тип связи ОР с внешними трактами - регулируемую дифракционную связь. При этом ОР может сохранять постоянной связь с внешними трактами в достаточно широком частотном интервале (порядка октавы) при возбуждении на основном типе колебаний.

2. Впервые предложен и осуществлен квазиоптический подход к расчету двухзеркальных ОР, перестраиваемых вблизи концентрической геометрии. При использовании ОР с одномодовым режимом работы и конкретными параметрами дифракционной связи . в заданном диапазоне длин волн определяются .размеры апертур, радиусы кривизны зеркал и расстояние между ними. С применением развитого подхода рассчитана резонансная система с дифракционной связью лазера на свободных электронах субмиллиметрового диапазона.

3. Проведен анализ эффективности согласования двухзеркальных ОР с внешними трактами при осуществлении сосредоточенной связи. Получено

и исследовано соотношение между амплитудой поля в подводящем металлическом прямоугольном волноводе и в возбуждаемом на основном типе колебаний полусферическом ОР с одиночными малыми отверстиями связи круглой формы в центре зеркал. Проанализирована зависимость отношения квадрата амплитуды поля в ОР к квадрату амплитуды поля в волноводе (д*) от входящих в него параметров. При этом получено, что монотонно возрастает при уменьшении кривизны сферического зеркала, а в зависимости от расстояния между зеркалами достигает наибольшего значения при различных омических и дифракционных потерях либо при наименьших возможных расстояниях, либо в области расстояний Ь>К/2. Зависимость от радиусов отверстий связи имеет резонансный характер. Найдено выражение для определения радиусов отверстий связи на зеркалах, при которых принимает максимальное значение.

Подтверждена возможность экспериментального определения этого отношения. Полученные результаты позволяют рассчитывать и регулировать амплитуду поля в ОР, решать вопросы согласования ОР с внешними трактами.

4. Проведены экспериментальные исследования дисперсионных характеристик КРС с периодическими структурами с периодом много меньшим длины волны. Исследована также эффективность взаимодействия электронного пучка с пространственными гармониками в таких системах, при этом зафиксировано взаимодействие электронов с пространственными гармониками периодической структуры (вплоть до десятой) в ДИ-режиме, а также с прямыми и обратными гармониками (вплоть до девятой) поверхностной волны. Режим типа ЛЕВ в таких КРС зафиксирован впервые. Результаты получены с использованием предложенной методики определения дисперсионных характеристик ОРС с периодической структурой при помощи электронного зонда и промежутка с виртуальным катодом; рекомендации этих исследований применены для оптимизации характеристик и параметров электронных устройств миллиметрового-субмиллиметрового диапазонов типа ГДИ-оротрона и ГДИ-автодина (уменьшение пусковых токов, ускоряющих напряжений и фокусирующих магнитных полей).

5. Впервые сконструирован и изготовлен электронный детектор с периодической структурой на плоском зеркале ОР и с межэлектродным промежутком с виртуальным катодом. При теоретическом рассмотрении таких устройств получены формулы для оценки величины детекторного тока и токовой чувствительности. В двухмиллиметровом диапазоне выполнены экспериментальные исследования характеристик макетов электронных детекторов. Детектирование осуществлялось при работе приборов в ДИ-режиме и в режимах типа ЛОВ и ЛЕВ на основных и высших гармониках. Электронный детектор имеет устойчивые

характеристики, не боится. механических и электрических перегрузок и может быть использован практически во всей спектральной области от сантиметрового до у - диапазона.

6. Создан автоматизированный комплекс для исследования характеристик КРС любой геометрии в миллиметровом диапазоне. В установке используется персональный компьютер, что дает возможность изучать спектр и распределение поля типов колебаний, измерять добротность с одновременной обработкой результатов в процессе проведения измерений. Комплекс позволяет ускорить 1 процесс экспериментальных исследований ОРС почти в 100 раз по сравнению с ручными измерениями, а также производить диагностику вещества; при этом повышается точность измерений и расширяется предел измеряемых значений добротности. Предложештая схема применения ПЭВМ дает возможность использовать ее комплексно для одновременного обслуживания' нескольких экспериментальных установок и проведения автономных теоретических расчетов. Комплекс позволил с применением оригинальных методик провести в миллиметровом диапазоне измерения диэлектрической проницаемости и тангенса утла потерь ряда диэлектриков, концентрации, электронов и частоты соударений слабоионизованной плазмы, импедансных характеристик ВТСП.

7. В диапазоне от двух до восьми миллиметров выполнена серия экспериментальных исследований двухзеркальных КРС с разнообразными включениями при различных типах связи с внешними трактами и систем металлодиэлектрических резонаторов и связанных ОР с. кольцевыми, цилиндрическими и сферическими зеркалами. При этом изучено поведение спектра, формы каустических поверхностей типов колебаний и добротности при изменении частоты, алертур зеркал и расстояния между ними. Спектр двухзеркальных ОР с вогнутыми и выпуклыми зеркалами с дифракционным выходом вблизи концентрической геометрии состоял из двух низших симметричных типов колебаний; распределение поля приобретало стабильную форму в области за выходным зеркалом на расстоянии до ОР в 100А.; угловая полуширина центрального максимума поля составляла при этом 2,5-3,5 градуса. Полученные результаты необходимы при расчете сочленений таких ОР с внешними трактами.

Определено влияние тонкого диэлектрического стержня, размещенного вдоль оси двухзеркалыюго ОР и сверхразмерных волноводов на характеристики ОР, найдены условия оптимального согласования в таких системах для получения минимальных потерь.

Исследованы двухзеркальные ОР со сферическими и цилиндрическими зеркалами с размещенными в резонансном объеме слюдяными или латунными плоскими лентами-решетками с периодом большим длины волны; такие КРС содержали в своем спектре 1-2 типа

колебаний, резонансное поле которых, как правило, концентрировалось вдоль оси системы. Обнаружено, что при вариации типов и параметров решеток можно осуществлять изменение величины добротности в 2-3 раза.

Изучены спектральные характеристики шарообразного резонатора с расположенным в центре малым сферическим телом • и свойства двухзеркальных ОР с плоскослоистым телом; результаты использованы при диагностике вещества.

Показала достаточно хорошая эффективность возбуждения через малые одиночные отверстия связи систем, состоящих из 6-8 дифракционно связанных ОР с зеркалами различной формы; максимальная величина добротности таких систем достигала значений (2-4)-102. Изучены также отражательные свойства зеркал-эшелетгов с периодом, большим длины волны. Проанализированы характеристики КРС, состоящих из плоского зеркала с мелкоструктурной отражающей решеткой и рупорной антенны. Эта серия исследований предпринята с целью применения таких КРС в электронных приборах.

Рассмотрена также возможность управления характеристиками полуцилиндрического ОР при вариации параметров элементов решеток с периодом большим длины волны из металлических прямоугольных или квадратных брусков, размещенных на плоском зеркале.

Большой объем экспериментального материала, накопленный в результате проведенных исследований разнообразных КРС был лишь частично использован в рамках данной диссертационной работы. При этом надо отметить, что почти все экспериментальные исследования были обусловлены конкретными практическими приложениями, связанными как с разработкой новых экспериментальных методик, так и с созданием конкретных приборов.

Основные результаты диссертации опубликованы в след^цих работах:

1. Afornn D.G., Malyshkin А.К. Waveguide metallodielectxical structures. Proceedings Intern. Conference "Signals and Systems". June 17-19, 1992, Geneva, v.1, p.255-265.

2. Афонин Д.Г. О некоторых характеристиках открытого резонатора со сферическими зеркалами разных радиусов кривизны. Вестник МГУ, сер.3, физика-астрономия, 1969, N5, с. 127-129.

3. Aforun D.G., Bogomolov V.G: Open two-mirror resonators with variable difractional output. Laser Physics, 1992, v.2, N3, p,386-387.

4. Афонин Д.Г., Канунов E.P., Сухоруков А.П. О' диагностике сверхпроводников в открытом резонаторе. Письма в ЖТФ, 1993, т. 19, вып.12, с.23-25. . ■

5. Афонин Д.Г., Девятков М.Н., Пирогов Ю.А. Экспериментальные исследования открытых резонаторов со сферическими зеркалами. Вестник МГУ, сер.'физика-астрономия, 1968, N1, с.40-46.

6. Афонин Д Г., * Дубровский В.В., Малышкин А.К. Автоматизированная установка для исследования электродинамических систем на базе компьютера ШМ РС-ХТ. Приборы и техника эксперимента, N5, 1993, с.75-78.

7. Afonin D.G. Characteristics of open resonators containing difraction gratings. Proceedings Intern. Conference "Information processing". Orlanda, Flonda(USA), October 25-27,1993, p.63-72.

8. Афонин Д.Г., Полосенко А.В. Открытые резонаторы с дифракционными решетками на отражателях. Тезисы ' докладов Всесоюзного научного семинара "Математическое моделирование и применение явлений дифракции", 1990, Москва, с.29-31.

9. Афонин Д.Г., Пирогов Ю.А. Исследование открытых резонаторов со сферическими зеркалами в двухмиллиметровом диапазоне длин волн. Вестник МГУ, сер. физика-астрономия, 1970, N1, с.93-95.

10. Афонин Д.Г., Малышкин А.К. Автоматизация исследования1 спектра и добротности открытых резонансных систем. Вопросы радиоэлектроники, 1991, вып.5, с.77-80. ' 1 " '

П.Афонин Д.Г., Канунов Е.Р. Исследование резонаторов в форме сферы. Труды Всесоюзной школы-семинара "Физика и применение микроволи", 1991,4.1, Москва, с.76-78.

12. Афонин Д.Г., Ктиторов В.И. О нахождении амплитуды поля в открытых резонаторах. Вестник МГУ, сер. физика-астрономия, 1972, N4, с. 448-554.

13. Afonin D.G., Kanunov E.R. Diffractional lattices ofEshelett-type in millimeter wave region. Proceedings Intern. Conference. "Systems, analys, control and design". London, September 1-3,1993,p.91-97. <

14. Афонин Д.Г., Костиенко А,И. О возбуждении периодической структуры в открытом резонаторе. Вестник МГУ, сер. физика-астрономия, 1979, N1, с.71-75 .

15. Afonin D.G., Bogomolov V.G. Method for calculation of open resonators with regulated difraction output. Laser Physics,. 1992, v.2, N6, p. 8 80-8 82.

16. Афонин Д.Г., Ачкасов ВВ., Алексеев. Ю.К., Костиенко А,И. О возможности простого расчета характеристик оротрона-усилителя. Деп. в ВИНИТИ, 1987, регистр. N5215-B87, 12с., библ. 4 назв.

... 17. Афонин Д.Г., Богомолов В.Г. Влияние связи с внешними трактами на характеристики двухзеркальных открытых резонаторов.

Труды Всесоюзной школы-семинара "Физика и применение микроволн", 1991,ч1, Москва, с.89-92.

18. Афонин Д.Г., Костиенко А.И., Пирогов Ю.А., Рышков С.И. О взаимодействии электронного пучка с полем пространственных гармоник периодической структуры, возбуждаемой квазиплоской волной внешнего источника. Вестник МГУ, сер. физика-астрономия, 1973, N3, с.375-377.

19. Афонин Д.Г., Малышкин А.К. Квазиоптические системы со связанными диэлектрическими резонансными структурами. Труды Всесоюзной школы-семинара "Физика и применение микроволн", 1991, ч1, Москва, с.96-99.

20. Afonin D.G., Kanunov E.R. Frequency characteristics of sphere-like cavity in extremely high-frequency band. J. Modelling, Measurement and. Control, A, 1994, v.54, N3, p.43-48.

21. Афонин Д.Г., Алексеев Ю.А., Костиенко А.И. О возможности простого расчета спектра резонансных частот открытого резонатора с плоскослоистой структурой. Вестник МГУ, сер. физика-астрономия, 1977, N3, с.87-91.

22. Афонин Д.Г., Голованов В.Ю., Канунов Е.Р. Исследования связанных открытых резонаторов с целью применения в вакуумной электронике. Тезисы докладов на VIII Всесоюзном симпозиуме по сильноточной электронике, часть III, 1990, Свердловск, с.157-159.

23. Афонин Д.Г., Горохов Ю.В., Ктиторов В.И., Пирогов Ю.А. О системах с возбуждением гребенок квазиплоскими волнами. Вестник МГУ, сер. физика-астрономия, 1973, N2, с.243- 246.

24. Афонин Д.Г., Костиенко А.И. Диагностика плазмы в открытом резонаторе со сферическими зеркалами. Препринт N1 физического факультета МГУ, 1988,4 с.

25. Афонин Д.Г., Костиенко А.И. Квазиоптический электронный детектор. Деп. в ВИНИТИ, 1987, регистр N5216-B87, 12 е., библ. 14 назв.

26. Afonin D.G. A ball cavity with spherical body. Laser Phisics, 1994, v,4, N3, p.512-514.

27. Алексеев Ю.К., Афонин Д.Г., Костиенко А.И. Расчет добротности открытого резонатора с многослойной структурой. Вестник МГУ, сер. физика-астрономия, 1981, т.22, N6, с.74- 76.

28. Afonin D.G., Kanunov E.R., Sukhoracov А.Р. impedance characteristics analysis high temperature superconduction m open resonator. International conference "Information and system methods applied to engineering problems", December 28-30, 1993,

Malta (Island), Digest of Summaries, p.4.

29. Афонин Д.Г., Малышкин А.К., Медведева Н.В. Двухзеркальный открытый резонатор с диэлектрическим стержнем. Тезисы докладов IV

Международной конференции "Физические проблемы оптических измерений, связи и обработки информации", 1993 г., Севастополь, с.114.

30. Афонин Д.Г., Богомолов В.Г., Костиенко А.И. Расчет геометрии открытых резонаторов с регулируемым дифракционным выходом. Изв. Вузов, Радиофизика, 1983, т.26, N4, с.474.

•31. Афонин Д.Г., Бояринцев Н.Д., Королев А.Ф., Костиенко А.И. Влияние боковых металлических стенок на свойства открытых резонаторов. Вестник МГУ, сер. физика-астрономия, 1985, т.26, N4, с.49-51.

32. Afonin D.G., Sukhorukov А.Р. The results of high temperature oxide ceramics impedance characteristics investigation. International conference on "Advanced laser technologiers", 1994, Konstanz, Germany, Abstract, p.64.

33. Афонин Д.Г., Богомолов В.Г., Бояринцев Н.Д., Горбунов В В., Королев А.Ф., Костиенко А.И. Исследование резонансной системы для лазера на свободных электронах. Электронная техника, сер.1, 1989, вып.З (417), с.14-16.

34. Афонин Д.Г., Голованов В.Ю., Костиенко А.И. Экспериментальное исследование связанных открытых резонаторов. Препринт N12 Физического факультета МГУ, 1990, 4с.

35. Афонин Д.Г., Дубровский В.В., Малышкин А.К. Методики автоматизированных исследований электродинамических систем. Труды Всесоюзной школы-семинара "Физика и применение микроволн", 1991, ч.1, Москва, с.86-88.

36. Afonin D.G., Sukhorukov А.Р. Material reasearch by quasioptical methods. International symposium on Advaced Laser Technologies, November 8-13,1993, Prague, Abstract, p.15.

37. Афонин Д.Г., Пирогов Ю.А., Чезганов Н.Ф. Детекторные характеристики виртуального катода в электронных пучках конечного сечения. Вестник Московского Университета, сер.З, физика-астрономия, 1973, N1, с.88-93.

138. Афонин Д.Г., Костиенко А.И. Оптимизация связи полусферического открытого резонатора. Деп. в ВИНИТИ, 1988, регистр N5216-B87, 12 е., библ. 14 назв.

39. Afonin D.G., Malyshkin А.К. Combined employment of personal computers IBM PC. Proceedings Intern. Conference Signals and Systems", June 17-19,1992, Geneva, v.l,p.249-254.

40. Afonin D.G. An open resonator with a dielectric cylinder. Laser Physics, 1995, v.5, N4, p.905-907.

41. Афонин Д.Г., Костиенко А.И. Использование промежутка с • виртуальным катодом для исследования открытых резонансных систем с

периодической структурой. Вестник МГУ, сер. физика-астрономия, 1981,т.22, N6, с.76-79.

42. Afonin D.G., Sukhorakov А.Р. Results of applying an open cavity for studying the properties of a substance. Laser Physics, 1995, v.5, N1, p.94-96.

43. Афонин ДР., Костиенко А.И. Особенности в режимах работы электронного детектора двухмиллиметрового диапазона с открытой резонансной системой с периодической структурой. Вестник МГУ, сер. физика-астрономия, 1982, т.23, N4, с.76- 80.

44. Афонин Д.Г., Дубровский В.В., Канунов Е.Р. "Микропроцессорные системы в автоматизации эксперимента". Труды Всесоюзной школы-семинара "Физика и применение микроволн", 1991, 4.1, Москва, с.93-95.

45. Афонин Д.Г., Канунов Е.Р. Дифракционное рассеяние на решетках типа эшелетг. Вестник Московского Университета, серия физика-астрономия, 1994, N4, с.61-63.

46. Afonin D.G. An electron detector with a resonant orotron system. Laser Physics, 1995, v.5, N4, p.733-734.

47. Афонин Д.Г., Канунов E.P., Малышкин A.K. Установка для автоматизации измерений характеристик электродинамических систем в миллиметровом диапазоне. Измерительная техника, 1996, N11, с.42-44.

48. Prokhorov К.А., Afonin D.G. Optical resonators with dielectrical body. Proceedings Intern. Conference (NATO) : "Optical Resonators - Science and Engineering", My 1-5, 1997, Smolenice Castle, Slovac Republice, p.79-87.

49. Afonin D.G., Kazakov A.U., Malyshkin A.K. Investigation of open resonators with diffraction coupling. Proceedings Intern. Conference (NATO) : "Optical Resonators - Science and Engineering", July 1-5, 1997, Smolenice Castle, Slovac Republice, p.279-287.

50. Афонин Д.Г., Малышкин A.K. Осесимметричные диэлектрические структуры в миллиметровом диапазоне. Труды 5-ой Всероссийской школы семинара "Волновые явления в неоднородных средах", Москва, 1996, с.30-31.

51. Афонин Д.Г., Канунов Е.Р., Малышкин А.К. Спектральные характеристики связанных металлических резонаторов. Труды 5-ой Всероссийской школы семинара "Волновые явления в неоднородных средах", Москва, 1996, с.31-32.

52. Afomn D.G. Dependence of the field amplitude on geometric parameters in a two-mirror open resonator. Laser Physics, 1998, vol.8, N6, p.181-184.

53. Afonin D.G., Malyshkin A.K. "Optical resonators yith, diffraction coupling". IX international conference on Laser Optics, 19987vIeclinicaf'|)'rogram, p.43.

54. Afonin D.G., Malyshkin A.K. Applications of optical resonators for diagnostics of solid. SPEE, proceedings of Fourth International Conference

"ILLA-98", Shatura 1998, v.3688, p.454-460.

55. Afonin D.G., MalyshJan A.K. On diffraction coupling organization in open resonators. Proceedings of third international symposium "Physics and engineering of millimeter and submillimeter waves", 1998, Kharkov, Ukraine, v.2, p.610. .,. .

56. Афонин Д.Г., Малышкин A.K. Автоматизированная установка с управлением частотой для ■ исследования резонансных систем в миллиметровом диапазоне. Приборы и техника эксперимента, 1999, N3, с.81-85.

57. Афонин Д.Г. Открытые резонаторы в применении к диагностике твердого тела. Известия РАН, 1999, т.63, N10, с.1992-1997.

: 58. Afonin D.G., Malyshkin A.K. Multireflector resonance systems in millimeter wave range. Proceedings of III-rd International Conference: "Antenna:

Theory and Techniques", September 1999, Sevastopol, Ukraine, p. 471-472.

59. Afonin D.G. Plasma diagnostics in open resonator. Proceedings of International University Conference "Electronics and Radiophysics of Ultra-High Frequencies"; May 1999, St.Petersburg, Russia, p.97-99.

,60. Афонин Д.Г., Шабалкина O.A. Дифракционная связь в цепочке оптических резонаторов. Труды конференции "Оптика 99", 19-21 октября 1999г., Санкт-Петербург, с. 116.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ФОРМИРОВАНИЕ ВОЛНОВЫХ ПУЧКОВ В ОТКРЫТЫХ РЕЗОНАНСНЫХ СИСТЕМАХ С ГЛАДКИМИ ЗЕРКАЛАМИ.

§1. Методы описания и исследования характеристик открытых резонансных систем.

§2. Двухзеркальные открытые резонаторы с геометрией, близкой к плоской.

§3. Двухзеркальные открытые резонаторы почти концентрической геометрии.

§4. Экспериментальные исследования квазиоптических резонансных систем с гладкими зеркалами.

§4.1. Автоматизированный комплекс на базе персонального компьютера типа ЕВМ для исследования открытых резонансных систем.

§4.2. Двухзеркальные ОР со сферическими зеркалами.

§4.3. Квазиоптическая резонансная система со сверхразмерным волноводом между отражателями.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 1.

ГЛАВА 2. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ВОЛНОВЫХ ПУЧКОВ В КВАЗИОПТИЧЕСКИХ РЕЗОНАНСНЫХ СИСТЕМАХ С ВЕЩЕСТВОМ.

§1. Открытые резонаторы со структурой в форме плоского слоя.

§2. Экспериментальное исследование открытого резонатора с плоскими диэлектрическими пластинами.

§3. О диагностике вещества в квазиоптических резонансных системах.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 2.

ГЛАВА 3. КВАЗИОПТИЧЕСКИЕ РЕЗОНАНСНЫЕ СИСТЕМЫ С ПЕРИОДИЧЕСКИМИ СТРУКТУРАМИ.

§1. Исследование спектра, добротности и коэффициента передачи низко добротных резонансных систем.

§2. Характеристики открытых резонансных систем с электронным пучком.

§2.1. Методы исследования резонансных систем при помощи электронного зонда.

§2.2. Экспериментальные исследования при помощи электронного зонда дисперсионных характеристик квазиоптических резонансных систем.

§3. Открытые резонансные системы с дифракционными решетками с периодом большим длины волны.

§4. Дифракционное рассеяние на эшелеттном зеркале.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 3.

ГЛАВА 4. ХАРАКТЕРИСТИКИ СВЯЗАННЫХ КВАЗИОПТИЧЕСКИХ СТРУКТУР.

§1. Диэлектрические и металлодиэлектрические структуры.

§1.1. Открытый резонатор с диэлектрическим цилиндром.

§2. Шарообразный резонатор - элемент системы связанных резонаторов.

§3. Связанные открытые резонаторы.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 4.

ГЛАВА 5. ДИФРАКЦИОННАЯ СВЯЗЬ КВАЗИОПТИЧЕСКИХ РЕЗОНАНСНЫХ СИСТЕМ С ВНЕШНИМИ ТРАКТАМИ

§1. Концентрический резонатор с дифракционной несимметричной связью.

§2. Определение геометрических параметров открытых резонаторов с регулируемой дифракционной связью.

§3. Экспериментальные исследования открытых резонаторов с дифракционной связью.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 5.

ГЛАВА 6. КВАЗИОПТИЧЕСКИЕ РЕЗОНАНСНЫЕ СИСТЕМЫ С СОСРЕДОТОЧЕННЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ СВЯЗИ.

§ 1. Взаимосвязь между амплитудами поля в открытом резонаторе и в подводящем волноводе.

§2. Зависимость соотношения g* от радиуса отверстий связи и величины омических потерь.

§3. Поведение соотношения g* при изменении радиуса кривизны сферического зеркала и расстояния между зеркалами.

§4. Зависимость соотношения от внешнего диаметра зеркал.

§5. Экспериментальное получение соотношения g* для полусферического открытого резонатора.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 6.

ГЛАВА 7. ПРИМЕНЕНИЕ КВАЗИОПТИЧЕСКИХ РЕЗОНАНСНЫХ СИСТЕМ В ЭЛЕКТРОНИКЕ.

§1. Электронные приборы с квазиоптическими резонансными системами с мелкоструктурной решеткой.

§2. Применение открытых резонаторов с гладкими зеркалами и связанных открытых резонансных систем в электронных приборах.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 7.

Необходимость совершенствования лазеров и продолжение процесса освоения области спектра электромагнитных волн, расположенной между

I / у видимым и сантиметровым диапазонами, стимулируют создание и модернизацию квазиоптических электродинамических систем - систем открытого типа.

Распространение электромагнитных волн в открытых резонансных системах (ОРС), в линзовых или зеркальных линиях передач сопровождается формированием волновых пучков, структура поля в поперечном сечении которых, как правило, описывается полиномами Эрмита-Гаусса или Лагерра-Гаусса и поле сконцентрировано вблизи оси системы. Продольные размеры таких гауссовых пучков значительно превосходят размеры поперечные, и при их рассмотрении часто используют методы асимптотической теории дифракции [110].

При экспериментальном изучении гауссовых пучков в оптике и для коррекции их характеристик применяются средства адаптивной оптики [11]; ряд специфических особенностей поведения волновых пучков изучен при исследовании обращения волнового фронта (ОВФ) и открытых систем (ОС) с ОВФ-зеркалами [16-19].

В большинстве применений ОРС используются в качестве электродинамических систем, в которых осуществляется взаимодействие электромагнитных волн с веществом.

Для устройств с электронным пучком в миллиметровом-субмиллиметровом диапазонах стало традиционным использование пространственно-развитых резонансных систем, примерами которых являются нерегулярные волноводные системы гиротронов и устройств с высокоэнергетическими электронными пучками, двухзеркальные открытые резонаторы (ОР) с дифракционной решеткой ГДИ-оротронов [15, 160-171, 175179, 185, 234, 235, 238, 239, 242, 258].

Однако, для эффективной работы современных гиротронов в субмиллиметровом диапазоне необходимы огромные магнитные поля; устройства с релятивистскими пучками требуют использования громоздких ускорительных машин.

Генераторы типа ГДИ-оротронов, как и JIOB-генераторы, являясь устройствами с поверхностной волной, теряют эффективность работы в субмиллиметровом диапазоне. Твердотельные же генераторы типа ЛПД и диоды Ганна устойчиво функционируют лишь в миллиметровом диапазоне.

Из сказанного выше следует необходимость поиска новых механизмов эффективного взаимодействия электромагнитных волн с веществом, поисков электродинамических систем, способных обеспечить такое взаимодействие.

Несмотря на большое число публикаций по результатам исследований электродинамических систем [1-130, 188-210, 226-230, 241-250, 257, 258] и их использования в миллиметровом-субмиллиметровом диапазонах [20-22, 144159], остается нерешенным целый круг задач, связанных с разработкой и применением квазиоптических резонансных систем (КРС).

При их решении необходимо учитывать, что при переходе от светового диапазона, в котором ОРС первоначально начали исследоваться и применяться в качестве электродинамических систем, к более длинноволновым диапазонам, где размеры резонансных систем сравнимы с характерными размерами существующих в них волновых пучков, характеристики PC и волновых пучков становятся более взаимозависимыми. Этой особенностью и отличаются миллиметровый и субмиллиметровый диапазоны, в которых размеры ОРС и волновых пучков становятся сравнимыми, что влечет за собой необходимость подробного и систематического рассмотрения и учета их взаимовлияния.

До настоящего времени к малоизученным относятся вопросы согласования КРС с внешними трактами; не проведено систематическое исследование свойств двухзеркальных ОР с дифракционным выходом, не рассмотрены возможности регулирования параметров такой связи при изменении частоты и геометрии ОР. Нерешенными остаются и отдельные вопросы оптимизации сосредоточенной связи двухзеркальных ОР с внешними трактами, осуществляемой посредством малых одиночных отверстий связи в зеркалах. Однако при использовании ОР в различных устройствах важнейшие характеристики приборов в значительной степени определяются свойствами и параметрами связи ОР с внешними трактами

Отсутствуют детальные экспериментальные исследования свойств КРС со слаботочным электронным пучком, маловозмущающим электромагнитное поле РС. Не проведены комплексные исследования и анализ дисперсионных характеристик и эффективности взаимодействия электронного пучка с пространственными гармониками КРС миллиметрового-субмиллиметрового диапазонов с дифракционными решетками с периодом много меньшим длины волны. Результаты таких исследований необходимы при создании приборов с КРС и периодическими структурами.

Использование КРС в качестве резонансных систем в приемных устройствах этих диапазонов является еще крайне редким. Не созданы, в частности, оптимальные конструкции высокочувствительных электронных детекторов с КРС, стойких к механическим и электрическим перегрузкам.

Неисследованными остаются важные для практических применений модификации ОРС, сочетающие в себе элементы волноведущих структур и ОР, разнообразные связанные диэлектрические и металлодиэлектрические системы, а также ОР с различными включениями.

Отметим также, что изученные ранее вопросы, относящиеся к электродинамическим системам оптического диапазона, требуют при переходе к миллиметровому-субмиллиметровому диапазонам, как правило, дополнительного рассмотрения и учета краевых эффектов.

Решение обозначенных выше задач связано в основном с проведением экспериментальных исследований и требует создания, совершенствования и автоматизации на современном техническом уровне методик для изучения электродинамических систем.

Таким образом, исследование процессов формирования волновых пучков и явлений дифракции в квазиоптических резонансных системах является актуальным и представляет несомненный научно-практический интерес.

Цель и задачи работы

Целью диссертационной работы является изучение преобразования волновых пучков в резонансных системах открытого типа, учет и систематизация возмущающих факторов и дифракции на характеристики КРС.

В работе проводится рассмотрение и учет с единых позиций факторов, определяющих формирование волновых пучков в различных КРС, и нахождение взаимосвязи геометрии и параметров возмущающих элементов с характеристиками волновых пучков в конкретных КРС.

При этом ставились следующие задачи: исследование влияния возмущающего действия элементов распределенной и сосредоточенной связи на свойства волновых пучков в отдельных ОР и в цепочке связанных ОР; доведение этих результатов до возможности их практического применения: получение рекомендаций для расчета ОР с заданными характеристиками связи с внешними трактами;

- изучение эффективности взаимодействия электронного пучка с электромагнитными полями в КРС, в том числе и с пространственными гармониками периодических структур; экспериментальное определение дисперсионных свойств таких КРС с электронным пучком и выявление наиболее эффективных режимов для использования в конкретных приборах; реализация макета электронного детектора;

- рассмотрение свойств систем связанных КРС и ОР с разнообразными включениями;

- создание автоматизированного комплекса и отработка методик для исследования РС и свойств вещества в миллиметровом диапазоне.

Совокупность представленных в диссертационной работе результатов можно квалифицировать как новое тсрупное достижение в развитии научного направления на стыке оптики, радиофизики миллиметрового-субмиллиметрового диапазонов, лазерной физики - ЭКСГШРИМЕНТАЛЬНОЙ РЕЗОНАНСНОЙ КВАЗИОПТИКИ.

Основные положения и результаты, выносимые на защиту.

Достаточная для практики точность расчетов электродинамических характеристик двухзеркальных ОР с зеркалами слабо искривленными вблизи плоской геометрии обеспечивается применением теории возмущений и матриц рассеяния при числах Френеля 0,5<N<2 вплоть до геометрии, при которой имеет место вырождение по потерям низших симметричных типов колебаний. При параметре конфигурации граница применимости этих результатов расположена ближе к области §^=1 из-за резкого уменьшения потерь при переходе в устойчивую область (§ = 1 - Ь/Я; где К, Ь -соответственно радиус кривизны зеркал и расстояние между зеркалами). Для двухзеркальных ОР с геометрией близкой к концентрической эти результаты обобщаются с применением принципа эквивалентности ОР.

2.Перестройка по длине двухзеркального концентрического ОР с зеркалами разной апертуры в область неустойчивой геометрии приводит для основного типа колебаний (при условии пропорциональности апертур зеркал их радиусам кривизны) к уменьшению относительной амплитуды поля на краях большего зеркала и преобладанию потерь на краях меньшего зеркала. Такая трансформация в распределении поля на зеркалах концентрического ОР позволяет реализовать новый тип связи с внешними трактами - регулируемую дифракционную связь. Эффективное регулирование или поддержание постоянной величины дифракционной связи при изменении в широких пределах частоты возбуждения ОР в одномодовом режиме работы осуществляется путем незначительного изменения расстояния между зеркалами ОР вблизи концентрической геометрии, причем наиболее эффективно это происходит при Е^/Р^О^ (Б^Дг - радиусы кривизны зеркал).

3.Путем развития квазиоптического подхода к расчету двухзеркальных почти концентрических ОР с дифракционной связью определяются все геометрические параметры таких резонаторов: размеры апертуры, радиусы кривизны зеркал и расстояние между ними для получения необходимого коэффициента связи в заданном рабочем диапазоне.

4.При осуществлении сосредоточенной связи двухзеркальных ОР с внешними трактами посредством малых одиночных ' круглых отверстий связи в центре зеркал, эффективное согласование достигается при оптимальном радиусе отверстия связи, определяемом из полученного соотношения. Наилучшее согласование сферического (или полусферического) ОР с внешними металлическими волноводными трактами (с волной Нм) осуществляется при уменьшении радиуса кривизны зеркал и при наименьших возможных расстояниях между отражателями, либо при 1ЖА2.

5. Дифракционные решетки с периодом много меньшим рабочей длины волны, размещенные на одном из отражателей КРС, способны формировать вблизи своей поверхности электромагнитное поле такой структуры, которое обеспечивает эффективное взаимодействие с пропускаемым вблизи их поверхности в вакууме электронным пучком как на основных, так и на высших гармониках не только в дифракционном и ЛОВ-режимах, но и в режиме типа ЛБВ. Режим типа ЛБВ характерен для низкодобротных КРС, состоящих из двух отражателей - рупора и плоского зеркала с дифракционной решеткой, в которых за счет наклонного падения электромагнитной волны резонансного колебания КРС на дифракционную решетку наиболее благоприятны условия для формирования поверхностных волн.

6. Двухэлектродный промежуток с электронным пучком в вакууме в режиме задерживающего потенциала (в частности - с виртуальным катодом) является удобным и достаточно чувствительным элементом при его использовании в качестве инструмента для исследования дисперсионных характеристик ОРС с дифракционными решетками или внутреннего детектирующего элемента в электронных приборах с КРС.

7. Соотношения для расчета спектров и добротности двухзеркального полусферического ОР с малопоглощающим плоскослоистым телом и шарообразного ОР с образцом в форме сферы служат целям исследования свойств твердого тела. Автоматизированный комплекс, созданный на базе персонального компьютера, позволяет не только значительно упростить и ускорить (почти в 100 раз по сравнению с ручными измерениями) процесс экспериментальных исследований электродинамических характеристик КРС в миллиметровом диапазоне, но и проводить диагностические исследования вещества; при этом за счет оригинального схемного и программного решений комплекс позволяет исследовать во всем миллиметровом диапазоне практически любые ОРС как с перестраиваемой, так и с фиксированной геометрией, расширяет предел измеряемых значений добротности (почти в 10 раз, с повышением точности измерений), отстраивается от внешних и внутренних помех и улучшает разрешение при одновременном возбуждении КРС на нескольких типах колебаний.

8. Для двухзеркального полусферического ОР со сверхразмерным волноводом вне апертуры зеркал характерным является немонотонность изменения потерь при изменении отношения радиуса кривизны сферического зеркала (Я) к длине волновода (Ьв) - Я/Ьв; потери в такой системе минимальны при К/Ьв^0.5 . В зависимости от длины волновода добротность такого ОР меняется периодически, достигая максимальных значений при нечетном числе четверти волны в волноводе. Добротность двухзеркального ОР с плоскими зеркалами и диэлектрическим стержнем вдоль оси системы монотонно возрастает при уменьшении диаметра стержня; в случае слабопоглощающего тонкого стержня добротность такой ОРС достигает значений (1.5- 2)-102.

Научная новизна работы

В результате проведенных в рамках диссертационной работы исследований получены новые научные представления о физических свойствах широкого класса электродинамических систем открытого типа, характеристиках различных типов связи с внешними трактами и влиянии дифракции на формирование волновых пучков в таких системах. Предложены и апробованы новые решения при создании приборов с резонансными системами такого типа.

В работе получены следующие новые результаты:

1. Проведено комплексное изучение вопросов формирования волновых пучков в двухзеркальных ОР с конфигурацией отражателей, близкой к границе устойчивости; при этом впервые

- получены аналитические соотношения ( и области их применимости), определяющие электродинамические характеристики таких ОР при возбуждении в них низших типов колебаний;

- найдены условия, необходимые для осуществления в концентрических ОР перестраиваемой дифракционной связи с внешними трактами; с применением нового подхода определены пределы изменения апертуры, радиусов кривизны зеркал и расстояния между ними при работе ОР в одномодовом режиме для получении необходимых характеристик дифракционной связи - рабочего диапазона и коэффициента связи. Это позволило рабчитать. изготовить и экспериментально исследовать полуконцентрический ОР для применения в качестве резонансной системы микротрона субмиллиметрового диапазона.

2. Выполнен цикл исследований КРС с периодическими структурами в холодном и горячем ( с электронным пучком) режимах работы. Впервые с применением новых методик в КРС с дифракционными решетками экспериментально обнаружено взаимодействие слаботочного электронного пучка с высшими гармониками (вплоть до десятой) в дифракционном режиме, в режимах ЛОВ и ЛБВ.

Результаты проведенных исследований использованы при создании новых приборов - электровакуумного детектора с КРС с периодической структурой, ГДИ-автодина, а также ГДИ-оротрона с улучшенными характеристиками (уменьшенными пусковыми токами, ускоряющими напряжениями и фокусирующими магнитными полями).

3. Проанализированы свойства сосредоточенной связи с внешними трактами двухзеркальных ОР при использовании для этих целей малых отверстий в зеркалах. Получено соотношение между амплитудой поля в ОР и в подводящем прямоугольном волноводе при возбуждении в ОР основного типа колебания. Изучена зависимость отношения этих амплитуд от геометрии и параметров резонатора, сформулированы условия оптимизации такой связи, выработаны рекомендации для различных применений ОР с таким типом связи. Результаты проведенного рассмотрения подтверждены экспериментально в миллиметровом диапазоне.

4. Проделан анализ возмущающего действия малого сферического тела в шарообразном резонаторе, а также тонкого диэлектрического стержня, плоскослоистого тела, сверхразмерного круглого волновода, размещенных в двухзеркальных ОР, на характеристики резонаторов. Полученные при этом теоретические и экспериментальные результаты использованы как при разработке резонансных систем приборов, так и для целей диагностики вещества. С применением новой универсальной методики в миллиметровом диапазоне исследованы свойства диэлектриков, слабоионизированной плазмы, ВТСП.

5. Для исследования КРС в миллиметровом диапазоне создан автоматизированный комплекс, позволяющий изучать как электродинамические характеристики резонансных систем ( спектр, распределение поля типов колебаний, добротность), так и исследовать свойства вещества. Использование этого комплекса позволило исследовать КРС (с большой точностью и достоверностью) при фиксированной и изменяемой геометрии, а также значительно ускорить и упростить процесс обработки и получения результатов в окончательной форме.

Практическая значимость работы

В представленной диссертационной работе решен большой круг задач, связанных с разработкой, исследованием и применением электродинамических систем открытого типа.

С целью применения КРС в генераторных схемах и приемных устройствах миллиметрового-субмиллиметрового диапазонов изучены свойства и рассмотрены вопросы оптимизации дифракционной и сосредоточенной связи двухзеркальных ОР с внешними трактами. С этой же целью проведены комплексные исследования дисперсионных характеристик КРС с периодическими структурами и эффективности взаимодействия электронного пучка с высшими пространственными гармониками в таких системах.

Совокупность полученных результатов послужила основой для выработки рекомендаций по оптимизации конструкций электронных приборов типа ГДИ-оротронов, привела к созданию электронного детектора с КРС.

Практическая значимость работы заключается и в том, что в процессе ее выполнения предложен и реализован ряд оригинальных методик как для исследования характеристик различных ОРС, так и для изучения свойств вещества.

Ряд научных и научно-производственных учреждений использовали в своей практике результаты, полученные в данной диссертации:

- для НИИ ядерной физики при Томском политехническом институте рассчитаны и изготовлены двухзеркальные ОР с дифракционной связью для применения в ЛСЭ субмиллиметрового диапазона длин волн;

- для института спектроскопии АН России (г. Троицк Московской области) разработан элементный узел - двухэлектродный промежуток с виртуальным катодом - для газового спектранализатора;

- в ЦНИИМАШе (г. Калининград Московской области) использованы методики и результаты исследования диэлектриков и слабоионизованной плазмы;

- в Институте радиофизики и электроники АН Украины (г.Харьков) при создании ГДИ-автодина использованы результаты, полученные ранее при исследовании дисперсионных характеристик ОРС и электровакуумного детектора с виртуальным катодом.

- в научно-исследовательском объединении "Исток" (г. Фрязино Московской области) применены методики исследования ОРС при помощи промежутка с виртуальным катодом; с использованием элементов вакуумной технологии этого объединения создан экспериментальный экземпляр электровакуумного детектора миллиметрового диапазона;

Результаты, проведенные в рамках данной работы являются составной частью НИР, выполненных на физическом факультете МГУ и вошли в соответствующие отчеты.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения и списка литературы. Она содерж ит 331 страницу текста, включая 4 таблицы, 98 рисунков и список цитируемой литературы из 258 наименований.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 7.

1. Предложен и реализован электронный детектор с КРС с отражающей решеткой с периодом много меньшим длины волны на плоском зеркале и с межэлектродным промежутком с виртуальным катодом, в цепи которого осуществляется выделение детекторного тока.

2. Проведено теоретическое рассмотрение процесса детектирования в таких устройствах; получены формулы для оценки величины детекторного тока и токовой чувствительности приборов.

3. Экспериментально в двухмиллиметровом диапазоне исследованы характеристики таких детекторов. Детектирование осуществлялось при работе приборов в дифракционном режиме и в режимах типа ЛОВ и ЛБВ; при этом электронный пучок взаимодействовал как с основными, так и с высшими (вплоть до десятой) гармониками.

4. Изучено изменение величины детекторного тока в интервалах расстройки по напряжению на периодической структуре и в зависимости от уровня мощности сигнала. При увеличении мощности детекторный ток приближается к некоторой постоянной величине; при уровнях мощности до 200-300 мВт; это происходит почти по линейному закону. Максимальная токовая чувствительность достигалась в ДИ-режиме на I гармонике и составляла величину 1,4-10-2 А/Вт; при работе на основных гармониках в режимах ЛОВ и ЛБВ она достигала значений (5-5-7)-10-3 А/Вт. Исследованный макет электронного детектора был предназначен лишь для изучения свойств таких устройств и полученные в процессе исследований характеристики не являются предельными (дальнейшие исследования показали [235] возможность достижения в таких детекторах токовой чувствительности (10-й О2) А/Вт).

5. Рассмотрено применение двухзеркальных ОР и связанных открытых резонансных систем в электронных приборах. Анализ траекторий движения электронов в поле основного типа колебаний ОР со сферическими зеркалами и процессов модуляции электронов по плотности показал, что разброс скоростей электронов на выходе из ОР-мал, а переменный ток на выходе формируется в результате модуляции средней скорости электронов с одновременной группировкой. Оценки КПД таких приборов дают значения в несколько десятков процентов (КПД усилителя на двух ОР со сферическими зеркалами достигает 39%).

6. Найдены условия выполнения гипотетической ситуации, когда КПД отбора энергии от электрона составляет 100%, при этом фаза влета и фаза вылета электронов из области взаимодействия, а также величина минимально возможной напряженности поля должны быть вполне определенными. Реально это происходит в достаточно сильных полях, так при Х=3мкм ЕКр=1,5Т0бв/см. Цепочка из периодически расположенных двухзеркальных связанных ОР может быть использована в качестве резонансной системы в таких электронных приборах.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенное в диссертационной работе исследование формирования волновых пучков в разнообразных квазиоптических резонансных системах показывает перспективность применения таких РС в качестве электродинамических систем различных устройств в широкой области спектра от светового до миллиметрового диапазонов.

Сформулируем основные результаты, полученные в диссертационной работе.

1. Впервые выполнен поэтапный теоретический анализ двухзеркальных ОР вблизи границы устойчивости с целью организации дифракционной связи с внешними трактами. Первоначально с применением теории возмущений осуществлено изучение свойств двухзеркальных ОР с геометрией зеркал близкой к плоской. Получены аналитические выражения для распределения амплитуды поля и фазы на зеркалах, потерь и дополнительного к геометрическому фазового сдвига за проход для трех низших типов колебаний. Результаты для таких ОР обобщены с использованием условий эквивалентности резонаторов на случай ОР с почти концентрической геометрией; при этом наиболее подробно рассмотрен вариант, когда ОР состоит из вогнутого и выпуклого зеркал. Проанализирована область применимости полученных результатов. Впервые установлено, что перестройка ОР по длине относительно концентрической геометрии позволяет осуществить новый тип связи ОР с внешними трактами -регулируемую дифракционную связь. При этом ОР может сохранять постоянной связь с внешними трактами в достаточно широком частотном интервале (порядка октавы) при возбуждении на основном типе колебаний.

2. Впервые предложен и осуществлен квазиоптический подход к расчету двухзеркальных ОР, перестраиваемых вблизи концентрической геометрии. При использовании ОР с одномодовым режимом работы и конкретными параметрами дифракционной связи в заданном диапазоне длин волн определяются размеры апертур, радиусы кривизны зеркал и расстояние между ними. С применением развитого подхода рассчитана резонансная система с дифракционной связью лазера на свободных электронах субмиллиметрового диапазона.

3. Проведен анализ эффективности согласования двухзеркальных ОР с внешними трактами при осуществлении сосредоточенной связи. Получено и исследовано соотношение между амплитудой поля в подводящем металлическом прямоугольном волноводе и в возбуждаемом на основном типе колебаний полусферическом ОР с одиночными малыми отверстиями связи круглой формы в центре зеркал. Проанализирована зависимость отношения квадрата амплитуды поля в ОР к квадрату амплитуды поля в волноводе от входящих в него параметров. При этом получено, что g* монотонно возрастает при уменьшении кривизны сферического зеркала, а в зависимости от расстояния между зеркалами достигает наибольшего значения при различных омических и дифракционных потерях либо при наименьших возможных расстояниях, либо в области расстояний Ь>11/2. Зависимость g* от радиусов отверстий связи имеет резонансный характер. Найдено выражение для определения радиусов отверстий связи на зеркалах, при которых g* принимает максимальное значение. Подтверждена возможность экспериментального определения этого отношения. Полученные результаты позволяют рассчитывать и регулировать амплитуду поля в ОР, решать вопросы согласования ОР с внешними трактами.

4. Проведены экспериментальные исследования дисперсионных характеристик КРС с периодическими структурами с периодом много меньшим длины волны. Исследована также эффективность взаимодействия электронного пучка с пространственными гармониками в таких системах; при этом зафиксировано взаимодействие электронов с пространственными гармониками периодической структуры (вплоть до десятой) в ДИ-режиме, а также с прямыми и обратными гармониками вплоть до девятой поверхностной волны. Режим типа ЛБВ в таких КРС зафиксирован впервые. Результаты получены с использованием предложенной методики определения дисперсионных характеристик ОРС с периодической структурой при помощи электронного зонда и промежутка с виртуальным катодом; рекомендации этих исследований применены для оптимизации характеристик и параметров электронных устройств миллиметрового-субмиллиметрового диапазонов типа ГДИ-оротрона и ГДИ-автодина (уменьшение пусковых токов, ускоряющих напряжений и фокусирующих магнитных полей).

5. Впервые сконструирован и изготовлен электронный детектор с периодической структурой на плоском зеркале РС и с межэлектродным промежутком с виртуальным катодом. При теоретическом рассмотрении таких устройств получены формулы для оценки величины детекторного тока и токовой чувствительности. В двухмиллиметровом диапазоне выполнены экспериментальные исследования характеристик макетов электронных детекторов. Детектирование осуществлялось при работе приборов в ДИ-режиме и в режимах типа ЛОВ и ЛБВ на основных и высших гармониках. Электронный детектор имеет устойчивые характеристики, не боится механических и электрических перегрузок и может быть использован практически во всей спектральной области от сантиметрового до у -диапазона.

6. Создан автоматизированный комплекс для исследования характеристик КРС любой геометрии в миллиметровом диапазоне. В установке используется персональный компьютер, что дает возможность изучать спектр и распределение поля типов колебаний, измерять добротность с одновременной обработкой результатов в процессе проведения измерений.

Комплекс позволяет ускорить процесс экспериментальных исследований ОРС почти в 100 раз по сравнению с ручными измерениями, а также производить диагностику вещества; при этом повышается точность измерений и расширяется предел измеряемых значений добротности. Предложенная схема применения ПЭВМ дает возможность использовать ее комплексно для одновременного обслуживания нескольких экспериментальных установок и проведения автономных теоретических расчетов. Комплекс позволил с применением оригинальных методик провести в миллиметровом диапазоне измерения диэлектрической проницаемости и тангенса угла потерь ряда диэлектриков, концентрации электронов и частоты соударений слабоионизованной плазмы, импедансных характеристик ВТСП.

7. В диапазоне от двух до восьми миллиметров выполнена серия экспериментальных исследований двухзеркальных КРС с разнообразными включениями при различных типах связи с внешними трактами и систем металлодиэлектрических резонаторов и связанных ОР с кольцевыми, цилиндрическими и сферическими зеркалами. При этом изучено поведение спектра, формы каустических поверхностей типов колебаний и добротности при изменении частоты, апертур зеркал и расстояния между ними. Спектр двухзеркальных ОР с вогнутыми и выпуклыми зеркалами с дифракционным выходом вблизи концентрической геометрии состоял из двух низших симметричных типов колебаний; распределение поля приобретало стабильную форму в области за выходным зеркалом на расстоянии до ОР в 1001; угловая полуширина центрального максимума поля составляла при этом 2,5-3,5 градуса. Полученные результаты необходимы при расчете сочленений таких ОР с внешними трактами.

Определено влияние тонкого диэлектрического стержня, размещенного вдоль оси двухзеркального ОР и сверхразмерных волноводов на характеристики ОР; найдены условия оптимального согласования в таких системах для получения минимальных потерь.

Исследованы двухзеркальные ОР со сферическими и цилиндрическими зеркалами с размещенными в резонансном объеме слюдяными или латунными плоскими лентами-решетками с периодом большим длины волны; такие КРС содержали в своем спектре 1-2 типа колебаний, резонансное поле которых, как правило, концентрировалось вдоль оси системы. Обнаружено, что при вариации типов и параметров решеток можно осуществлять изменение величины добротности в 2-3 раза.

Изучены спектральные характеристики шарообразного резонатора с расположенным в центре малым сферическим телом и свойства двухзеркальных ОР с плоскослоистым телом; результаты использованы при диагностике вещества.

Показана достаточно хорошая эффективность возбуждения через малые одиночные отверстия связи систем, состоящих из 6-8 дифракционно связанных ОР с зеркалами различной формы; максимальная величина добротности таких систем достигала значений (2-4)-102. Изучены также отражательные свойства зеркал-эшелеттов с периодом, большим длины волны. Проанализированы характеристики КРС, состоящих из плоского зеркала с мелкоструктурной отражающей решеткой и рупорной антенны. Эта серия исследований предпринята с целью применения таких РС в электронных приборах.

Рассмотрена также возможность управления характеристиками полуцилиндрического ОР при вариации параметров элементов решеток с периодом большим длины волны из металлических прямоугольных или квадратных брусков, размещенных на плоском зеркале.

Большой объем экспериментального материала, накопленный в результате проведенных исследований разнообразных КРС был лишь частично использован в рамках данной диссертационной работы. При этом надо отметить, что почти все экспериментальные исследования были обусловлены конкретными практическими приложениями, связанными как с разработкой новых экспериментальных методик, так и с созданием конкретных приборов.

В заключение считаю необходимым выразить свою благодарность кандидату физ. мат. наук, доценту кафедры радиофизики физического факультета МГУ Анатолию Ивановичу Костиенко - научному руководителю группы "Квазиоптической электроники", в рамках которой в течение ряда лет мне была предоставлена благоприятная возможность проводить исследования КРС.

Я благодарен доктору физ. мат. наук, профессору физического факультета МГУ М. Н. Девяткову и кандидату физ. мат. наук, доценту Ю. В. Горохову - моим старшим товарищам по работе, безвременно ушедшим от нас, за помощь и советы при постановке экспериментальных исследований и при обсуждении получаемых результатов.

Хочу выразить свою благодарность кандидату физ. мат. наук, заведующему лабораторией научно-исследовательского института источников тока АН России, бывшему аспиранту физического факультета МГУ В. Г. Богомолову за плодотворное сотрудничество как на стадии выполнения им диссертационной работы, так и на протяжении ряда последующих лет.

Автор благодарен сотрудникам кафедры радиофизики профессору В. И. Канавцу, доценту А. Ф. Королеву, ст.н.с. Ю. К. Алексееву за научное сотрудничество, советы и ценные замечания, сделанные как в ходе выполнения диссертационной работы, так и при ее оформлении.

302

Благодарю инженера I категории физического факультета МГУ Е. Р. Канунова и физика А. К. Малышкина за участие и помощь в проведении серии последних исследований.

Хочу поблагодарить уже ушедших от нас Л. 3. Аитову - инженера II категории физического факультета МГУ и мастера по точным приборам В. Г. Загребаева за помощь в проведении экспериментов, в особенности на ранней стадии исследований.

Приношу благодарность своим дипломникам и аспирантам 1967-1999 г.г., внесшим свою лепту в цикл исследований, проведенных в рамках этой работы.

Искренне благодарен профессорам и научным сотрудникам физического факультета, принявшим участие в обсуждении работы и сделавшими при этом ценные замечания.

1. Вайнштейн Л.А. Открытые резонаторы и открытые волноводы. М. Сов. радио, 1966, 476 с.

2. Фок В.А. Проблемы дифракции и распространения электромагнитных волн. М. Сов. радио, 1970, 518 с.

3. Виноградова М.В., Руденко О.В., Сухоруков А.П. Теория волн. М. Наука, 1990, 432 с.

4. Ваганов Р.Б., Канцеленбаум Б.З. Основы теории дифракции. М. Наука, 1982, 272 с.

5. Ананьев Ю.А. Оптические резонаторы и проблема расходимости лазерного излучения. М. Наука, 1979, 328 с.

6. Ищенко Е.Ф. Открытые оптические резонаторы. М. Сов. радио, 1980, 207 с.

7. Шестопалов В.П. Физические основы миллиметровой и субмиллиметровой техники, т.1, Открытые структуры. Киев. Наук, думка, 1985, 216 с.

8. Нефедов Е.И. Открытые коаксиальные резонансные структуры. М. Наука, 1982, 220 с.

9. Гончаренко A.M. Гауссовы пучки света. Минск, Наука и техника, 1977, 144 с.

10. Шестопалов В.П. Генераторы дифракционного излучения. Киев. Наук. Думка, 1991, 265 с.

11. Воронцов М.А., Шмальгаузен В.И. Принципы адаптивной оптики. М. Наука, 1985, 335 с.

12. Прохоров A.M. О молекулярном усилителе и генераторе насубмиллиметровых волнах. ЖЭТФ, 1958. т.34, N6, с. 1658-1659.

13. Schawlow A.L., Townes С.Н. Infrared and optical masers. Phys. Rev., 1958, v.112, N6, p.1940-1949.

14. Барчуков А.И., Прохоров A.M. Экспериментальное исследование дисковых резонаторов в миллиметровом диапазоне длин волн. Радиотехника и электроника, 1959, т.4, N12, с.2094-2095.

15. Девятков Н.Д., Голант М.Б. Пути развития приборов миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов волн. Радиотехника и электроника, 1967, т.12, вып.11, с.1973-1978.

16. Зельдович Б.Я., Мельников H.A., Пилипецкий Н.Ф., Рагульский В.В. Наблюдение эффекта обращения волнового фронта при вынужденном комбинационном рассеянии. Письма в ЖЭТФ, 1977, т.25, с.41.

17. Зельдович Б.Я., Пилипецкий Н.Ф., Шаунов В.В., Обращение волнового фронта, М. Наука, 1985, 227 с.

18. Брысев А.П., Бункин Ф.В., Власов Д.В., Гервиц JI.JI. Плоское параметрическое зеркало, обращающее волновой фронт. Письма в ЖЭТФ, 1982, т.8, с.554.

19. Бельдюгин И.М., Земсков Е.М. К расчету поля в резонаторе лазера с зеркалом обращающим волновой фронт. Квантовая электроника, 1980, т.7, с.1334.

20. Анисимов А.Ю., Будников В.Н., Виноградов H.H., Голант В.Е. Применение открытых цилиндрических резонаторов для исследования плазмы. ЖТФ. 1965, т.35, N11, с.2042-2051.

21. Голант В.Е. Высокочастотные методы исследования плазмы. М. Наука, 1968, 328 с.

22. Виноградов Е.А., Дианов Е.М., Ирисова H.A. Интерферометр Фабри-Перо короткого миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов сметаллическими сетками, имеющими период меньший длины волны. Письма в ЖЭТФ, 1965, т.2, N7, с.323-326.

23. Фиалковский А.Т. Открытые резонаторы, образованные параллельными дисками, при произвольном отношении их диаметра к расстоянию между ними. В сб. Электроника больших мощностей. 1968, N5, с.136-146.

24. Бахрах Л.Д., Курочкин А.П. Об использовании оптических систем и метода голографии для восстановления диаграмм направленности антенн СВЧ по измерениям поля в зоне Френеля. ДАН СССР, 1966, т. 171, N6, с.1309-1312.

25. Лихарев К.К., Мигулин В.В. Приемники миллиметрового диапазона на основе эффекта Джозефсона. Радиотехника и электроника, 1980, т.25, N6, с. 1121-1142.

26. Фокс Ф., Ли Т. Резонансные типы колебаний в интерферометре квантового генератора. В сб. Лазеры, М. ИЛ, 1963, с.325-362.

27. Бойд Дж., Гордон Дж. Конфокальный резонатор со многими типами колебаний для квантовых генераторов миллиметрового и оптического диапазонов. В сб. Лазеры, М. ИЛ, 1963, с.363-384.

28. Zimmerer R.V. Spherical mirror Fabri-Perot resonators. IEEE Trans, on Microwave Theor. and Teclm., 1963, MTT-II, N5, p.371-379.

29. Baron S.R., Newstein M.C. Fabry-Perot resonances at small Fresnel number. Appl. Opt., 1964, v.3, N10, p.l 194-1195.

30. Богомолов Г.Д. Открытые резонаторы в восьмимиллиметровом диапазоне. В сб. Электроника больших мощностей, 1964, N3, с.154-175.

31. Валитов P.A., Дюбко С.Ф., Камышан В.В., Шейко В.П. Об одном методе измерения распределения полей в открытом резонаторе. ЖЭТФ, 1964, т.47, вып.4 (10), с.1173-1177.

32. Быков В.П. Геометрическая оптика трехмерных колебаний воткрытых резонаторах. В сб. Электроника больших мощностей, 1965, N4, с.66-92.

33. Авербах B.C., Власов С.Н., Таланов В.М. О влиянии аберрации первого и второго порядков на характеристики открытых резонаторов. Радиотехника и электроника, 1965, т.10, N6, с.1150-1153.

34. Bergstein L., Schachter Н. Resonant modes of optic cavities of small Fresnel number. J. Opt. Soc. Amer., 1965, v.55, N10, p. 1226-1233.

35. Сигмэн A.H. Неустойчивые оптические резонаторы для лазеров. ТИИЭР, 1965, N3, с.318-329.

36. Когельник X. Коэффициенты связи и коэффициенты преобразования волн в оптических системах. В кн. Квазиоптика. Под ред. Каценеленбаума Б.З. и Шевченко И.И. М. Мир, 1966, с.210-225.

37. Kahn W.K. Unstable optical resonator. Appl. Opt., 1966, v.5, N.3, p.407413.

38. Глоге Д. Расчет резонаторов Фабри-Перо для лазеров с помощью матриц рассеяния. В сб. Квазиоптика. М. Мир, 1966, с.264-279.

39. Глоге Д. Общий метод расчета оптических резонаторов и периодических линзовых систем. В сб. Квазиоптика. М. Мир, 1966, с.280-314.

40. Baron S.R. Optical resonators in the unstable region. Appl. Opt., 1967, v.6, N5, p.861-863.

41. Бойцов В.Ф., Фрадкин Э.Е., Дифракционные явления в конфокальных и полуконфокальных оптических резонаторах. Оптика и спектроскопия, 1968, т.24, N5, с.766-775.

42. Белуга И.Ш. Расчет аксиально-симметричных открытых резонаторов со сферическими зеркалами. Электронная техника, сер.1. Электроника СВЧ, 1968, N12, с.18-28.

43. Нефедов Е.И., Храпко A.M. Дифракционные потери симметричногооткрытого резонатора с зеркалами круглой формы и концентрическими отверстиями в них. Электронная техника, сер. I. Электроника СВЧ, 1968, N8, с.81-85.

44. Когельник X., Ли Т. Резонаторы и световые пучки лазеров. ТИИЭР, 1966, т.54, N10, с.95-113.

45. Косарев Е.Л., Ципенюк Ю.М. Вынужденные колебания открытого резонатора, связанного с волноводом малым отверстием. В сб. Электроника больших мощностей, 1968, N5, с.105-116.

46. Русин Ф.С., Богомолов Г.Д. Колебательная система оротрона. В сб. Электроника больших мощностей, 1968, N5, с.38-44.

47. Афонин Д.Г., Девятков М.Н., Пирогов Ю.А. Экспериментальные исследования открытых резонаторов со сферическими зеркалами. Вестник Московского Университета, сер. физика-астрономия, 1968, N1, с.40-46.

48. Техника субмиллиметровых волн. Под ред. Валитова P.A. М. Сов. радио, 1969, 475 с.

49. Киселев В.А. Несимметричные открытые резонаторы с круглыми сферическими зеркалами. Журн. прикл. спектроскопии, 1969, т. 11, N6, с.1035-1040.

50. Афонин Д.Г. О некоторых характеристиках открытого резонатора со сферическими зеркалами разных радиусов кривизны. Вестник Московского Университета, сер.З, физика-астрономия, 1969, N5, с.127-129.

51. Ананьев Ю.А., Любимов В.В., Орлова И.Б. Деформация мод в открытых резонаторах с плоскими зеркалами. ЖТФ, 1969, т.39, N10, с. 18721880.

52. Щеннагель Г. Собственные колебания резонатора ОКГ с вогнутыми зеркалами и отверстием для вывода излучения. ЖТФ, 1969, т.39, N11, с.2066-2075.

53. Троицкий Ю.В. Открытый резонатор с поглощающей пленкой. Радиотехника и электроника, 1969, т.14, N9, с. 1641-1647.

54. Любимов В.В., Орлова И.Б. Приближенный расчет колебаний в резонаторах с вогнутыми зеркалами. Оптика и спектроскопия, 1970, т.29, N3. с.581-586.

55. Казанцев Ю.Н. Расчет характеристик открытых резонаторов. Изв. Вузов, Радиофизика, 1967, т. 10, N4, с.518-529.

56. Богомолов Г.Д., Русин Ф.С. Открытый резонатор с переменной квазиоптической связью. Радиотехника и электроника. 1970, т. 15, N4, с. 852854.

57. Афонин Д.Г. Пирогов Ю.А. Об исследовании некоторых характеристик открытых резонаторов в двухмиллиметровом диапазоне длин волн. Тезисы докладов на VI Межвузовской конференции по электронике СВЧ. 1969, Минск, с.321.

58. Афонин Д.Г., Пирогов Ю.А. Исследование открытых резонаторов со сферическими зеркалами в двухмиллиметровом диапазоне длин волн. Вестник Московского Университета, сер. физика-астрономия, 1970, N1, с.93-95.

59. Балаклицкий И.М., Петрушин A.A., Скрынник Б.К., Третьяков O.A., Шестопалов В.П. Экспериментальные исследования открытых резонаторов с дифракционными решетками, 1ч. Украинский Физический журнал, 1970, т.15, N5, с.724-741.

60. Балаклицкий И.М., Петрушин A.A., Скрынник Б.К., Третьяков O.A., Шестопалов В.П. Экспериментальные исследования открытых резонаторов с дифракционными решетками, 2ч. Украинский Физический журнал, 1970, т.15, N6, с.883-890.

61. Власов С.Н., Таланов В.И. Конфокальный резонатор с отверстиями взеркалах. Радиотехника и электроника, 1970, т.15, N.11, с. 2383-2385.

62. Афонин Д.Г., Ктиторов В.И. О нахождении амплитуды поля в открытых резонаторах. Вестник Московского Университета, сер. физика-астрономия, 1972, N4, с. 448-554.

63. Афонин Д.Г., Горохов Ю.В., Ктиторов В.И., Пирогов Ю.А. О системах с возбуждением гребенок квазиплоскими волнами. Вестник Московского Университета, сер. физика-астрономия, 1973, N2, с.243-246.

64. Horwitz P., Asymptotic theory of unstable resonators modes. J. Opt. Soc. Amer., 1973, v.63, N12, h.15281543.

65. Винокуров Г.Н., Любимов B.B., Орлова Н.Б. Исследование селективных свойств открытых неустойчивых резонаторов. Оптика и спектроскопия, 1973, т.34., N4, с.741-751.

66. Ищенко Е.Ф., Сушкин В.Н. Рациональный выбор конфигурации открытого резонатора с отверстием связи. Радиотехника и электроника, 1973, т. 18, N5, с.930-933.

67. Degnan J.J., Hall D.R. Finite-aperture wave-quide laser resonators. IEEE J. of Quant. Electr., 1973, v.QE-9, N9, p.901-910.

68. Granek H., Morency A.J. Large effective Fresnel number confocal ustable resonators: an experimental study. Appl.Opt., 1974, v.3, N2, p.368-373.

69. Siegman A.E. Unstable optical resonators. Appl. Opt., 1974, v.13, N2, p.353-367.

70. Steier W.H., Mc Allister G.L. A simplified method for predicting unstableresonator mode profiles. IEEE J. Quant. Electr., 1975, v.QE-II, N9, p725-728.

71. Курушин Е.П., Нефедов Е.И., Фиалковский A.T. Дифракция электромагнитных волн на анизотропных структурах. М. Наука, 1975, 354 с.

72. Курин В.Г., Скрынник Б.К., Шестопалов В.П. Оптимизация связи генератора дифракционного излучения с нагрузкой. Изв. Вузов. Радиофизика, 1976, т.19, в.1, с.128-134.

73. Королев Ф.А., Богомолов В.Г., Исламов P.M., Леонтьев В.В., Хапаев A.M. Исследование влияния отверстия в зеркале на свойства полусферического резонатора Фабри-Перо. Вестник Московского Университета, сер. физика-астрономия, 1976, т. 17, N4, с.484-485.

74. Афонин Д.Г., Алексеев Ю.А., Костиенко А.И. О возможности простого расчета спектра резонансных частот открытого резонатора с плоскослоистой структурой. Вестник Московского Университета, сер. физика-астрономия, 1977, N3, с.87-91.

75. Епишин В.А. Открытые резонаторы с отверстиями в отражателях. Квантовая электроника, 19786 т.5, N6, с. 1263-1271.

76. Вертий A.A., Деркач В.Н., Попенко H.A., Шестопалов В.П. Экспериментальное исследование характеристик открытых резонаторов в цилиндрических оболочках. Украинский физический журнал, 1978, т.23, N10, с.1666-1672.

77. Канавец В.И., Ряполов Н.Ф., Сандалов А.Н., Черепенин В.А. Исследование электродинамических открытых систем релятивистской дифракционной электроники. Вестник Московского Университета, сер. физика-астрономия, 1979, N20, с.38-46.

78. Афонин Д.Г., Костиенко А.И. О возбуждении периодической структуры в открытом резонаторе. Вестник Московского Университета, сер. физика-астрономия, 1979, N1, с.71-75.

79. Белостецкий В.В., Васильев В.Н. Интегральное уравнение открытого резонатора с диэлектрическим элементом. Радиотехника и электроника, 1979, т.24, N7, с.1308-1315.

80. Королев Ф.А., Богомолов В.Г., Кислов В.И. Об измерении потерь в квазиоптическом резонаторе с малой неустойчивостью. Вестник Московского Университета, сер. физика-астрономия, 1979, т.20. N6, с.97-100.

81. Королев Ф.А., Богомолов В.Г. Экспериментальное исследование характеристик дифракционного выхода неустойчивого открытого резонатора. Вестник Московского Университета, сер. физика-астрономия, 1979, т.20, N5, с.91-93.

82. Вертий A.A., Мокрый В.М., Мороз Е.Е., Попенко H.A., Сорока A.C., Шкодин В.И. Влияние двойной дифракционной решетки как фазовой неоднородности на свойства открытого резонатора. Радиотехника и электроника, 1979, т.24, N3, с.641-643.

83. Вертий A.A., Попенко H.A., Шестопалов В.П. Свойства экранированного открытого резонатора с неоднородностью в виде локальной дифракционной решетки. Радиотехника и электроника, 1980, т.25, N2, с.412-415.

84. Леонов Ю.А., Фурсов A.M. К вопросу о влиянии местоположения и взаимной ориентации щелей связи на свойства открытого резонатора. Радиотехника, 1980, N53, с.29-33.

85. Алексеев Ю.К., Афонин Д.Г., Костиенко А.И. Расчет добротности открытого резонатора с многослойной структурой. Вестник Московского Университета, сер. физика-астрономия, 1981, т.22, N6, с.74-76.

86. Вертий A.A., Иванченко И.В., Шестопалов В.П. Экспериментальное исследование квазиоптического открытого резонатора с анизотропным заполнением. Радиотехника и электроника, 1989, т.26, N2, с.294-298.

87. Clarke R.N., Rosenberg C.B. Fabry-Perot and open resonators at microwave and millimetre wave frequences 2-300 GHz. J. Phys. E.: Sei. Instrum., 1982, v.l5, p.9-24.

88. Вертий A.A., Деркач В.H., Гаврилов С.П. Открытый резонатор миллиметрового диапазона длин волн с тонкопленочным отражателем. Украинский физический журнал, 1982, т.27, N5, с.777-779.

89. Афонин Д.Г., Богомолов В.Г., Костиенко А.И. Расчет геометрии открытых резонаторов с регулируемым дифракционным выходом. Изв. Вузов, Радиофизика, 1983, т.26, N4, с.474.

90. Андросов В.П., Велиев Э.И., Вертий A.A. Поляризационные и спектральные характеристики открытых резонаторов с внутренними неоднородностями. Изв. Вузов, Радиофизика, 1983, т.26, N3, с.318-323.

91. Вертий A.A., Попенко H.A., Попков Ю.П, Тарапаев С.И. Трехзеркальный открытый резонатор миллиметрового диапазона длин волн. Изв. Вузов, Радиофизика, 1984, т.27, N6, с.775-781.

92. Вертий A.A., Иванченков И.В., Попенко H.A., Попков Ю.П., Шестопалов В.П. Исследование излучения волн из квазиоптических резонаторов, ч.1, Изв. Вузов, Радиофизика, 1984, т.27, N12, с. 1536-1544.

93. Афонин Д.Г., Бояринцев Н.Д., Костиенко А.И., Королев А.Ф. Влияние боковых металлических стенок на свойства открытого резонатора. Тезисы докладов IV Всесоюзного семинара по релятивистской высокочастотной электронике, Москва, 1984, с. 118.

94. Измерения на миллиметровых и субмиллиметровых волнах (методы и техника). Валитов P.A., Дюбко С.Ф., Макаренко Б.И. и др. под ред. Валитова P.A., Макаренко Б.И. М. Радио и связь, 1984.

95. Андросов В.Н., Велиев Э.И., Вертий A.A. Фокусирующие особенности дифракционной решетки в открытом резонаторе. Изв. Вузов, Радиофизика, 1985, т.28, N5, с.634-646.

96. Камышан A.B., Камышан В.В. О возбуждении открытого резонатора из волновода отверстием связи. Радиотехника, 1972, вып.20, с.203-207.

97. Вертий A.A. Исследование и применение резонансных квазиоптических систем в физике миллиметровых волн. Диссертация на соискание ученой степени доктора физ.-мат. наук, Харьков, 1985, 457с.

98. Клеев А.И., Маненков А.Б. Расчет открытого резонатора с волноводом между зеркалами. Радиотехника и электроника, 1988, т.ЗЗ, N7, с.1387-1393.

99. Афонин Д.Г., Бояринцев Н.Д., Королев А.Ф., Костиенко А.И. Влияние боковых металлических стенок на свойства открытых резонаторов. Вестник Московского Университета, сер. физика-астрономия, 1985, т.26, N4, с.49-51.

100. Афонин Д.Г., Богомолов В.Г., Бояринцев И.Д., Горбунов В.В., Королев А.Ф., Костиенко А.И. Исследование резонансной системы для лазера на свободных электронах. Электронная техника, сер.1, 1989, вып.З (417), с.14-16.

101. Афонин Д.Г., Голованов В.Ю., Костиенко А.И. Экспериментальное исследование связанных открытых резонаторов. Препринт N12 Физического факультета МГУ, 1990, 4с.

102. Афонин Д.Г., Малышкин А.К. Связанные диэлектрические резонаторы сверхразмерные электродинамические системы. Тезисы докладов на VIII Всесоюзном симпозиуме по сильноточной электронике, часть III, 1990, Свердловск, с. 155-156.

103. Афонин Д.Г., Голованов В.Ю., Канунов Е.Р. Исследования связанных открытых резонаторов с целью применения в вакуумной электронике. Тезисы докладов на VIII Всесоюзном симпозиуме по сильноточной электронике, часть III, 1990, Свердловск, с. 157-159.

104. Афонин Д.Г., Полосенко A.B. Открытые резонаторы с дифракционными решетками на отражателях. Тезисы докладов Всесоюзного научного семинара "Математическое моделирование и применение явлений дифракции", 1990, Москва, с.29-31.

105. Афонин Д.Г., Малышкин А.К. Квазиоптические периодические структуры связанные диэлектрические резонаторы. Тезисы докладов Всесоюзного научного семинара "Математическое моделирование и применение явлений дифракции", 1990, Москва, с.31-33.

106. Афонин Д.Г. Расчет амплитуды поля в открытых резонаторах с сосредоточенной связью. Тезисы докладов I Всесоюзной конференции "Физические проблемы волоконно-оптической связи", 1990, Севастополь, с.104.

107. Афонин Д.Г., Богомолов В.Г. Оптимизация параметров открытых резонаторов с регулируемым дифракционным выходом. Тезисы докладов I Всесоюзной конференции " Физические проблемы волоконно-оптической связи", 1990, Севастополь, с. 103.

108. Диэлектрические резонаторы. Ильченко М.Е., Взятышев В.Ф., Гассанов Л.Г. и др. Под ред. Ильченко М.Е. М. Радио и связь, 1989, 328 с.

109. Кириченко А.Я., Харьковский С.Н. Взаимодействие азимутальных колебаний в квазиоптическом диэлектрическом резонаторе. Письма в ЖЭТФ, 1990, т.16, вып.6, с.12-16.

110. Кириченко А.Я., Харьковский С.Н. Резонансная перестройка характеристик азимутальных колебаний открытых диэлектрических резонаторов. Изв. Вузов, сер. Радиоэлектроника, 1991, т.34, N10, с.74-78.

111. Афонин Д.Г., Малышкин А.К. Квазиоптические системы со связанными диэлектрическими резонансными структурами. Труды Всесоюзной школы-семинара "Физика и применение микроволн", 1991, ч.1, Москва, с.96-99.

112. Афонин Д.Г., Богомолов В.Г. Влияние связи с внешними трактами на характеристики двухзеркальных открытых резонаторов. Труды Всесоюзной школы-семинара "Физика и применение микроволн", 1991, ч.1, Москва, с.89-92.

113. Афонин Д.Г., Канунов Е.Р. Исследование резонаторов в форме сферы. Труды Всесоюзной школы-семинара "Физика и применение микроволн", 1991, 4.1, Москва, с.76-78.

114. Афонин Д.Г., Богомолов В.Г. Выходные характеристики открытого резонатора с дифракционной связью. Тезисы докладов II Всесоюзной конференции "Физические проблемы оптической связи и обработки информации". 1991, Севастополь, с.120.

115. Афонин Д.Г., Малышкин А.К. Квазиоптические диэлектрические структуры. Тезисы докладов II Всесоюзной конференции "Физические проблемы оптической связи и обработки информации". 1991, Севастополь, с.121.

116. Afonin D.G., Bogomolov V.G. Open two-mirror resonators with variable difractional output. Laser Physics, 1992, v.2, N3, p.386-387.

117. Afonin D.G., Bogomolov V.G. Method for calculation of open resonators with regulated difraction output. Laser Physics, 1992, v.2, N6, p.880-882.

118. Afonin D.G., Malyshkinem A.K. Waveguide metallodielectrical structures. Proceedings Intern. Conference "Signals and Systems". June 17-19, 1992, Geneva, v.l, p.255-265.

119. Afonin D.G. Characteristics of open resonators containing difraction gratings. Proceedings Intern, Conference "Information processing", Orlanda, Florida(USA), October 25-27, 1993, p.63-72.

120. Afonin D.G., Kanunov E.R. Diffractional lattices of Esheiett-type in millimeter wave region. Proceedings Intern. Conference "Systems, analys, control and design", London, September 1-3, 1993, p.91-97.

121. Афонин Д.Г., Костиенко А.И. Оптимизация связи полусферического открытого резонатора. Рукопись депонирована в ВИНИТИ, 1988, регистр №714-В 88, 14 с, библ. 1 назв.

122. Афонин Д.Г. Богомолов В.Г., Кислов В.И., Костиенко А.И. Расчет двухзеркальных открытых резонаторов с регулируемым дифракционным выходом.Рукопись депонирована в ВИНИТИ, 1981, регистр №4625-81 ДЕП, 32 с, библ. 13 назв.

123. Афонин Д.Г. Открытые резонансные системы со структурами типа решеток. Тезисы докладов IV Международной конференции "Физические проблемы оптических измерений, связи и обработки информации", 1993, Севастополь, с. 113.

124. Afonin D.G., Kammov E.R. Frequency characteristics of sphere-like cavity in extremely high-frequency band. J. Modelling, Measurement and Control, A, 1994, v.54, N3, p.43-48.

125. Афонин Д.Г., Канунов E.P. Дифракционное рассеяние на решетках типа эшелетт. Вестник Московского Университета, серия физика-астрономия, 1994, N4, с.61-63.

126. Afonin D.G. A ball cavity with spherical body. Laser Phisics, 1994, v.4, N3, p.512-514.

127. Петрушин А.А., Балаклицкий И.М., Шестопалов В.П. Установка для изучения электромагнитных полей в открытых резонаторах миллиметрового диапазона. Приборы и техника эксперимента, 1970, N2, с.919-922.

128. Лебедев И.В. Техника и приборы СВЧ. т.1, Высшая школа, 1970, 440 с.

129. Вершинина Л.Н. Установка для измерения фазового распределения поля в открытых квазиоптических системах. Приборы и техника эксперимента, 1971, N2, с.174-176.

130. Вертий А.А., Деркач В.Н., Шестопалов В.П. Метод получения спектров пространственной структуры электромагнитных полей миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов. ДАН УССР, сер. А, 1978, N3, с.247-250.

131. Вертий А.А., Иванченко И.В., Лопатин И.В. и др. Квазиоптическийкомплекс для исследования радиационных эффектов в миллиметровом диапазоне. Украинский физический журнал, 1984, т.31, N3, с.347-350.

132. Афонин Д.Г. Автоматизация процессов обработки информации при исследовании электродинамических систем. Тезисы Всесоюзной конференции. "Радиофизическая информатика". 1990, Москва, с.37.

133. Афонин Д.Г., Малышкин А.К. Автоматизация исследования спектра и добротности открытых резонансных систем. Вопросы радиоэлектроники, 1991, вып.5, с.77-80.

134. Афонин Д.Г., Дубровский В.В., Малышкин А.К. Методики автоматизированных исследований электродинамических систем. Труды Всесоюзной школы-семинара "Физика и применение микроволн", 1991, ч.1, Москва, с.86-88.

135. Афонин Д.Г., Дубровский В.В., Канунов Е.Р. "Микропроцессорные системы в автоматизации эксперимента". Труды Всесоюзной школы-семинара "Физика и применение микроволн", 1991, ч.1, Москва, с.93-95.

136. Афонин Д.Г., Малышкин А.К. "Использование персональных компьютеров при исследовании открытых резонансных систем". Тезисы докладов III Международной конференции "Физические проблемы оптической связи и обработки информации", 1992, Севастополь, с.67.

137. Afonin D.G., Malyshkine А.К. Combined employment of personal computers IBM PC. Proceedings Intern. Conference "Signals and Systems", June 17-19,1992, Geneva, v.l, p.249-254.

138. Афонин Д.Г., Дубровский B.B., Малышкин A.K. Автоматизированная установка для исследования электродинамических систем на базе компьютера ЮМ РС-ХТ. Приборы и техника эксперимента, N5, 1993, с.75-78.

139. Culshaw W. Reflectors for a microwave Fabry-Pero interferometer. IRE

140. Trans. MTT-7, 1959, N2, p.221-228.

141. Primich R.I., Haymi R.A. The application of focussed Fabry-Perot resonator for plasma diagnostics. ГЕЕЕ Trans. MTT-12, 1964, N1, p.33-42.

142. Москалев И.Н., Стефановский Д.М. Диагностика плазмы с помощью ОР. Энергоатомиздат, 1985.

143. Афонин Д.Г., Костиенко А.И. Диагностика плазмы в открытом резонаторе со сферическими зеркалами. Препринт физического факультета МГУ, 1988, N1,4 с.

144. Прозорова JI.A., Максименков П.П. Применение открытого резонатора в магнитном радиоспектрометре. В сб. Электроника больших мощностей, 1968, М. Изд. Наука, с.59-63.

145. Выставкин А.Н., Губанков В.Н., Казанцев Ю.И., Павлов Н.Б. Открытый резонатор для исследования свойств твердого тела при низких температурах. ПТЭ, 1968, N1, с.138-140.

146. Culleu A.L., Yu Р.К. The accurate measurement of permittivity by means of an open resonator. Proc. R. Soc. A., 1971, v.325, p.493-509.

147. Афонин Д.Г. Диагностика пленочных структур. Тезисы докладов I Всесоюзной конференции "Физические проблемы волоконно-оптической связи", 1990, Севастополь, с. 105.

148. Афонин Д.Г. Диагностика вещества в квазиоптических резонаторах. Тезисы докладов Всесоюзной конференции "Радиофизическая информатика", 1990, Москва, с.37.

149. Афонин Д.Г., Канунов E.P., Сухоруков А.П. О диагностике сверхпроводников в открытом резонаторе. Письма в ЖТФ, 1993, т. 19, вып. 12, с.23-25.

150. Afonin D.G., Sukhorukov А.Р. Material reasearch by quasioptical methods. International symposium on Advaced Laser Technologies, November 813, 1993, Prague, Abstract, p.15.

151. Шамфаров Я.JI. Стабилизация частоты клистрона миллиметрового диапазона открытым резонатором. Приборы и техника эксперимента, 1967, N4, с.119-121.

152. Храпко A.M., Кудян Г.Ф. Резонансные волномеры миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов на основе открытых резонаторов. Электронная техника, сер.1, Электроника СВЧ, 1968, вып.З, с.140-148.

153. Sirkis M.D., Strain R.J., Kunz W.E. Electron beam exitation of Fabry-Perot interferometer. J. Appl. Phys., 1961, v.32, N10, p.2055-2056.

154. Русин Ф.С., Богомолов Г. Д. Генерация электромагнитных колебаний в открытом резонаторе. Письма в ЖЭТФ, 1966, N6, с.236-239.

155. Балаклицкий И.М., Скрынник Б.К., Третьяков О.А., Шестопалов В.П. Генератор дифракционного излучения волн миллиметрового исубмиллиметрового диапазонов. Украинский физический журнал, 1969, т. 14, N4, с.539-552.

156. Русин Ф.С., Богомолов Г.Д. Оротрон. Вестник АН СССР, 1968, N20, с.72-74.

157. Русин Ф.С., Богомолов Г.Д. Оротрон электронный прибор с открытым резонатором и отражающей решеткой. Изв. Вузов. Радиофизика, 1968, т.11, N5, с.756-762.

158. Черненко В.И. Возбуждение колебаний в открытых резонаторах ультрарелятивистскими электронными сгустками. В сб. Электроника больших мощностей, 1969, N6, с.135-146.

159. Богомолов Г.Д., Бородкин А.И., Кущ B.C., Левин Г.Я., Русин Ф.С., Чурилова A.C. Исследование возмущения гребенки в оротронном режиме и режиме ЛОВ. Электронная техника. Сер.1. Электроника СВЧ, 1970, вып.1, с.97-102.

160. Богомолов Г.Д., Русин Ф.С., Кущ B.C. Оротрон субмиллиметрового диапазона с квазиоптическим выводом. Радиотехника и электроника, 1970, т. 15, вып.4, с.854-856.

161. Вертий A.A., Деркач В.П., Попенко H.A., Шестопалов В.П. Генератор дифракционного излучения с дифракционным выводом энергии. Докл. АН УССР, 1976, сер. А. Физико-математические и технические науки, N4, с.356-358.

162. Русин Ф.С., Синенко Л.А., Костромин В.П. Оротрон преобразователь частоты. Радиотехника и электроника, 1977, т.12, N8, с.1670-1672.

163. Цейтлин М.Б., Евдокимов В.В., Бернашевский Г.А., Русин Ф.С. К вопросу о генерировании колебаний в оротроне со скрещенными полями. Радиотехника и электроника, 1989, т.26, N5, с.1109-1112.

164. Вайнштейн JI.А., Исаев В.А., Трубецков Д.И. Электронный генератор с открытым резонатором. Радиотехника и электроника, 1983, т.28, вып.7, с.1233-1249.

165. Афонин Д.Г., Костиенко А.И. Особенности в режимах работы электронного детектора двухмиллиметрового диапазона с открытой резонансной системой с периодической структурой. Вестник Московского Университета, сер. физика-астрономия, 1982, т.23, N4, с.76-80.

166. Вертий A.A., Цвык A.A., Шестопалов В.П. Экспериментальное наблюдение эффекта дифракционного излучения в миллиметровом диапазоне. ДАН СССР, 1985, т.280, N2, с.343-345.

167. Нестеренко A.B., Цвык А.И., Шестопалов В.П. Миниатюризация ГДИ. ДАН СССР, 1984, т.277, N1, с.84-88.

168. Русин Ф.С., Костромин В.П. Возбуждение поверхностных волн в оротроне. Радиотехника и электроника, 1985, т.ЗО, N5, с.994-997.

169. Балаклицкий И.М., Воробьев Г.С., Цвык А.И. Анализ пусковых токов отражательного генератора дифракционного излучения. Изв. Вузов. Радиоэлектроника, 1980, т.23, N10, с.49-52.

170. Цвык А.И. Возбуждение генератора дифракционного излучения с многократным пролетом электронного потока. Изв. Вузов. Радиоэлектроника,1983, т.20, N10, с.96.

171. Алексеев Ю.К., Афонин Д.Г. Костиенко А.И., Мосолов Г.Ю. Модуляция плотности тока полем открытого резонатора. Тезисы докладов X Всесоюзной конференции по электронике СВЧ. 1983, Минск, с.221-223.

172. Афонин Д.Г. Применение промежутка с виртуальным катодом для исследования электродинамических систем электронных приборов. Тезисы докладов на XI Всесоюзной конференции по электронике СВЧ, 1985, Орджоникидзе, с.37.

173. Afonin D.G., Sukhorukov А.Р. Results of applying an open cavity for studying the properties of a substance. Laser Physics, 1995, v.5, N1, p.94-96.

174. КанавецВ.И. Тенденции развития релятивистской СВЧ электроники больших мощностей. В сб. Генераторы и усилители на релятивистских электронных потоках. М. изд. Моск. ун-та, 1987, 188 с.

175. Афонин Д.Г., Костиенко А.И. Использование промежутка с виртуальным катодом для исследования открытых резонансных систем с периодической структурой. Вестник Московского Университета, сер. физика-астрономия, 1981, т.22, N6, с.76-79.

176. Фокс А., Ли Т. Виды колебаний в интерферометре квантового генератора с искривленными и наклонными зеркалами. ТИИЭР, 1963, т.51, N1, с.116-126.

177. Li Т. Diffraction loss and selection of modes in maser resonators with circular mirrors. Bell Syst. Techn. J., 1965, v.44, N5, p.917-932.

178. Mc Cumber D.E. Eigen modes of a symmetric cylindrical confocal laser resonator and their perturbation by output-coupling apertures. Bell Syst. Techn. J., 1965, v44, N1. p.333-363.

179. Siegman A.E., Miller H.J. Unstable optical resonator loss calculation using Prony method. Appl.Opt., 1970,v.9, N12, p.2729-2736.

180. Latham W.P., Dente G.C. Matrix method for bare resonator eigenvalue analysis. Appl.Opt., 1980, v.19, N10, p.1618-1621.

181. Harries D.J. Waveguides for the 100-1000 GHz frequency range. Radio and Electr.Engin, 1979, v.49, N7/8, p.53i.

182. Jariv A., Nakamura M. Periodic structures for integrated optics. IEEE J., 1977, v.QE-13, N4, p.233-253.

183. Abrams R.L. Coupling losses in hollow waveguide lasers resonator. IEEE J.Quant.Electr., 1972, v.QE-8, N11, p.838-843.

184. Казанцев Ю.Н. Расчет полых резонаторов методом суперпозиции электромагнитных волн. Радиотехника и электроника, 1959, N9, с. 1480-1484.

185. Силин Р.А., Сазонов В.П. Замедляющие системы, 1966, М. Сов.Радио, 632 с.

186. Андренко С.Д., Сидоренко Ю.Б., Шестопалов В.П. К вопросу опреобразовании поверхностных волн в объемные. Докл. АН УССР, сер.А, 1976, N2, с.156-159.

187. Дюбко С.Ф., Камышан В.В., Шейко В.П. Экспериментальное исследование распределения поля основной моды в открытых резонаторах со сферическими зеркалами. ЖТФ, 1965, т.35, N2, с.279-281.

188. Вертий A.A., Воробьев Г.С., Иванченко И.В. и др. Экспериментальное исследование преобразования поверхностных волн в объемные в открытом волноводе. Изв. Вузов, Радиофизика, 1988, т.31, N6, с.1242-1254.

189. Шестопалов В.П., Литвиненко Л.Н., Масалов С.А., Сологуб В.Г. Дифракция волн на решетках. Харьков. Изд-во Харьковского Университета, 1973,288 с.

190. Мороз Е.Е., Сорока A.C., Третьяков O.A., Шматько A.A. Резонатор с двойной решеткой как колебательная система автогенератора. Радиотехника и электроника, 1980, т.25, N11, с.2292-2300.

191. Кириченко А.Я., Цвык А.И. Трансформация волн диэлектрического волновода в объемные волны. Изв. Вузов. Радиофизика, 1986, т.29, N1, с. 128.

192. Шестопалов В.П., Сиренко Ю.К. Динамическая теория решеток. Киев, Наук. Думка, 1989, 216 с.

193. Шестопалов В.П., Кириленко A.A., Масалов С.А., Сиренко Ю.К. Дифракционные решетки. Наукова Думка, 1986, 232 с.

194. Раевский С.Б. Собственные колебания открытого резонатора эллиптического профиля с диэлектрическим цилиндром. Изв. вузов. Радиоэлектроника, 1970, т. 13, N8, с.987-992.

195. Косарев ЕЛ. Открытый резонатор с эшелеттной решеткой. В сб. Электроника больших мощностей, 1968, N5, М. Наука, с.93-104.

196. Быков В.П. Лучевая теория, открытых резонаторов и открытыхволноводов, колебания в которых ограничены каустическими поверхностями. Радиотехника и электроника, 1966, т. 11, N3, с.477-487.

197. Быков В.П. Аберрации в геометрической оптике открытых резонаторов. В сб. Электронике больших мощностей, 1968, N5, М. Наука, с.117-135.

198. Славянов С.Ю. К теории открытых резонаторов. ЖЭТФ, 1973, т.64, вып.З, с.785-795.

199. Королев Ф.А. Теоретическая оптика. М. Наука, 1966, 217 с.

200. Борн М., Вольф Э. Основы оптики. М. Наука, 1973, 856 с.

201. Smith S.J., Pursell Е.М. Visible light from localized surface charges moving across a grating. Phys. Rev., 1953, v.92, N4, p. 1069.

202. Гвоздодер С.Д., Теория электронных приборов СВЧ. М. 1956, 528 с.

203. Девятков М.Н., Костиенко А.И., Мясоедов Е.Я. Лампы бегущей волны как детекторы и смесители на СВЧ. Радиотехника и электроника, 1962, т.7, N5, с.836-843.

204. Девятков М.Н., Костиенко А.И., Пирогов Ю.А., Романюк С.К. Исследование отражательных клистронов в режимах детектирования и смешения. Электронная техника, сер.1, электроника СВЧ, 1970, N9, с.86-90.

205. Туманов Б.Н. Детектирование и смешение в автодинной системе на резонансной ЛОВ. Электронная техника, сер.1, электроника СВЧ, 1971, N9, с.11-14.

206. Шевчик В.Н. Основы электроники сверхвысоких частот. М. Сов. Радио, 1959, 308 с.

207. Шевчик В.Н., Трубецков Д.И. Аналитические методы расчета в электронике СВЧ. М. Сов. Радио, 1970, 584 с.

208. Пирогов Ю.А. О механизме детектирования СВЧ-сигналов с помощью отражательных клистронов. Вестник Московского Университета,сер. физика-астрономия, 1971, т. 12, N6, с.617-618.

209. Алексеев Ю.К. Костиенко А.И. Приближенная нелинейная теория квазиоптических нерелятивистских приборов клистронного типа. Рукопись депонирована в ВИНИТИ, 1985, N12464-85 ДЭП, 35 с.

210. Афонин Д.Г., Костиенко А.И.Квазиоптический электронный детектор.Рукопись депонирована в ВИНИТИ, 1987, регистр №5216-В87, 12с, библ. 14 назв.

211. Голант МБ., Бобровский Ю.Л. Генераторы СВЧ малой мощности. 1977, М. Сов. Радио, 336 с.

212. Technical reference IBM portable personal computer. Mc Gray Hills, 1984, p.156.

213. Белуга И.Ш., Морозов B.C., Фролов А.Г. Расчет характеристик двумерной гребенки. Вопросы радиоэлектроники, сер.1 Электроника, вып.П, 1964, с.137-160.

214. Аполлонов В.В., Артемов Д.В., Кислов В.И., Прохоров A.M. Синтез конфигурации лазерного резонатора как обратная задача в оптике. Квантовая электроника, 1993, т.20, N12, с.1203.

215. Аполлонов В.В., Вдовин Г.В., Кислов В.И., Прохоров A.M. Управление выходной мощностью лазера с активным неустойчивым резонатором. Квантовая электроника, 1991, т.18, N3, с.358-363.

216. Костиенко А.И. Введение в электронику СВЧ. Москва, изд. МГУ, 1989,197 с.

217. Ванке В.А., Коннов A.B. О спиральной сдвоенной гребенке с большим периодом кручения. Радиотехника и электроника, 1988, т.ЗЗ, N7, с.1544.

218. Клеев А.И. Омические потери в экранированном квазиоптическом резонаторе. Радиотехника и электроника, 1992, т.37, N12, с.2120-2125.

219. Afonin D.G., Sukhorukov A.P. The results of high temperature oxide ceramics impedance characteristics investigation. International conference on "Advanced laser teclmologiers", 1994, Konstanz, Germany, Abstract, p.64.

220. Афонин Д.Г., Ачкасов B.B., Алексеев Ю.К., Костиенко А.И. О возможности простого расчета характеристик оротрона-усилителя. Депонирована в ВИНИТИ, 1987, регистр №5216-В87, 12с, библ. 4 назв.

221. Афонин Д.Г., Пирогов Ю.А., Чезганов Н.Ф. Детекторные характеристики виртуального катода в электронных ггучках конечного сечения. Вестник Московского Университета, сер. физика-астрономия, 1973, №1, с.88-93.

222. Власов А.Н., Канавец В.И., Черепенин В.А. Геометрический метод анализа дифракционного излучения релятивистских электронных потоков. Радиотехника и электроника, 1987, т.32, N3.

223. Думеш Б.С., Костромин В.П., Русин Ф.С., Сурин Л.А. Высокочувствительный газовый радиоспектрометр двухмиллиметрового диапаона на базе оротрона. Приборы и техника эксперимента, 1992, N5, с.102-109.

224. Afonin D.G. An electron detector with a resonant orotron system. Laser Physics, 1995, v.5, N4, p.101-104.

225. Afonin D.G. An open resonator with a dielectric cylinder. Laser Physics, 1995, v.5, N4, p.124-127.

226. Канавец В.И., Мозговой Ю.Д., Слепков А.И. Излучение мощных электронных потоков в резонансных замедляющих системах. Москва, Изд.1. МГУ, 1993,207 с.

227. Афонин Д.Г. "Взаимосвязь напряженности поля и геометрии открытых резонаторов". Труды 5-ой Всероссийской школы семинара "Физика и применение микроволн. Миллиметровые и субмиллиметровые волны", Москва, 1995, с.57-58.

228. Афонин Д.Г. "О формировании волновых пучков в открытых резонансных системах миллиметрового диапазона". Труды 5-ой Всероссийской школы семинара "Физика и применение микроволн. Миллиметровые и субмиллиметровые волны", Москва, 1995, с.58-60.

229. Афонин Д.Г., Канунов Е.Р., Малышкин А.К. Установка для автоматизации измерений характеристик электродинамических систем в миллиметровом диапазоне. Измерительная техника, 1996, N11, с.42-44.

230. Prokhorov К.A., Afonin D.G. Optical resonators with dielectrical body. Proceedings Intern. Conference (NATO) : "Optical Resonators Science and Engineering", July 1-5, 1997, Smolenice Castle, Slovac Republice, p.79-87.

231. Afonin D.G., Kazakov A.U., Malyshkin A.K. Investigation of open resonators with diffraction coupling. Proceedings Intern. Conference (NATO) : "Optical Resonators Science and Engineering", July 1-5, 1997, Smolenice Castle, Slovac Republice, p.279-287.

232. Афонин Д.Г., Богомолов В.Г., Костиенко А.И. Расчет геометрии открытых резонаторов с регулируемым дифракционным выходом. Рукопись депонирована в ВИНИТИ, 1983, регистр. N1819-83 ДЕП , 13стр., библ. 5 назв.

233. Афонин Д.Г., Малышкин А.К. Осесимметричные диэлектрические структуры в миллиметровом диапазоне. Труды 5-ой Всероссийской школы семинара "Волновые явления в неоднородных средах", Москва, май 1996, с.30-31.

234. Афонин Д.Г., Канунов Е.Р., Малышкин А.К. Спектральные характеристики связанных металлических резонаторов. Труды 5-ой Всероссийской школы семинара "Волновые явления в неоднородных средах", Москва, май 1996, с.31-32.

235. Afonin D.G. Dependence of the field amplitude on geometric parameters in a two-mirror open resonator. Laser Physics, 1998, vol.8, N6, p.181-184.

236. Afonin D.G., Malyshkin A.K. "Optical resonators with diffractions-e.fctetii^jcoupling". IX international conference on Laser Optics, 22-26 June 199$fTechmcal program, p.43.

237. Afonin D.G., Malyshkin A.K. Applications of optical resonators for diagnostics of solid. SPIE, proceedings of Fourth International Conference "ILLA-98", Shatura 1998, v.3688, p.454-460.

238. Afonin D.G., Malyshkin A.K. On diffraction coupling organization in open resonators. Proceedings of third international symposium "Physics and engineering of millimeter and submillimeter waves", 15-17 September 1998, Kharkov, Ukraine, v.2, p.610.

239. Афонин Д.Г., Малышкин А.К. Автоматизированная установка с управлением частотой для исследования резонансных систем в миллиметровом диапазоне. Приборы и техника эксперимента, 1999, N3, с.81-85.

240. Афонин Д.Г. Открытые резонаторы в применении к диагностике твердого тела. Известия РАН, 1999, т.63, N10, с. 1992-1997.

241. Afonin D.G., Malyshkin А.К. Multireflector resonance systems in331millimeter wave range. Proceedings of Ш-rd International Conference: "Antenna: Theory and Techniques", 8-11 September 1999, Sevastopol, Ukraine, p. 471-472.

242. Afonin D.G. Plasma diagnostics in open resonator. Proceedings of International University Conference "Electronics and Radiophysics of Ultra-High Frequencies", May 1999, St.Petersburg, Russia, p.97-99.

243. Афонин Д.Г., Шабалкина О.А. Дифракционная связь в цепочке оптических резонаторов. Труды международной конференции "Оптика 99", 19-21 октября 1999г., Санкт-Петербург, с.116.

244. Богомолов Г.Д., Клеев А.И. Расчет квазиоптического резонатора с гофрированным зеркалом. Радиотехника и электроника, 1999, т.44, N9, с.1040-1048.