способ генерирования волны свч-диапазона, излучаемой короткими импульсами, и аппаратура для генерирования волны свч-диапазона, излучаемой короткими импульсами

Формула изобретения

1. Способ генерирования волны СВЧ-диапазона, излучаемой короткими импульсами, заключающийся в том, что нагнетают заданный газ в волноводную трубку, распространяют незатухающую волну СВЧ-диапазона или волну СВЧ-диапазона, излучаемую длинными импульсами, в волноводной трубке, и осуществляют преобразование части заданного газа в плазму путем облучения трубки в направлении ее поперечного сечения лазерным излучением и разделения таким образом незатухающей волны СВЧ-диапазона или волны СВЧ-диапазона, излучаемой длинными импульсами, с помощью плазменной части заданного газа для получения волны СВЧ-диапазона, излучаемой короткими импульсами.

2. Способ генерирования волны СВЧ-диапазона, излучаемой короткими импульсами, по п.1, отличающийся тем, что заданный газ нагнетают в волноводную трубку, до давления в 0,133-4,0 кПа (1-30 торр).

3. Способ генерирования волны СВЧ-диапазона, излучаемой короткими импульсами, по п.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве нагнетаемого газа нагнетают тетракисдиметиламиноэтилен.

4. Способ генерирования волны СВЧ-диапазона, излучаемой короткими импульсами, по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что трубку облучают лазерным излучением с интенсивностью 0,5-0,9 Дж/см².

5. Способ генерирования волны СВЧ-диапазона, излучаемой короткими импульсами, по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что трубку облучают лазерным излучением с длинной волны не превышающей 248 нанометров.

6. Способ генерирования волны СВЧ-диапазона, излучаемой короткими импульсами, по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что распространяют волну СВЧ-диапазона, излучаемую короткими импульсами, с длительностью импульсов в 2-10 нс.

7. Способ генерирования волны СВЧ-диапазона, излучаемой короткими импульсами, по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что незатухающую волну СВЧ-диапазона или волну СВЧ-диапазона, излучаемую длинными импульсами, разделяют на несколько волн СВЧ-диапазона, излучаемых короткими импульсами, и накладывают друг на друга эти волны СВЧ-диапазона, излучаемые короткими импульсами.

8. Способ генерирования волны СВЧ-диапазона, излучаемой короткими импульсами, по п.7, отличающийся тем, что волноводная трубка состоит из первой волноводной трубки и второй волноводной трубки, которые соединены с циркулятором, а части заданного газа, нагнетенного в первую и вторую волноводные трубки, преобразуют в плазму путем облучения первой и второй волноводных трубок в направлениях их поперечных сечений лазерным излучением, при этом незатухающую волну СВЧ-диапазона или волну СВЧ-диапазона, излучаемую длинными импульсами, разделяют в плазменных частях заданного газа в трубках на несколько волн СВЧ-диапазона, излучаемых короткими импульсами, которые отделяют циркулятором, а затем накладывают друг на друга эти несколько волн СВЧ-диапазона, излучаемых короткими импульсами.

9. Аппаратура для генерирования волны СВЧ-диапазона, излучаемой короткими импульсами, содержащая СВЧ-генератор для генерирования незатухающей волны СВЧ-диапазона или волны СВЧ-диапазона, излучаемой длинными импульсами, волноводную трубку для распространения незатухающей волны СВЧ-диапазона или волны СВЧ-диапазона, излучаемой длинными импульсами, и источник лазерного излучения для генерирования и испускания лазерного излучения для преобразования в плазму заданного газа, нагнетаемого в волноводную трубку.

10. Аппаратура для генерирования волны СВЧ-диапазона, излучаемой короткими импульсами, содержащая СВЧ-генератор для генерирования незатухающей волны СВЧ-диапазона или волны СВЧ-диапазона, излучаемой длинными импульсами, первую и вторую волноводные трубки для распространения незатухающей волны СВЧ-диапазона или волны СВЧ-диапазона, излучаемой длинными импульсами, и источник лазерного излучения для генерирования и испускания лазерного излучения для преобразования в плазму заданного газа, нагнетаемого в первую и вторую волноводные трубки.

Описание изобретения к патенту

Предпосылки создания изобретения

1) Область техники, к которой относится изобретение

Это изобретение относится к способу генерирования волны диапазона сверхвысоких частот (волны СВЧ-диапазона), излучаемой короткими импульсами, и оборудованию для генерирования волны СВЧ-диапазона, излучаемой короткими импульсами, а более конкретно - к способу генерирования волны СВЧ-диапазона, излучаемой короткими импульсами, и аппаратуре для генерирования волны СВЧ-диапазона, излучаемой короткими импульсами, предпочтительно используемым в области промышленности, связанной с СВЧ, например в высокочастотном ускорителе и высокочастотном радаре.

2) Описание известного уровня техники

В последние годы в области промышленности, связанной с СВЧ, например в высокочастотном ускорителе и высокочастотном радаре, необходимо, чтобы волна СВЧ-диапазона излучалась короткими импульсами ввиду высокой выходной мощности.

В прошлом излучение короткими импульсами осуществляли путем непосредственного излучения короткими импульсами напряжения, прикладываемого к СВЧ-генератору, и излучения короткими импульсами электронного пучка для генерирования волны СВЧ-диапазона.

Однако в случае вышеописанного излучения короткими импульсами напряжения, прикладываемого к генераторному СВЧ-прибору, необходима выходная схема высокого напряжения для создания низкой индуктивности. Кроме того, в случае излучения короткими импульсами электронного пучка выходная мощность от источника питания, генерирующего электронный пучок, должна излучаться короткими импульсами. Таким образом, на практике трудно получить волну СВЧ-диапазона, излучаемую короткими импульсами и имеющую импульс длительностью не более чем около 10 наносекунд.

Краткое изложение сущности изобретения

Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы разработать новый способ генерирования волны СВЧ-диапазона, излучаемой короткими импульсами, и новую аппаратуру для генерирования волны СВЧ-диапазона, излучаемой короткими импульсами, которые создают возможность очень простого получения волны СВЧ-диапазона, имеющей короткий импульс.

Это изобретение относится к способу генерирования волны СВЧ-диапазона, излучаемой короткими импульсами, заключающемуся в том, что

нагнетают заданный газ в волноводную трубку,

распространяют незатухающую гармоническую волну СВЧ-диапазона или волну СВЧ-диапазона, излучаемую длинными импульсами, в волноводной трубке, и

осуществляют преобразование части заданного газа в плазму путем облучения трубки в направлении ее поперечного сечения лазерным излучением и разделения таким образом незатухающей волны СВЧ-диапазона или волны СВЧ-диапазона, излучаемой длинными импульсами, с помощью плазменной части заданного газа для получения волны СВЧ-диапазона, излучаемой короткими импульсами.

Это изобретение относится к аппаратуре для генерирования волны СВЧ-диапазона, излучаемой короткими импульсами, содержащему СВЧ-генератор для генерирования гармонической волны СВЧ-диапазона или волны СВЧ-диапазона, излучаемой длинными импульсами, волноводную трубку для распространения волны СВЧ-диапазона, излучаемой длинными импульсами, и источник лазерного излучения для генерирования и испускания лазерного излучения для преобразования в плазму заданного газа, нагнетаемого в волноводную трубку.

Авторы настоящего изобретения провели интенсивные исследования с целью обнаружения нового способа генерирования волны СВЧ-диапазона, излучаемой короткими импульсами, который заменяет традиционные способы генерирования волны СВЧ-диапазона, излучаемой короткими импульсами. На основании нового подхода, заключающегося в генерировании незатухающей гармонической волны СВЧ-диапазона или волны СВЧ-диапазона, излучаемой длинными импульсами, и последующем разделении этой волны СВЧ-диапазона с получением волны СВЧ-диапазона, излучаемой короткими импульсами, вместо непосредственного генерирования волны СВЧ-диапазона, излучаемой короткими импульсами, согласно известному способу авторы попытались излучать волну СВЧ-диапазона короткими импульсами.

Поэтому авторы исследовали и развили способ разделения незатухающей гармонической волны СВЧ-диапазона или волны СВЧ-диапазона, излучаемой длинными импульсами. В результате обнаружено, что путем нагнетания заданного газа в волноводную трубку с последующим распространением волны СВЧ-диапазона и преобразованием газа в плазму путем облучения волноводной трубки лазерным излучением снаружи можно разделить незатухающую волну СВЧ-диапазона или волну СВЧ-диапазона, излучаемую длинными импульсами.

То есть когда газ, нагнетенный в волноводную трубку, преобразуется в плазму, волна СВЧ-диапазона не может выходить за пределы плазменной части и отражается в этой плазменной части. Таким образом происходит разделение незатухающей волны СВЧ-диапазона или волны СВЧ-диапазона, излучаемой длинными импульсами.

Согласно настоящему изобретению только путем регулирования величины интенсивности облучения волноводной трубки лазерным излучением и изменения величины плазменной части газа в волноводной трубке можно неограниченно изменять число-делитель волны СВЧ-диапазона.

В этом описании формулировка "незатухающая волна СВЧ-диапазона" означает так называемую волну СВЧ-диапазона, являющуюся незатухающей волной, которая не имеет импульсную модуляцию по яркости и генерируется непрерывно, а формулировка "волна СВЧ-диапазона, излучаемая длинными импульсами" означает излучаемую импульсами волну СВЧ-диапазона, имеющую длительность импульсов около 1000 наносекунд.

Краткое описание чертежей

Для лучшего понимания настоящего изобретения ниже приводится его описание со ссылками на прилагаемые чертежи, где

фиг.1 изображает общий вид для пояснения конкретного варианта осуществления способа генерирования волны СВЧ-диапазона, излучаемой короткими импульсами, соответствующего настоящего изобретению,

фиг. 2 - общий вид для пояснения другого конкретного варианта осуществления способа генерирования волны СВЧ-диапазона, излучаемой короткими импульсами, соотвествующего настоящему изобретению,

фиг.3 - волновой профиль СВЧ-волны, излучаемой короткими импульсами, соответствующий настоящему изобретению,

фиг. 4 - волновой профиль другой СВЧ-волны, излучаемой короткими импульсами, соответствующий настоящему изобретению.

Описание предпочтительных конкретных вариантов осуществления

Ниже приводится подробное описание изобретения.

Как показано на фиг.1, аппаратура 10 для генерирования волны СВЧ-диапазона, излучаемой короткими импульсами, содержит СВЧ-генератор 1 для генерирования и испускания незатухающей волны СВЧ-диапазона или волны СВЧ-диапазона, излучаемой длинными импульсами, и волноводную трубку 2 для распространения незатухающей волны СВЧ-диапазона или волны СВЧ-диапазона, излучаемой длинными импульсами. Кроме того, аппаратура 10 содержит поглощающую нагрузку 3 для поглощения распространяемой незатухающей волны СВЧ-диапазона или волны СВЧ-диапазона, излучаемой длинными импульсами, и источник 4 лазерного излучения для преобразования в плазму части заданного газа, нагнетенного в волноводную трубку 2, посредством облучения заданного газа лазерным излучением.

Кроме того, аппаратура 10 содержит СВЧ-детектор 5 для обнаружения разделенной волны СВЧ-диапазона и вентиль 6 для устойчивой передачи разделенной волны СВЧ-диапазона на СВЧ-детектор 5.

Заданный газ нагнетают в волноводную трубку 2 и после этого происходит распространение незатухающей волны СВЧ-диапазона или волны СВЧ-диапазона, излучаемой длинными импульсами, СВЧ-генератора в трубке 2. Незатухающая волна СВЧ-диапазона или волна СВЧ-диапазона, излучаемая длинными импульсами, проходит внутри трубки 2 и поглощается поглощающей нагрузкой 3, когда заданный газ в трубке не преобразуется в плазму.

После этого во время распространения волны СВЧ-диапазона, излучаемой длинными импульсами, облучают лазерным излучением из источника 4 лазерного излучения две точки - А и В - волноводной трубки 2. Сразу же после этого часть заданного газа в трубке 2 превращается в плазму в точках А и В. В результате, незатухающая гармоническая волна СВЧ-диапазона или волна СВЧ-диапазона, излучаемая длинными импульсами, не может выходить за точки А и В в трубке 2 и отражается в точках А и В.

Следовательно, волна СВЧ-диапазона разделяется в правой стороне и левой стороне волноводной трубки 2 с получением волн СВЧ-диапазона, излучаемых короткими импульсами.

Волна СВЧ-диапазона, излучаемая короткими импульсами, выделенная и заключенная в правой стороне трубки 2 проходит к СВЧ-детектору 5 через вентиль 6 и измеряется по соответствующей ей длительности импульсов и т.д.

Давление газа, нагнетаемого в волноводную трубку, не ограничено только в случае, если плазменная часть газа, формируемая путем облучения лазерным излучением, разделяет незатухающую гармоническую волну СВЧ-диапазона или волну СВЧ-диапазона, излучаемую длинными импульсами, с получением волны СВЧ-диапазона, излучаемой короткими импульсами. Однако это давление предпочтительно составляет 0,133-4,0 кПа (1-30 торр), еще более предпочтительно - 0,667-1,333 кПа (5-10 торр).

Таким образом, даже облучение лазерным излучением, имеющим относительно низкую интенсивность, может генерировать плазму высокой плотности в трубке и независимо от материала, формы трубки и интенсивности, а также частоты незатухающей гармонической волны СВЧ-диапазона или волны СВЧ-диапазона, излучаемой длинными импульсами, можно легко получить волну СВЧ-диапазона, излучаемую короткими импульсами.

Кроме того, тип газа, нагнетаемого в волноводную трубку, не ограничен только в случае, если осуществляется преобразование части его в плазму, за счет чего получается волна СВЧ-диапазона, излучаемая короткими импульсами. По той же причине, которая касается давления газа, можно использовать в качестве газа азулен или тетракисдиметиламиноэтилен.

В частности, ввиду более легкого получения плазмы с помощью благоприятной интенсивности лазерного излучения и длины волны лазерного излучения, как описано выше, предпочтительно можно использовать тетракисдиметиламиноэтилен.

Интенсивность лазерного излучения, которым облучают волноводную трубку, практически не ограничена только в случае, если плазменная часть газа, формируемая путем облучения лазерным излучением, разделяет незатухающую гармоническую волну СВЧ-диапазона или волну СВЧ-диапазона, излучаемую длинными импульсами, с получением волны СВЧ-диапазона. излучаемой короткими импульсами. Однако интенсивность предпочтительно составляет 0,3-0,8 Дж/см².

Таким образом, независимо от типа газа, нагнетаемого в волноводную трубку, материала и формы трубки, а также частоты и интенсивности распространяемой незатухающей гармонической волны СВЧ-диапазона или волны СВЧ-диапазона, излучаемой длинными импульсами, часть газа преобразуется в плазму с получением волны СВЧ-диапазона, излучаемой короткими импульсами.

Длина волны лазерного излучения не имеет конкретных ограничений только в случае, если можно получить волну СВЧ-диапазона, излучаемую короткими импульсами, так, как описано выше. Однако когда эта длина волны становится короче, волна СВЧ-диапазона, излучаемая короткими импульсами, склонна иметь более короткий импульс. Кроме того, когда она становится короче 248 нанометров, что является длиной волны осциляции эксимерного лазера, волна СВЧ-диапазона, излучаемая короткими импульсами, имеет значительно более короткий импульс, так что можно легко получать волну СВЧ-диапазона, излучаемую короткими импульсами.

Помимо этого, лазерное излучение, которое имеет длину волны в вышеупомянутом диапазоне и которым облучают газ, нагнетенный в волноводную трубку, может увеличивать плотность плазмы газа и создавать достаточное количество плазмы газа.

В качестве примеров источника излучения, способного испускать лазерное излучение, имеющее вышеупомянутые плотность и длину волны, можно использовать лазер на алюмоиттриевом гранате (АИГ-лазер) и эксимерный лазер. Поскольку АИГ-лазер имеет длину испускаемой волны 1060 нм, то при использовании АИГ-лазера используется четвертая гармоника АИГ-лазера.

В изображенной на фиг.1 аппаратуре для генерирования волны СВЧ-диапазона, излучаемой короткими импульсами, проходящая в волноводной трубке 2 волна СВЧ-диапазона, излучаемая короткими импульсами, разделяется на две части в точках А и В. Однако число-делитель волны СВЧ-диапазона не имеет конкретных ограничений и может быть выбрано соответствующим образом в зависимости от требуемой длительности импульсов в волне СВЧ-диапазона, излучаемой короткими импульсами.

Согласно вышеупомянутому способу генерирования, соответствующему настоящему изобретению, можно получить волну СВЧ-диапазона, излучаемую короткими импульсами, имеющую длительность импульсов 2-10 наносекунд.

Фиг. 2 изображает общий вид, поясняющий другой конкретный вариант осуществления способа генерирования волны СВЧ-диапазона, излучаемой короткими импульсами, в соответствии с настоящим изобретением. Здесь части, аналогичные тем, которые изображены на фиг.1, обозначены теми же позициями.

Изображенная на фиг.2 аппаратура 20 для генерирования волны СВЧ-диапазона, излучаемой короткими импульсами, имеет СВЧ-генератор 1 и источник 4 лазерного излучения, как и аппаратура 10 для генерирования, изображенная на фиг. 1. Помимо этого, аппаратура 20 имеет первую волноводную трубку 12 и вторую волноводную трубку 14. Кроме того, аппаратура 20 имеет циркулятор 13 вместо поглощающей нагрузки 3. Вторая волноводная трубка 14 имеет фазовращатель 16 и двойной волноводный тройник 15.

Незатухающая волна СВЧ-диапазона или волна СВЧ-диапазона, излучаемая длинными импульсами из СВЧ-генератора 1, проходит в первой трубке 12 и через циркулятор 13, а также во второй трубке 14. Затем лазерное излучение из источника 4 лазерного излучения облучает точку А в первой трубке 12 и точку В во второй трубке 15 и создает плазму из газов, нагнетенных в трубках, в соответствующих точках А и В. Сразу после этого, как пояснялось в примере, показанном на фиг.1, волна СВЧ-диапазона разделяется в точках А и В с получением нескольких волн СВЧ-диапазона, излучаемых короткими импульсами.

В частности, волна СВЧ-диапазона, излучаемая короткими импульсами и предшествующая во времени волнам СВЧ-диапазона, излучаемым короткими импульсами, разделяется и генерируется в точке В во второй волноводной трубке, то есть волна СВЧ-диапазона, излучаемая короткими импульсами и находящаяся в левой стороне от точки В во второй волноводной трубке 14, попадает в двойной волноводный тройник 15 через фазовращатель 16. Задержанная во времени волна СВЧ-диапазона, излучаемая короткими импульсами, то есть волна СВЧ-диапазона, излучаемая короткими импульсами и находящаяся в правой стороне от точки В в трубке 14, проходит в правой стороне трубки 14 и попадает в двойной волноводный тройник 15 через циркулятор 13, предусмотренный между первой трубкой 12 и второй трубкой 14, не возвращаясь в первую трубку 12.

Затем предыдущая и задержанная волны СВЧ-диапазона, излучаемые короткими импульсами, синхронизируются по фазе фазовращателем 16 и накладываются друг на друга двойным волноводным тройником 15. Вследствие этого можно одновременно обеспечить излучение коротких импульсов волны СВЧ-диапазона из СВЧ-генератора и, по существу, двукратное увеличение интенсивности амплитуды волны СВЧ-диапазона.

То есть путем использования показанной на фиг.2 аппаратуры для генерирования волны СВЧ-диапазона, излучаемой короткими импульсами, можно одновременно осуществлять излучение коротких импульсов волны СВЧ-диапазона и увеличение выходной мощности.

Здесь следует отметить, что в показанной на фиг.2 аппаратуре 20 для генерирования можно использовать давление газа и другие параметры, аналогичные параметрам аппаратуры 10 для генерирования.

Примеры

Это изобретение конкретно описано на следующих примерах, но не ограничивается ими.

Пример 1

В этом примере волна СВЧ-диапазона излучалась короткими импульсами с использованием показанной на фиг. 1 аппаратуры 10 для генерирования волны СВЧ-диапазона. излучаемой короткими импульсами.

В качестве СВЧ-генератора 1 использовали генератор-пушку (выходная мощность 5 мВт; частота 9 ГГц). В качестве волноводной трубки использовали прямоугольный волновод, рассчитанный на мощность 10 Дж (ПВМ 10). В качестве источника 4 лазерного излучения использовали четвертую гармонику (длина волны: 266 нанометров) АИГ-лазера (выходная мощность 160 мДж; длительность импульса 6 наносекунд). В качестве поглощающей нагрузки 3, СВЧ-детектора 5 и вентиля 6 применяли промышленно поставляемые конструктивные элементы.

После нагнетания тетракисдиметиламиноэтилена (ТМАЭ) в волноводную трубку 2 до давления 1,3310^-3 Па (10 миллиторр), облучали трубку 2 лазерным излучением, имеющим интенсивность 0,5 Дж/см², из источника 4 лазерного излучения и в результате этого часть ТМАЭ преобразовывалась в плазму.

Затем при исследовании волнового профиля волны СВЧ-диапазона с помощью СВЧ-детектора 5 получен результат, показанный на фиг.3. Этот результат дает волну СВЧ-диапазона, длительность импульсов которой составляет около 4 наносекунд. Таким образом, показано, что волна СВЧ-диапазона, имеющая импульс длительностью 6 наносекунд, путем излучения короткими импульсами преобразована в волну СВЧ-диапазона, имеющую импульс длительностью 4 наносекунды.

Пример 2

В этом примере за счет использования показанной на фиг.2 аппаратуры 20 для генерирования волны СВЧ-диапазона, излучаемой короткими импульсами, излучали волну СВЧ-диапазона короткими импульсами и увеличили выходную мощность волны СВЧ-диапазона, излучаемой короткими импульсами.

В качестве СВЧ-генератора 1, источника 4 лазерного излучения, первой и второй волноводных трубок 12, 14 в этом примере применяли те же конструктивные элементы, что и в примере 1. Кроме того, в качестве циркулятора 13, двойного волноводного тройника 15 и фазовращателя 16 применяли промышленно поставляемые конструктивные элементы.

ТМАЭ вводили в первую и вторую волноводные трубки 12 и 14 так же, как и в примере 1, а затем распространяли испущенную волну СВЧ-диапазона в первой трубке 12 и второй трубке 14. После этого облучали первую трубку 12 и вторую трубку 14 лазерным излучением так же, как в примере 1.

При исследовании волнового профиля волны СВЧ-диапазона с помощью двойного волноводного тройника 15 обнаружили результат, изображенный на фиг.4. То есть волна СВЧ-диапазона разделяется на две волны СВЧ-диапазона, имеющие импульс 1 (длительность импульса 4 наносекунды) и импульс 2 (длительность импульса 4 наносекунды), соответственно, в точке В во второй волноводной трубке 14, которые распространялись в двойной волноводный тройник 15 и накладывались в нем друг на друга.

Следовательно, в этом примере выходная мощность волны СВЧ-диапазона увеличивается одновременно с излучением волны СВЧ-диапазона короткими импульсами.

Хотя настоящее изобретение подробно описано со ссылками на вышеуказанные примеры, это изобретение не сводится к вышеизложенному описанию, и в рамках объема притязаний настоящего изобретения возможны любые изменения и модификации. Например, аппаратура для генерирования может иметь три или более волноводных трубок, которые имеют циркуляторы в каждой соединительной части между ними. Аппаратура для генерирования может выдавать большую выходную мощность, чем выходная мощность аппаратуры, показанной на фиг.2.

Способ генерирования и аппаратура для генерирования, соответствующие настоящему изобретению, обеспечивают разделение волны СВЧ-диапазона за счет учета естественного преимущества, заключающегося в том, что волна СВЧ-диапазона не может проходить в волноводной трубке вне пределов плазменной части, формируемой путем создания плазмы газа в трубке посредством облучения лазерным излучением. Поэтому можно легко излучать волну СВЧ-диапазона короткими импульсами независимо от электрической схемы.

Кроме того, в соответствии с настоящим изобретением можно увеличить выходную мощность волны СВЧ-диапазона, излучаемой короткими импульсами, с одновременным обеспечением коротких импульсов посредством наложения друг на друга нескольких волн СВЧ-диапазона, излучаемых короткими импульсами.