Doklady PhysicsDoklady PhysicsДоклады Российской академии наук. Физика, технические науки2686-74003034-5081The Russian Academy of Sciences69783610.7868/S3034508125050025ФИЗИКАResearch ArticleGENERATION OF INTENSE PULSES – “ROGUE WAVES” OF THE TERAHERTZ BAND IN A GYROTRON IN THE FREQUENCY MULTIPLICATION MODEГЕНЕРАЦИЯ ИНТЕНСИВНЫХ ИМПУЛЬСОВ – “ВОЛН-УБИЙЦ” ТЕРАГЕРЦОВОГО ДИАПАЗОНА В ГИРОТРОНЕ В РЕЖИМЕ УМНОЖЕНИЯ ЧАСТОТЫGinzburgN. S.ГинзбургН. С.ZotovaI. V.ЗотоваИ. В.MalkinA. M.МалкинА. М.RozentalR. M.РозентальР. М.rrz@ipfran.ruSergeevA. S.СергеевА. С.Federal Research Center A.V. Gaponov-Grekhov Institute of Applied Physics of the Russian Academy of SciencesФедеральный исследовательский центр Институт прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова Российской академии наук150920255241VOL 524, NO1 (2025)ТОМ 524, №1 (2025)91405122025Copyright ©; 2025, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2025, Российская академия наук2025Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://jdigitaldiagnostics.com/2686-7400/article/view/697836

The frequency multiplication effect in a gyrotron operating under conditions of a large excess of the operating current over the starting value (large supercriticality) was studied. It was shown that in a gyrotron with an operating frequency of 0.5 THz at the first cyclotron harmonic in the frequency multiplication mode at the sixth cyclotron harmonic it is possible to excite random sequences of ultrashort pulses in the range of 3 THz with a peak power of up to 200 W, which is two orders of magnitude higher than the background value.

Проведено исследование эффекта умножения частоты в гиротроне, работающем в условиях большого превышения рабочего тока над стартовым значением (большой надкритичности). Показано, что в гиротроне с рабочей частотой 0.5 ТГц на первой циклотронной гармонике в режиме умножения частоты на шестой циклотронной гармонике возможно возбуждение случайных последовательностей ультракоротких импульсов диапазона 3 ТГц с пиковой мощностью до 200 Вт, что на два порядка превышает фоновое значение.

gyrotronsfrequency multiplicationrogue wavesгиротроныумножение частоты“волны-убийцы”Исследование выполнено при поддержке Научно-образовательного математического центра Нижегородского государственного университета им. Н. И. Лобачевского в рамках соглашения с Министерством науки и высшего образования Российской Федерации № 075-02-2020-1632.Глявин М.Ю., Денисов Г.Г., Запевалов В.Е., Кошелев М.А., Третьяков М.Ю., Цветков А.И. Источники мощного терагерцового излучения для спектроскопии и диагностики различных сред // УФН. 2016. Т. 186. № 6. С. 667–677.Livak A.G., Denisov G.G., Glyavin M.Y. Russian Gyrotrons: Achievements and Trends // IEEE Journal of Microwaves. 2021. V. 1. № 1. P. 260—268. https://doi.org/10.1109/JMW.2020.3030917Sabchevski S., Saito T., Glyavin M. Development and applications of THz gyrotrons // Advances in Terahertz Source Technologies. Singapore: Jenny Stanford Publishing, 2024. P. 419—459. https://doi.org/10.1201/9781003459675Ginzburg N.S., Rozental R.M., Sergeev A.S., Fedotov A.E., Zotova I.V., Tarakanov V.P. Generation of Rogue Waves in Gyrotrons Operating in the Regime of Developed Turbulence // Phys. Rev. Lett. 2017. V. 119. 034801. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.119.034801Слюняев А.В., Пелиновский Д.Е., Пелиновский Е.Н. Морские волны-убийцы: наблюдения, физика и математика // УФН. 2022. Т. 193. № 2. С. 155–181. https://doi.org/10.3367/UFNr.2021.08.039038Rozental R.M., Zotova I.V., Ginzburg N.S., Sergeev A.S., Tarakanov V.P. Generation of Electromagnetic Rogue-Waves in Submillimeter-Band Gyrotrons // J. Inframed Millim. Terahertz Waves. 2019. V. 40. P. 150–157. https://doi.org/10.1007/s10762-018-0561-8Glyavin M.Y., Proyavin M.V. Magnetic System for Gyrotron: Present Status and Nearest Future // 2024 Photonics & Electromagnetics Research Symposium (PIERS), Chengdu, China. 2024. P. 1–6. https://doi.org/10.1109/PIERS62282.2024.10618538Заволоский Н.А., Пусинович Г.С., Павельев А.Б. К теории паразитного излучения в гиротронах // Изв. вузов. Радиофизика. 1988. Т. 31. № 3. С. 361–368.Glyavin M., Zotova I., Rozental R., Malkin A., Sergeev A., Fokin A., Rumyantsev V., Morozov S. Investigation of the Frequency Double-Multiplication Effect in a Sub-THz Gyrotron // J. Inframed Millim. Terahertz Waves. 2020. V. 41. № 10. P. 1245–1251.Denisov G., Zotova I., Zheleznov I., Malkin A., Sergeev A., Rozental R., Glyavin M. Towards Watt-Level THz Sources for High-Resolution Spectroscopy Based on 5th-Harmonic Multiplication in Gyrotrons // Appl. Sci. 2022. V. 12. 11370.Denisov G.G., Zotova I.V., Malkin A.M., Sergeev A.S., Rozental R.M., Fokin A.P., Belousov V.I., Shmelev M.Yu., Chirkov A.V., Tsvetkov A.I., Bandurkin I.V., Glyavin M.Yu. Boosted excitation of the fifth cyclotron harmonic based on frequency multiplication in conventional gyrotrons // Phys. Rev. E. 2022. V. 106. № 2. L023203. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.106.L023203Главин М.Ю., Денисов Г.Г., Железнов И.В., Золова И.В., Малкин А.М., Сергеев А.С. Гироумножители на пятой циклотронной гармонике на основе мощных гиротронов для плазменных приложений // Изв. вузов. Радиофизика. 2023. Т. 66. № 7–8. С. 527–537.Ginzburg N.S., Nusinovich G.S., Zavolsky N.A. Theory of non-stationary processes in gyrotrons with low Q resonators // Int. J. Electron. 1986. V. 61. № 6. P. 881–894. https://doi.org/10.1080/00207218608920927Гинзбург Н.С., Золова И.В., Леонтьев А.Н., Малкин А.М., Розентьева Р.М., Сергеев А.С. Генерация импульсного излучения терагерцовой диапазона в релятивистском гиротроне в режиме умножения частоты // Доклады РАН. Физика, технические науки. 2025. Т. 520. С. 15–23.Liu Z., Zhang S., Wise F.W. Rogue waves in a normal-dispersion fiber laser // Opt. Lett. 2015. V. 40. № 7. P. 1366–1369.Горбунов О.А., Сухаевна Ш., Чуркин Д.В. Экспериментальное изучение редких событий в излучении волоконного лазера со случайно распределенной обратной связью // Фотон-экспресс. 2015. № 6. С. 63–64.Selmi F., Coulibaly S., Loghmat Z., Sagnes I., Beaudoin G., Clerc M.G., Barbay S. Spatiotemporal Chaos Induces Extreme Events in an Extended Microcavity Laser // Phys. Rev. Lett. 2016. V. 116. 013901.Rozental R.M., Ginzburg N.S., Rozental S.R., Sergeev A.S., Zotova I.V. Quasi-regular formation of rogue waves in gyrotrons due to periodic injection of electron beams // Phys. Plasmas. 2024. V. 31. № 5. 053304.