Освоение субтерагерцевого (0.1-0.3 ТГц) и терагерцевого (0.3-3.0 ТГц) диапазона частот является одной из наиболее актуальных проблем современной электроники. ТГц излучение обладает многими уникальными свойствами: оно имеет высокую проникающую способность и позволяет получать контрастное изображение, но в то же время обладает гораздо меньшим ионизирующим воздействием, чем рентгеновское излучение; широкий диапазон частот привлекателен для систем передачи информации; в ТГц диапазоне лежат колебательные и вращательные спектры многих веществ. Поэтому источники ТГц излучения имеют широкие перспективы применения в системах высокоскоростной беспроводной передачи данных 5G и последующих поколений, в системах безопасности и противодействия терроризму, в радиолокации, биомедицине и т.д. Однако данный диапазон на сегодняшний день является наиболее слабо освоенным участком электромагнитного спектра. Для достижения высоких уровней мощности (десятки и сотни Ватт) оптимальными являются приборы вакуумной электроники.
В Лаборатории вакуумной микро- и наноэлектроники Саратовского филиала ИРЭ РАН (СФ-1) ведутся исследования, направленные на разработку миниатюрных электронно-волновых приборов, прежде всего ламп бегущей волны (ЛБВ) и ламп обратной волны (ЛОВ). Разрабатываются различные типы замедляющих систем (ЗС) для подобных приборов.
Предложены планарные микрополосковые ЗС на диэлектрических подложках, которые обладают высоким коэффициентом замедления и обеспечивают пониженный уровень рабочих напряжений (порядка 5 кВ), что важно с точки зрения миниатюризации приборов. Разработана технология изготовления подобных структур, основанная на магнетронном напылении и лазерной абляции.
Исследуются возможности использования новых технологий изготовления ЗС, в частности, технологии 3-D печати с последующей металлизацией при помощи магнетронного напыления.
Фотография ЗС W-диапазона (90 ГГц), изготовленной с помощью 3D-печати, и СЭМ-изображение ее увеличенного фрагмента
Разрабатываются электронно-оптические системы, формирующие электронные пучки высокой плотности (порядка сотен A/см2). Экспериментально получены ленточные электронные пучки с током до 130 мА и толщиной не более 100 мкм.
Трехмерная схема электронной пушки, формирующей ленточный пучок с высокой компрессией, и фотография экспериментального макета пушки
Наиболее высокие уровни мощности в суб-ТГц и ТГц диапазоне обеспечивают электронные мазеры на циклотронном резонансе — гиротроны, в которых активной средой являются винтовые электронные потоки, закрученные внешним магнитным полем. Гиротроны широко применяются в системах электронно-циклотронного нагрева плазмы для управляемого термоядерного синтеза, для микроволновой обработки материалов, в спектроскопии и т.д. В лаборатории СФ-1 выполянются теоретические исследования динамики колебательных процессов в гиротронах. В том числе, исследуются вопросы взаимной и вынужденной синхронизации, влияния отражений на режимы генерации гиротрона и т.д. Эти исследования проводятся в тесном сотрудничестве с коллективом Института прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова РАН, который является одним из ведущих мировых научных центров в области разработки гироприборов.
