DIFFRACTION RADIATION AT THE OPEN END OF A CIRCULAR WAVEGUIDE WITH DIELECTRIC FILLING

Capa

Citar

Texto integral

Acesso aberto Acesso aberto
Acesso é fechado Acesso está concedido
Acesso é fechado Somente assinantes

Resumo

An analytical solution to the canonical problem of diffraction radiation of a uniformly moving point charge at the open end of a circular waveguide with a uniform dielectric filling is presented. The case of motion along the axis is considered. A modified mode-matching method was used in the solution, leading to the Wiener–Hopf–Fock equation, and after its formal solution, to an infinite linear system of equations for the excitation coefficients of waveguide modes. This system is solved numerically by the reduction method with any given accuracy. Numerical results are obtained for the case of charge exit from the waveguide.

Sobre autores

S. Galyamin

Saint Petersburg State University

Autor responsável pela correspondência
Email: s.galyamin@spbu.ru
Rússia, 7/9 Universitetskaya nab., St. Petersburg, 199034

Bibliografia

  1. B. M. Bolotovskii and G. V. Voskresenskii, Diffraction radiation, Usp. Fiz. Nauk, 88, 209 (1966).
  2. B. M. Bolotovskii and E. A. Galst’yan, Diffraction and diffraction radiation, Usp. Fiz. Nauk, 170, 809 (2000).
  3. S. Kheifets, L. Palumbo and V. G. Vaccaro, Electromagnetic fields scattered by a charge moving on the axis of a semi-infinite circular waveguide: Radiation spectrum and longitudinal impedance, IEEE Trans. Nucl. Science, 34, 1094 (1987).
  4. A. V. Tyukhtin, Self-acceleration of a charge traveling into a waveguide, Phys. Rev. ST Accel. Beams, 17, 021303 (2014).
  5. S. N. Galyamin, A. V. Tyukhtin, V. V. Vorobev, A. A. Grigoreva and A. Aryshev, Bunch imaging at the open end of an embedded circular waveguide, IEEE Trans. Microwave Theory Techn., 66, 2100 (2018).
  6. D. V. Karlovets and A. P. Potylitsyn, On the theory of diffraction radiation, Journal of Experimental and Theoretical Physics, 107, 755 (2008).
  7. D. Karlovets and A. Potylitsyn, Generalized surface current method in the macroscopic theory of diffraction radiation, Physics Letters A, 373, 1988 (2009).
  8. A. Potylitsyn, M. I. Ryazanov, M. N. Strikhanov and A. A. Tishchenko, Diffraction Radiation from Relativistic Particles, Springer Tracts in Modern Physics, Vol. 239 (Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2011).
  9. M. Ivanyan, A. Grigoryan, A. Tsakanian and V. Tsakanov, Wakefield radiation from the open end of an internally coated metallic tube, Phys. Rev. ST Accel. Beams, 17, 074701 (2014).
  10. A. M. Altmark, A. D. Kanareykin and I. L. Sheinman, Tunable wakefield dielectric-filled accelerating structure, Tech. Phys., 50, 87 (2005).
  11. E. A. Nanni, W. R. Huang, K.-H. Hong, K. Ravi, A. Fallahi, G. Moriena, R. J. Dwayne Miller and F. X. K¨artner, Terahertz-driven linear electron acceleration, Nature Communications, 6, 8486 (2015).
  12. B. D. O’Shea, G. Andonian, S. Barber, K. Fitzmorris, S. Hakimi, J. Harrison, P. D. Hoang, M. J. Hogan, B. Naranjo, O. B. Williams, V. Yakimenko and J. Rosenzweig, Observation of acceleration and deceleration in gigaelectron-voltper-metre gradient dielectric wakefield accelerators, Nature Communications, 7, 12763 (2016).
  13. D. Wang, X. Su,L. Yan, Y. Du, Q. Tian, Y. Liang, L. Niu, W. Huang, W. Gai, C. Tang and S. Antipov, Phase control with two-beam interferometry method in a terahertz dielectric wakefield accelerator, Appl. Phys. Lett., 111, 174102 (2017).
  14. C. Jing, S. Antipov, M. Conde, W. Gai, G. Ha, W. Liu, N. Neveu, J. Power, J. Qiu, J. Shi, D. Wang and E. Wisniewski, Electron acceleration through two successive electron beam driven wakefield acceleration stages, Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. A, 898, 72 (2018).
  15. M. T. Hibberd, A. L. Healy, D. S. Lake, V. Georgiadis, E. J. H. Smith, O. J. Finlay, T. H. Pacey, J. K. Jones, Y. Saveliev, D. A. Walsh, E. W. Snedden, R. B. Appleby, G. Burt, D. M. Graham and S. P. Jamison, Acceleration of relativistic beams using laser-generated terahertz pulses, Nature Photonics, 14, 755 (2020).
  16. H. Tang, L. Zhao, P. Zhu, X. Zou, J. Qi, Y. Cheng, J. Qiu, X. Hu, W. Song, D. Xiang, and J. Zhang, Stable and scalable multistage terahertz-driven particle accelerator, Phys. Rev. Lett., 127, 074801 (2021).
  17. S. N. Galyamin, A. V. Tyukhtin, S. Antipov, and S. S. Baturin, Terahertz radiation from an ultra-relativistic charge exiting the open end of a waveguide with a dielectric layer, Opt. Express, 22, 8902 (2014).
  18. D. Wang, X. Su, Y. Du, Q. Tian, Y. Liang, L. Niu, W. Huang, W. Gai, L. Yan, C. Tang, and S. Antipov, Nonperturbing THz generation at the Tsinghua university accelerator laboratory 31 MeV electron beamline, Review of Scientific Instruments, 89, 093301 (2018).
  19. L. Zhao, H. Tang, C. Lu, T. Jiang, P. Zhu, L. Hu, W. Song, H. Wang, J. Qiu, C. Jing, S. Antipov, D. Xiang, and J. Zhang, Femtosecond relativistic electron beam with reduced timing jitter from Thz driven beam compression, Phys. Rev. Lett., 124, 054802 (2020).
  20. S. Jiang, W. Li, Z. He, Q. Jia, and L. Wang, Intrinsically reducing divergence angle of Cherenkov radiation from dielectric capillary, Opt. Lett., 45, 5416 (2020).
  21. G. Voskresenskii and S. Zhurav, Radiotekhnika i Electronika, 12, 2608 (1976).
  22. G. Voskresenskii and S. Zhurav, Radiotekhnika i Electronika, 23, 2505 (1978).
  23. S. Koshikawa and K. Kobayashi, Diffraction by a terminated semi-infinite parallel-plate waveguide with three-layer material loading, IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 45, 949 (1997).
  24. Y. Hame¸s and I. H. Tayyar, Radiation from dielectric-filled thick-walled parallel-plate waveguide junction loaded with a dielectric half-plane, Electromagnetics, 25, 245 (2005).
  25. R. Mittra and S. W. Lee, Analytical Techniques in the Theory of Guided Waves, (Macmillian, 1971).
  26. S. N. Galyamin, A. V. Tyukhtin, V. V. Vorobev, A. A. Grigoreva and A. S. Aryshev, Cherenkov radiation of a charge exiting open-ended waveguide with dielectric filling, Phys. Rev. Accel. Beams, 22, 012801 (2019).
  27. S. N. Galyamin, A. V. Tyukhtin and V. V. Vorobev, Radiation from open ended waveguide with dielectric loading, Nuclear Instr. Meth. Phys. Res. B, 402, 144 (2017).
  28. S. N. Galyamin, V. V. Vorobev and A. V. Tyukhtin, Diffraction at the open-ended dielectric-loaded circular waveguide: Rigorous approach, IEEE Trans. Microwave Theory Techn., 69, 2429 (2021).
  29. S. N. Galyamin and V. V. Vorobev, Diffraction at the open end of dielectric-lined circular waveguide, IEEE Trans. Microwave Theory and Techn., 70, 3087 (2022).
  30. I. H. Tayyar and A. Buyukaksoy, A Wiener-Hopf analysis of the coaxial waveguide radiator, 2011 International Conference on Electromagnetics in Advanced Applications (2011), pp. 580–583.
  31. L. Weinstein, The Theory of Diffraction and the Factorization Method: generalized Wiener-Hopf Technique, Golem Series in Electromagnetics, V. 3 (Golem Press, 1969).
  32. L. B. Felsen and N. Marcuvitz, Radiation and Scattering of Waves (Wiley Interscience, New Jersey, 2003).
  33. Б. М. Болотовский, Д. М. Седракян, Излучение частицы от открытого конца волновода, Изв. АН Арм. ССР, 17, 119 (1964).
  34. N. Sei and T. Takahashi, First demonstration of coherent Сherenkov radiation matched to circular plane wave, Scientific Reports, 7, 17440 (2017).
  35. P. Karataev, K. Fedorov, G. Naumenko, K. Popov, A. Potylitsyn, and A. Vukolov, Ultra-monochromatic far-infrared Cherenkov diffraction radiation in a super-radiant regime, Scientific Reports, 10, 20961 (2020).
  36. R. Kieffer, L. Bartnik, M. Bergamaschi, V. V. Bleko, M. Billing, L. Bobb, J. Conway, M. Forster, P. Karataev, A. S. Konkov, R. O. Jones, T. Lefevre, J. S. Markova, S. Mazzoni, Y. Padilla Fuentes, A. P. Potylitsyn, J. Shanks, and S. Wang, Direct observation of incoherent Cherenkov diffraction radiation in the visible range, Phys. Rev. Lett., 121, 054802 (2018).
  37. S. N. Galyamin, Cherenkov Wakefield Radiation from an Open End of a Three-Layer Dielectric Capillary, arXiv.org. 2022. URL: https://doi.org/10.48550/arXiv.2205.03986.

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML
Baixar

Declaração de direitos autorais © Russian Academy of Sciences, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».