Study of character of modulation instability in cyclotron resonance interaction of an electromagnetic wave with a counterpropagating rectilinear electron beam

封面

如何引用文章

全文:

详细

In this paper, the interaction of a monochromatic electromagnetic wave with a counterpropagating electron beam moving in an axial magnetic field is considered. The purpose of this study is to investigate the conditions for occurrence of modulation instability (MI) in such a system and to determine at which parameters of the incident wave the MI is absolute or convective. Methods. Theoretical analysis of the MI character is carried out by studying the asymptotic form of unstable perturbations using the saddle-point analysis. The analytical results are verified by numerical simulations. Results. Theoretically, the boundary of change in the character of MI on the plane of input signal parameters (amplitude and detuning of the frequency from the cyclotron resonance) is determined. Numerical simulations confirm that as the signal frequency increases, the regime of self-modulation, which corresponds to the absolute MI, is replaced by the stationary single-frequency transmission corresponding to the convective MI. The numerical results coincide with the analytical ones for the system, which is matched at the end. The matching is implemented by smooth increasing of the guiding magnetic field in the region of electron beam injection. Conclusion. Determining the analytical conditions for the implementation of the absolute MI is of practical interest, since the emerging self-modulation can lead to the generation of trains of pulses with the spectrum in the form of frequency combs.

作者简介

Alena Rostuntsova

Saratov Branch of Kotel`nikov Institute of Radiophysics and Electronics of Russian Academy of Sciences; Institute of Applied Physics of the Russian Academy of Sciences; Saratov State University

ORCID iD: 0000-0002-6795-2108
SPIN 代码: 2544-8724
Scopus 作者 ID: 57204902473
Researcher ID: AAA-4540-2022
ul. Zelyonaya, 38, Saratov, 410019, Russia

Nikita Ryskin

Saratov Branch of Kotel`nikov Institute of Radiophysics and Electronics of Russian Academy of Sciences; Saratov State University

ORCID iD: 0000-0001-8501-6658
Scopus 作者 ID: 7003373306
Researcher ID: K-2549-2012
ul. Zelyonaya, 38, Saratov, 410019, Russia

参考

  1. Benjamin T. B. Instability of periodic wavetrains in nonlinear dispersive systems // Proc. R. Soc. Lond. A. 1967. Vol. 299, no. 1456. P. 59–76. doi: 10.1098/rspa.1967.0123.
  2. Додд Р., Эйлбек Дж., Гиббон Дж., Моррис Х. Солитоны и нелинейные волновые уравнения. М.: Мир, 1988. 696 с.
  3. Ньюэлл А. Солитоны в математике и физике. М.: Мир, 1989. 328 с.
  4. Островский Л. А., Потапов А. И. Введение в теорию модулированных волн. М.: Физматлит, 2003. 398 с.
  5. Zakharov V. E., Ostrovsky L. A. Modulation instability: The beginning // Physica D. 2009. Vol. 238, no. 5. P. 540–548. doi: 10.1016/j.physd.2008.12.002.
  6. Рыскин Н. М., Трубецков Д. И. Нелинейные волны. М.: URSS, 2021. 312 с.
  7. Рыскин Н. М. Колебания и волны в нелинейных активных средах. Саратов: Издательство Саратовского университета, 2017. 102 с.
  8. Балякин А. А., Рыскин Н. М. Смена характера модуляционной неустойчивости вблизи критической частоты // Письма в ЖТФ. 2004. Т. 30, № 5. С. 6–13.
  9. Balyakin A. A., Ryskin N. M. Modulation instability in a nonlinear dispersive medium near cut-off frequency // Nonlinear Phenomena in Complex Systems. 2004. Vol. 7, no. 1. P. 34–42.
  10. Rostuntsova A. A., Ryskin N. M., Zotova I. V., Ginzburg N. S. Modulation instability of an electromagnetic wave interacting with a counterpropagating electron beam under condition of cyclotron resonance absorption // Phys. Rev. E. 2022. Vol. 106, no. 1. P. 014214. doi: 10.1103/PhysRevE. 106.014214.
  11. Newell A. C. Nonlinear tunnelling // J. Math. Phys. 1978. Vol. 19, no. 5. P. 1126–1133. doi: 10.1063/1.523759.
  12. Зотова И. В., Гинзбург Н. С., Железнов И. В., Сергеев А. С. Модуляция интенсивного СВЧ-излучения при резонансном взаимодействии со встречным потоком невозбужденных циклотронных осцилляторов // Письма в ЖТФ. 2014. Т. 40, № 12. С. 1–10.
  13. Zotova I. V., Ginzburg N. S., Sergeev A. S., Kocharovskaya E. R., Zaslavsky V. Y. Conversion of an electromagnetic wave into a periodic train of solitons under cyclotron resonance interaction with a backward beam of unexcited electron-oscillators // Phys. Rev. Lett. 2014. Vol. 113, no. 14. P. 143901. doi: 10.1103/PhysRevLett.113.143901.
  14. Гинзбург Н. С., Зотова И. В., Кочаровская Е. Р., Сергеев А. С., Железнов И. В., Заславский В.Ю. Солитоны самоиндуцированной прозрачности и диссипативные солитоны в системах микроволновой электроники // Известия вузов. Радиофизика. 2020. Т. 63, № 9. С. 796–824.
  15. Benirschke D. J., Han N., Burghoff D. Frequency comb ptychoscopy // Nat. Commun. 2021. Vol. 12, no. 1. P. 4244. doi: 10.1038/s41467-021-24471-4.
  16. Hagmann M. J. Scanning frequency comb microscopy–A new method in scanning probe microscopy // AIP Advances. 2018. Vol. 8, no. 12. P. 125203. doi: 10.1063/1.5047440.
  17. Гапонов А. В., Петелин М. И., Юлпатов В. К. Индуцированное излучение возбужденных классических осцилляторов и его использование в высокочастотной электронике // Известия вузов. Радиофизика. 1967. Т. 10, № 9. С. 1414–1453.
  18. Кузелев М. В., Рухадзе А. А. Методы теории волн в средах с дисперсией. М.: Физматлит, 2007. 272 с.
  19. Barletta A., Celli M. Convective to absolute instability transition in a horizontal porous channel with open upper boundary // Fluids. 2017. Vol. 2, no. 2. P. 33. doi: 10.3390/fluids2020033.

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载

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».