Открытый резонатор

 

Изобретение относится к технике СВЧ и может быть использовано в измерительных трактах, влючая квазиоптические. Цель изобретения - уменьшение , сдвига рабочей частоты резонатора при регулировке его добротности - достигается за счет того, что в открытом резонаторе, содержащем два зеркала 1 и 2, на одном из них расположены параллельно друг другу ламели 4. Это зеркало выполнено н виде тела вращения. Ламели выполнены в виде колец таким образом, что оси 3 и 5 круговой симметрии указанного зеркала и колец смещены параллельно одна относительно другой. При этом зеркало, на котором расположены ламели , установлено с возможностью вращения вокруг своей оси круговой симметрии , а указанная ось пересекает оптическую ось 6 резонатора. Энергия поступает в резонатор через щель 7 в зеркале 1. 5 ил. с ю (Л со 4 СП 1чО vj СО

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК д1) 4 Н 01 3 23/18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3907394/24-21 (22) 05.06.85 (46) 15 ° 10.87. Вюл. ¹ 38 (71) Институт радиофизики и электроники АН УССР (72) А.П.Корецкий, А.П,Кусайкин и В.П.Шестопалов (53) 621.385.6(088.8) .(56) Валитов Р.А. и др. Техника субмиллиметровых волн. М.: Сов. радио, 1969, с, 337.

Авторское свидетельство СССР № 974454, кл. H 01 J 23/18, 1977. (54) ОТКРЫТЫЙ РЕ30НАТОР (57) Изобретение относится к технике

СВЧ и может быть использовано в измерительнь|х трактах, влючая квазиоптические. Цель изобретения — уменьÄÄSUÄÄ 1345273 Д1 шение. сдвига рабочей частоты резонатора при регулировке его добротности — достигается эа счет того, ;"òî в открытом резонаторе, содержащем два зеркала 1 и 2, на одном иэ них расположены параллельно друг другу ламели 4. Это зеркало выполнено в виде тела вращения. Ламели выполнены в виде колец таким образом, что оси

3 и 5 круговой симметрии указанного зеркала и колец смещены параллельно одна относительно другой. При этом зеркало, на котором расположены ламели, установлено с возможностью вращения вокруг своей оси круговой симметрии, а указанная ось пересекаст оптическую.ось 6 резонатора. Энергия поступает в резонатор через щель 7 в зеркале 1. 5 ил.

1345273

Изобретение относится к технике

СВЧ и может быть использовано в измерительных трактах, включая квазиоптические.

Целью изобретения является уменьшение сдвига рабочей частоты открытого резонатора при регулировке его добротности.

На фиг. 1 изо8ражен открытый резонатор, в котором ламели размещены на выпуклом зеркале; на фиг. 2 — то же, ламели размещены на вогнутом зерка .ле, на фиг. 3 — то же, зеркало с ламелями установлено с воэможностью изменения угла между его осью круговой симметрии и оптической осью резонатора; на фиг. 4 — зависимость модуля и аргумента коэффициента отражения плоской электромагнитной волны, .падающей нормально на плоское зеркало с ламелями, от высоты ламелей; на фиг. 5 — пример использования предлагаемого открытого резонатора в качестве регулируемого квазиоптического делителя резонансной мощности.

Открытый резонатор (фиг. 1 и 2) содержит гладкое зеркало 1, зеркало

2, выполненное в виде тела вращения с осью 3 круговой симметрии. На поверхности зеркала 2 расположены ламели 4, выполненные в виде колец.

Ось 5 круговой симметрии ламелей 4 параллельна оси 3 зеркала 2, но смещена относительно нее. Зеркало 2 установлено с возможностью вращения вокруг своей оси 3, при этом указанная ось пересекает оптическую ось резонатора 6. Для связи резонатора с внешним пространством служит щель

7 в зеркале 1.

На фиг. 1 и 2 зеркало 2 изображено в виде цилиндра. Однако возможны конструкции, когда зеркало имеет образующую в виде гиперболы, конуса и др.

Зеркало 2, на котором расположены ламели 4, может быть установлено с возможностью изменения угла наклона

его оси 3 относительно оптической оси 6 (фнг, 3).

Резонатор работает следующим образом.

СВЧ-энергия, поступая в открытый резонатор через щель 7 в зеркале 1, возбуждает в нем рабочее колебание с длиной волны и амплитудой резонансного поля Е . Электромагнитная волна, падающая на поверхность зеркала 2, после отражения от нее разделяется на несколько волновых пуч5 ков — пространственных гармоник расУ пространяющихся под различными углами д к нормали падения. Число

Ь пространственных гаромник и углы их распространения определяются известной формулой, которая для случая нормального падения волны на поверхность решетки имеет вид и г(г Г г — „г

15 где ( и угол распространения гармо(ники относительно нормали падения; номер соответствующей гар20 моники

Ж =

Л параметр решетки, 4о w„=w +w», +w. (2) При = const направления излуче-. ния всех трех гармоник постоянны, что следует из (1), а величины И

W, W являются функциями модуля коэффициента отражения от зеркала 2 с ламелями 4, который зависит от глубины h решетки. Изменяя глубину решетки, можно управлять ее коэффициентом отражения в каждую из гармоник. Так как нулевая гармоника отражается вдоль нормали падения и попадает на гладкое зеркало 1, то именно она формирует акустическую поверхность резонансного колебания в открытом резонаторе.

Существуют области изменения глубины h решетки из параллельных ламе1 — ее период.

Существованию трех пространственных гармоник — нулевой, минус первой и плюс первой отвечает условие 1 й— (2. В этом случае энергия падающей волны сосредоточена в нулевой

30 гармонике распространяющейся в напУ равлении вдоль нормали к решетке навстречу падающей волне, т.е. зеркально, и в плюс — минус — первой гармониках, распространяющихся симметрично относительно нормали пад 35 ния под некоторыми углами (+ Ч,) и (- g,) к ней. Энергия Ы„падающей волны равна сумме энергий соответствую( щих гармоник

1345273 лей, в которых фаза отраженной волны остается постоянной, а модуль коэффициента отражения изменяется. На фиг. 4 л:, Б графически представлены результаты численного расчета модуля (а (. u arg а, коэффициента отражения решетки для нулевой гармоники в зависимости от приведенной глубины

h/1 ламелей при нормальном падении 10

Н-поляризованной волны. При этом к =

1,132 и 8 = й/1 = 0,2, где и — ширина ламелей. Выбранному значению соответствуют углы излучения плюс-минус первой гармоники (= 160 относительно нормали падения, Как видно из графиков, приведенных на фиг.4 существует область значений глубины решетки h = (0,26-0,32)1, в которой модуль коэффициента отражения нулевой гармоники I ас(изменяется ли-. нейно от 0,67 до 0,85, а фаза отраженной волны arg а остается при этом практически постоянной, изменяясь лишь на +p 5 на краях участка. Это 25 означает, что при изменении высоты ламелей 4 в указанных пределах резонансные условия в открытом резонаторе практически не изменяются. Так как энергия отраженной волны пропорцио- 30 нальна квадрату модуля Iа (коэффициента отражения решетки, то предел изменения энергии Ур нулевой гармоники в процентном отношении к ° полной энергии Ир, поступающей в Ор, 35 составляет 45-72%. Следовательно, предел изменения суммарной энергии плюс-минус первой гармоники И +„ и

M„, т.е. фактически энергии потерь в боковые дифракционные максимумы, составляет от 55 до 28%.

Добротность Q резонатора без учета омических потерь определяется выражением (= И„/W norep<. Тогда для рассмотренного примера добротность резонатора изменяется в пределах:

= — — =0818 Q

0 45 0 72 мин P 55 макс 0 28

= 2,57. Следовательно, добротность резонатора при изменении высоты ламелей 4 в указанных выше пределах изменяется в 3,2 раза. Такое изменение добротности имеет место при сохранении резонансной длины волны в резонаторе, поскольку аргумент коэффициента отражения практически не изменяется, Таким образом, вращая зеркало 2 с расположенными на нем ламелями 4 вокруг их оси 5 круговой симметрии, можно регулировать добротность резонатора без заметного сдвига рабочей частоты. При указанном вращении высота h ламелей 4 вдоль оптической оси

6 резонатора изменяется, что обусловлено смещением осей 3 и 5 друг относительно друга.

На базе такой конструкции возможно создание управляемого волноводнолучеюого перехода, работающего в резонансном режиме.

Если на пути излучения одной из гармоник установить дополнительный отражатель 8, совместив его оптическую ось.с направлением дифракционного максимума этой гармоники (фиг.5), то энергия противоположной по знаку гармоники увеличится за счет возвращения части излучения в объем открытого резонатора. Размещение согласующей линзы 9 в направлении дифракционного максимума этой гармоники позволяет реализовать эффективное возбуждение квазиоптического лучевого тракта 10 резонансным полем, открытого резонатора. Подобное устройство представляет собой квазиоптический делитель резонансной мощности с плавной регулировкой амплитуды выходного сигнала.

Формула изобретения

Открытый резонатор, содержащий по крайней мере два зеркала, на одном из которых расположены параллельно друг другу ламели, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью уменьшения сдвига рабочей частоты при регулировке добротности, зеркало, на.котором расположены ламели, выполнено в виде тела вращения, ламели выполнены в виде колец так, что оси круговой симметрии указанного зеркала и колец смещены параллельно одна относительно другой, при этом зеркало, на котором расположены ламели, установлено с возможностью вращения вокруг своей оси круговой симметрии, а укаэанная ось пересекает оптическую ось резонатора.

1345273

0.У! 345273

Составитель Б.Белявский

ТехредЛ.Сердюкова Корректор M-лароши

Редактор А.Лежнина

Заказ 4927/51 Тираж 696 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r, Ужгород, ул. Проектная, 4