Открытый резонатор Советский патент 1987 года по МПК H01J23/18 

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 изображен открытый резо- ю ° формулой, которая для случая норнатор, в котором ламели размещены на : выпукл ом зеркале, на фиг. 2 - то же, ламели размещены на вогнутом зеркале; на фиг. 3 - то же, зеркало с ла

мелями установлено с возможностью изменения угла между его осью круговой симметрии и оптической осью резонатора на фиг. 4 - зависимость модуля и аргумента коэффициента отражения плоской электромагнитной вол ны, . падающей нормально на плоское зеркало с ламелями, от высоты ламе- лей; на фиг. 5 - пример использования предлагаемого открытого резонатора в качестве регулируемого квазиоптического делителя резонансной мощности.

Открытьш 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 ла- мели 4, выполненные в виде колец. Ось 5 круговой симметрии ламелей 4 параллельна оси 3 зеркала 2, но смег щена относительно нее. Зеркало 2 установлено с возможностью вращения вокруг своей оси 3, при этом указан ная 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 расположен ламели 4, может быть установлено с возможностью изменения угла наклона его оси 3 относительно оптической оси 6 (фиг. 3).

Резонатор работает следующим образом.

СВЧ-энергия, поступая в открытьй резонатор через щель 7 в зеркале 1, возбуждает в нем рабочее колебание с длиной волны А и амплитудой резонансного поля ЕП. Электромагнитная

волна, падающая на поверхность зеркала 2, после отражения от нее разделяется на несколько волновых пучков - пространственных гармоник, распространяющихся под различными углами ч/ к нормали падения. Число пространственных гаромник и углы их распространения определяются известмального падения волны решетки имеет вид

на поверхность

tg if

п

f

(1)

if| - угол распространения гармоники относительно нормали падения;

п - номер соответствующей гармоники:

эе -г - параметр решетки

1 - ее период.

Существованию трех пространственных гармоник - нулевой, минус первой и плюс первой отвечает условие 1 Х - - 2. В этом случае энергия падающей волны сосредоточена в нулевой гармонике, распространяющейся в направлении вдоль нормали к рещетке навстречу падающей волне, т.е. зеркально, и в плюс - минус - первой гармониках, распространяющихся симметрично относительно нормали ния под некоторыми углами (+ Ч,) и (- /,) к ней. Энергия Ы„ падающей волны равна сумме энергий соответствующих гармоник

W, Wo

+ w.. + w.

(2)

При у, const направления излучег ния всех трех гармоник постоянны, что следует из (1), а величины 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 ламелей, в которых фаза отраженной волны остается постоянной, а модуль коэффициента отражения изменяется. На фиг. 4 , 6 графически представлены результаты численного расчета модуля и arg а коэффициента отражения решетки для нулевой гармоники в зависимости от приведенной глубины h/1 ламелей при нормальном падении Н-поляризованной волны. При этом х 1,132 и 0 d/1 0,2, где d - ширина ламелей. Выбранному значению соответствуют углы излучения плюс-минус первой гармоники if. ±60 от- носительно 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 нуле- вой гармоники ( изменяется ли-. нейно от 0,67 до 0,85, а фаза отраженной волны arg а остается при это практически постоянной, изменяясь лишь на +0,5° на краях участка. Это означает, что при изменении высоты ламелей 4 в указанных пределах резонансные условия в открытом резонатор практически не изменяются. Так как энергия отраженной волны пропорцио- нальна квадрату модуля коэффициента отражения решетки, то предел изменения энергии W нулевой гармоники в процентном отношении к полной энергии W, поступающей в ОР, составляет 45-72%. Следовательно, предел изменения суммарной энергии плюс-минус первой гармоники W., и W , т.е. фактически энергии потерь в боковые дифракционные максимумы, составляет от 55 до 28%.

Добротность Q резонатора без учета омических потерь определяется выражением Q W /W

ft погери

Тогда для

рассмотренного примера добротность резонатора изменяется в пределах:

мин ° м«.с 0 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 коэф- фициента отражения практически не изменяется.

s 0 5 0 5 0

5

0

5

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 отно- . сительно друга.

На базе такой конструкции возможно создание управляемого волноводно- лучввого 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 квазиоптическог.о 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, отличающийся тем, что, с целью уменьшения сдвига рабочей частоты при регулировке добротности, зеркало, на-котором расположены ламели, выполнено в виде тела вращения, ламели вьшолнены. в ввде 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 указанная ось пересекает оптическую ось резонатора.

А А

-Е

ceti

фигЗ

Изобретение относится к технике СВЧ и может быть использовано в измерительных трактах, влючая квази- оптические. 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

0.9

ив 0.7 0.6

7

0.26

,Не

0.32

0.38

O.UI).

фи&.5

Редактор А.Лежнина

Составитель Б.Белявский

Техред Л.Сердюкова Корректор М.Шароши

Заказ 4927/51Тираж 696Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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