Сучасні гітротрони є найпотужнішими, відносно компактними та високоефективними джерелами терагерцового (ТГц) електромагнітного випромінювання. До сфери їх застосування можна віднести: спектрометрію електронного спінового резонансу для дослідження магнітних матеріалів, виявлення прихованої зброї, вибухових речовин і радіоактивних матеріалів, дистанційне створення зображень з високою роздільною здатністю, діагностику плазми, обробку матеріалів (зокрема, спікання кераміки), дослідження глибокого космосу, неруйнівні методи випробування матеріалів, спектрометрію біомолекул на основі ядерного магнітного резонансу, медичні технології (наприклад, лікування ракових пухлин) та інші.

Більшість із зазначених застосувань вимагає безперервного терагерцового випромінювання, яке може бути створене гітротронами на основі постійних надпровідних магнітів. Однак створення таких гітротронів є досить складним технічним завданням. Головна причина полягає в тому, що сучасні постійні магніти мають порівняно невелику (у порівнянні з імпульсними соленоїдами) напруженість магнітного поля і при цьому є громіздкими, енергоємними та дорогими.

Знизити вимоги до магнітної системи гітротрона можна за рахунок генерації хвиль на вищих гармоніках (s > 1) циклотронної частоти. З цієї причини гітротрони на вищих циклотронних гармоніках виглядають надзвичайно привабливими для використання в ТГц-технологіях.

На практиці, однак, їх реалізація часто стикається з проблемою конкуренції між обраною робочою модою гітротрона та однією з фундаментальних (s = 1) циклотронних мод, що пояснюється близькістю стартових струмів (порогів генерації) цих мод. Така конкуренція мод призводить до скорочення області генерації, зниження ККД і потужності гітротрона. Таким чином, для успішної реалізації високоефективних гітротронів на вищих циклотронних гармоніках надзвичайно важливим є створення умов для селективного придушення фундаментальних паразитних мод.

Для такої селекції можуть бути використані електродинамічні методи, які включають оптимізацію параметрів резонатора гітротрона з метою найефективнішого утримання в об'ємі резонатора обраної робочої моди гітротрона. Така оптимізація резонатора дозволяє знизити дифракційні втрати і стартовий струм для робочої моди відносно аналогічних значень для конкуруючих мод. Завдяки цьому може бути збільшена область одномодової генерації робочої моди гітротрона.

На основі розробленої в НВК ВДЕРТ нелінійної самозгодженої теорії гітротрона проведено детальне дослідження збудження мод терагерцового гітротрона на вищих гармоніках циклотронної частоти.

Як приклади розглянуто два типи резонатора гітротрона (Рис. 1) і досліджено можливість їх оптимізації з метою селективного придушення фундаментальних паразитних мод. Перший тип — традиційний циліндричний резонатор гітротрона з однорідною центральною (основною) секцією, яка з обох боків з'єднана зі слабо-неоднорідними конічними рупорами. Його оптимізація проведена відносно довжини основної секції резонатора і кута конусності вихідного рупора. При цьому були враховані омічні втрати в стінках резонатора, пов'язані з кінцевою провідністю його матеріалу. Другий тип — циліндричний резонатор, навантажений діафрагмою. Оптимізація цього резонатора проведена відносно ширини і глибини діафрагми. Окрім омічних втрат, додатково врахована конверсія мод внаслідок неоднорідності структури резонатора. Як приклад використання розглянутих резонаторів обрано 50-кВт 400-ГГц гітротрон на другій (s = 2) гармоніці циклотронної частоти. Такі гітротрони застосовуються в системах діагностики плазми на основі колективного Томсонівського розсіяння.

 До основних результатів дослідження можна віднести таке:

 вперше отримано аналітичний вираз для стартового струму в наближенні фіксованої структури електромагнітного поля в резонаторі гітротрона з урахуванням конверсії мод;

 чисельними методами виконано оптимізацію геометрії та форми резонатора 50-кВт 0.4-ТГц гітротрона на другій (s = 2) гармоніці циклотронної частоти і знайдено оптимальні умови генерації випромінювання на вищих гармоніках для двох варіантів резонатора — традиційного циліндричного і навантаженого діафрагмою резонатора (Рис. 2). Визначено параметри (Рис. 3), що забезпечують мінімальність стартового струму робочої моди порівняно зі стартовим струмом найбільш небезпечної конкуруючої моди при необхідному рівні ККД і вихідній потужності гітротрона;

 встановлено, що резонатор гітротрона з діафрагмою оптимального розміру забезпечує найсприятливіші умови для стабільної роботи 50-кВт 0.4-ТГц гітротрона на другій гармоніці циклотронної частоти. Однак при цьому максимальна потужність гітротрона (56 кВт) майже вдвічі менша порівняно з випадком використання традиційного резонатора оптимальної форми. Це пояснюється збільшеною часткою омічних втрат у повних втратах резонатора гітротрона з діафрагмою.