等离子体加载耦合腔慢波结构色散分析

利用磁化等离子体介电张量和纵向场分量法对任意大小轴向磁场中等离子体填充耦合腔慢波结构进行场分析，得到磁化等离子体填充电子注通道电磁波场分量的轴对称精确解.在此基础上，建立耦合腔分区模型、采用场匹配方法建立色散方程，并数值计算得出不同等离子体密度及磁场下的耦合腔色散曲线.对不同密度等离子体填充情况下的耦合腔色散特性、混合模式的形成机理以及等离子体空间电荷波进行了分析讨论. 关键词： 耦合腔慢波结构 等离子体 混合模式 色散特性     

等离子体中电磁波的粒子模拟

本文介绍了1 2/2维相对论性、电磁模等离子体粒子模拟的方法和原理。系统地以计算机模拟了由电子气体组成的等离子体中的各种电磁波。在无外加静磁场、加外横磁场、加外纵向磁场等不同情况下,分别得到静电波、电磁波、寻常波、非寻常波、ω=nω_c的磁回旋共振、左旋波、右旋波等。其色散关系、截止频率、共振频率、极限相速度均与理论结果一致。     

任意纵向磁场中等离子体-腔漂移通道电磁波的解析解

 从麦克斯韦方程和双成分等离子体粒子在外部轴向磁场的线性化运动方程出发，推导出了任意纵向磁场中等离子体介电张量和等离子体-腔漂移通道的电磁波的解析解。结果表明在一般情形下，在位于外部均匀纵向磁场的等离子体波导中，不存在分离的轴对称E波和H波。在此基础上进一步得到轴对称波的具体解析式。单波近似下的结果和俄罗斯全俄电技术研究所M.A.Zavjalov等的结果一致。     

电子温度各向异性对螺旋波等离子体中电磁模式的传播及功率沉积特性的影响

采用考虑粒子温度各向异性热等离子体介电张量模型,借助磁化、均匀密度分布等离子体中电磁波的一般色散关系,在低磁场、低气压螺旋波等离子体典型参量条件下,理论分析了电子温度各向异性对电磁模式传播特性和角向对称模功率沉积的影响.研究结果表明:对于给定的纵向静磁场B₀(或波频率ω),存在一个临界波频率ω_cr(或纵向静磁场B_0,cr),当ω>ω_cr(或B₀0,cr)时,电子回旋谐波遭受的阻尼开始显著增大;相比粒子温度各向同性情形,粒子温度各向异性彻底改变了波的传播特性,即相位常数和衰减常数均出现峰值现象;在考虑电子有限拉莫尔半径效应和电子温度各向异性情形下,Trivelpiece-Gould (TG)波碰撞阻尼在整个电磁波功率沉积中占据主导地位,电子纵向温度T_e,//存在某一临界值,在此临界值处TG波功率沉积出现峰值P_abs,TG,且随着T_e,⊥/T_e,//的减小,...     

磁化等离子体对平面电磁波吸收特性的数值研究与全波仿真

研究了平面电磁波在磁化、稳定、二维、非均匀等离子体中的传播特性;采用等效输入阻抗方法计算非均匀磁化等离子体层对不同模式入射电磁波的功率吸收情况。结果表明,电子数密度、碰撞频率和外磁场大小是等离子体对电磁波功率吸收的主要影响因素。采用等效介电常数的方法模拟等离子体特性,代入有限元软件进行平面电磁波入射等离子体仿真,得到了非寻常波与右旋极化波的吸收特性。根据数值计算和全波仿真结果可知,当等离子体密度为1017 m-3、碰撞频率2.5 GHz、外加磁场的磁感应强度为0.15 T时,磁化等离子体对电磁波有强烈的吸收特性。     

磁化分层等离子体中电磁波传播特性研究

采用混合矩阵法,分析了磁化分层等离子鞘套对斜入射电磁波传播特性的影响,分别计算了不同入射角以及外加磁场下电磁波透射系数和极化特性的变化。以GPS导航信号右旋圆极化波(RCP)为例,研究了磁场、电子密度对电磁波右旋圆极化特性的影响。结果表明,外加磁场能够使右旋圆极化波在等离子体中的阻带向高频方向移动,此外,外加磁场能在一定程度上改善斜入射是圆极化波的极化特性,有利于GPS信号接收。     

弱电离尘埃等离子体的介电张量研究

忽略磁场作用,通过求解含BGK碰撞项的Boltzmann方程和尘埃粒子充电方程导出了弱电离尘埃等离子体介电张量的表达式.证明了“冷”尘埃等离子体的纵向介电张量系数与横向介电张量系数相等.完善了弱电离尘埃等离子体电磁特性的理论模型. 关键词： 弱电离尘埃等离子体 Boltzmann方程 充电方程 介电张量     

电磁波在非均匀磁化的等离子体鞘套中传输特性研究

采用流场模拟软件模拟了十一组分RAM-II飞行器表面等离子体鞘套的分布,提取了四个典型飞行高度、飞行状态下的等离子体鞘套的分布信息.然后根据RAM-II飞行器等离子体鞘套数据,利用计算色散介质的Z变换FDTD方法主要计算了电磁波在四个不同高度处等离子体鞘套中的功率反射系数和功率透射系数.此外,根据目前可以做出的磁场强度的大小,对四个不同高度下的非均匀等离子体鞘套层按距飞行器表面的距离进行相应的非均匀磁化.由于左旋极化波和右旋极化波在磁化等离子体中的传输特性不同,最后对比了左旋极化波、右旋极化波在非磁化和磁化情况下的传输特性,对飞行器导航通信磁窗天线的设计给出建议.     

二维相对论运动等离子体的介电率张量

定义了相对论性运动等离子体的物理模型.利用荷流体的微扰理论，研究了该系统二维扰动现象及背景离子下的束-波互作用问题，导出了该系统的介电率张量.研究表明，相对论运动等离子体系统属复杂的色散荷流体介质并呈复杂的空间电磁不均匀性.数值模拟计算给出了相对论运动等离子体系统的介电率对波频率、电子能量以及空间坐标的响应. 关键词： 等离子体 荷流体 介质 电磁理论     

电子温度各向异性对螺旋波m=1角向模功率沉积特性的影响

采用一般的径向密度非均匀分布假设,借助温等离子体介电张量模型,利用磁化等离子体中电磁波的一般色散关系,在高密度峰值、低磁场、低气压典型参量条件下,重点分析了电子温度各向异性对螺旋波m=1角向模功率沉积特性的影响.研究结果表明:在典型螺旋波等离子体电子温度范围(3, 8) e V内,电子有限拉莫尔半径效应应当予以考虑,而离子有限拉莫尔半径效应可以忽略.低磁场条件下|n|> 1次回旋谐波对介电张量元素的贡献可以忽略.碰撞阻尼在功率沉积中占据主导地位,功率沉积在偏离等离子体柱中心轴的某一径向位置出现峰值,随着轴向电子温度T_{e, z}的增大,功率沉积强度逐渐增强.相比等离子体温度各向同性情形,等离子体温度各向异性显著改变了螺旋波m=1角向模的功率沉积特性,电子温度各向异性因子χ=T_e,⊥/T_{e, z}的增大或减小均导致功率沉积强度发生剧烈改变.     

外加磁场微波等离子体喷流对平面电磁波衰减的实验研究

采用空间透射波测量方法,实验研究透波密闭石英玻璃容器内等离子体喷流对垂直和水平极化电磁波的衰减,在有和无外加磁场条件下分析实验参数对等离子吸波效应的影响,分析等离子体的吸波机理.实验结果表明在非磁和本实验条件下,平面电磁波在等离子体中的衰减机理为碰撞吸收;在有磁和本实验条件下,平面电磁波在磁等离子体中的衰减机理同样为碰撞吸收,但是外加磁场的存在有限地改善了等离子体的吸波效应.为了使磁等离子体最有效地吸收电磁波,应该提高磁场感应强度,把高频混杂频率提高到测试微波频率范围内,或降低微波测试频率至本实验中的高混 关键词： 等离子体相互作用 电磁波 电磁波在等离子体中的传输     

Investigation of the properties of extraordinary mode in three-dimensional magnetized plasma photonic crystals with diamond lattices as Voigt effects are considered

In this paper, the properties of extraordinary mode for two types of three-dimensional magnetized plasma photonic crystals (3D MPPCs) composed of homogeneous dielectric and magnetized plasma with diamond lattices are theoretically investigated for electromagnetic (EM) wave based on a modified plane wave expansion (PWE) method, as Voigt effects are considered. As EM wave propagates in such 3D MPPCs, the EM wave can be divided in two modes due to the influence of Lorentz force. One is named extraordinary mode and another is ordinary mode. The equations for calculating the dispersive relationships for extraordinary mode as propagating through two types of structures (dielectric spheres immersed in magnetized plasma background or vice versa), are theoretically deduced. The influences of dielectric constant of dielectric, plasma collision frequency, filling factor, the external magnetic field and plasma frequency on the properties of extraordinary mode for both types of MPPCs are investigated in detail, respectively, and some corresponding physical explanations are also given. From the numerical results, it has been shown that not only the locations but also bandwidths and relative bandwidths of the photonic band gaps obtained by extraordinary mode for both types of 3D MPPCs can be manipulated by plasma frequency, filling factor, the external magnetic field and the relative dielectric constant of dielectric, respectively. However, the plasma collision frequency has no effect on the frequency ranges and relative bandwidths of PBGs for two types of 3D MPPCs. The locations of flatbands regions cannot be tuned by any parameters except for plasma frequency and the external magnetic field.     

Orthogonal interaction of bernstein mode with ion-acoustic wave through plasma maser effect

Interaction of Bernstein mode wave with ion-acoustic turbulence is treated as the plasma maser effect. Ion-acoustic turbulence is considered as resonant mode, propagating orthogonal to the test Bernstein mode. The external magnetic field, in the direction of ion-acoustic turbulence, is playing key role in transferring energy in upconversion process from resonant low frequency wave to the high frequency wave through modulated electric field. It is shown that the direct coupling term and the associated reverse absorbtion effect do not contribute individually to the growth or damping to the Bernstein mode. Only the polarization coupling term is found to be effective in the energy upconversion process as the external magnetic field is providing momentum in the direction of propagation of Bernstein mode. The polarization coupling term is identified to be the dominant upconversion factor in the plasma maser effect.     

基于介质谐振器原理的左手材料设计

本文通过对高介电常数介质基于介质谐振器理论进行分析,明确了利用高介电常数介质产生负介电常数或负磁导率的途径在于介质中产生具有Lorentz谐振形式的电磁响应的电偶极子或磁偶极子,指出了这种偶极子的产生来源于电磁波在介质中形成的驻波,而左手通带的形成正是由于电偶极子和磁偶极子之间的相互影响,破坏了驻波形成的条件所实现的. 模拟结果表明,通过将尺寸相同,介电常数不同的介质进行组合,使二者电谐振和磁谐振的频率点重合从而实现左手通带,最后利用高介电常数,低损耗的陶瓷进行样品制作并测试,测试结果证实了基于这一原理实 关键词： 全介质左手材料 介质谐振器 磁偶极子 电偶极子     

共振自聚焦理论

本文应用光学混频和自聚焦理论,研究了两束频率差等于等离子体振荡频率的激光在均匀等离子体中的共振自聚焦行为,解析地导出了非线性介电常数和共振自聚焦的阈值功率,并讨论了它对激光等离子体参数的定标关系,并且与普通的有质动力自聚焦作了比较。此外,本文还研究了偏离频率匹配条件对共振自聚焦阈值功率的影响。 关键词：     

The perpendicular permittivity of magnetized toroidal plasmas with elliptic magnetic surfaces

The Vlasov equation for charged particles is analyzed in an axially symmetric toroidal plasma configuration with an elliptic cross section of magnetic surfaces. The asymptotic solution of the Vlasov equation is found. The analytical expressions for the perpendicular component of the dielectric permittivity tensor are obtained. These expressions are used for theoretical analyses of the trapped and untrapped ion influence on the collisionless cyclotron wave dissipation. The evaluated dielectric tensor components can be used for computer calculations of the radio frequency field structure and the collisionless dissipated power related to trapped and untrapped ions in tokamak plasmas. It is shown that ion cyclotron resonance dissipation in tokamaks depends on toroidicity and ellipticity parameters and does not depend on plasma temperature. This work was supported by the State University of Rio de Janeiro (UERJ), Rio de Janeiro Research Foundation (FAPERJ) and Brazilian National Council of Research (CNPq).     

Wave dispersion, growth rates, and mode converter analysis for asheet beam, hybrid-mode Cerenkov amplifier

The hybrid-mode dispersion relation and resonant growth rates are solved for a finite-thickness sheet electron beam propagating through a rectangular guide with a thin dielectric slab. Analytic results for the growth rates, bandwidth and mode competition for an infinite magnetic field in the limit of a dilute beam are then presented. To properly couple to the desired EH₁₀ hybrid amplifier slow wave mode, the coupled waveguide mode equations are solved for a dielectric taper to accomplish the TE₁₀ to EH₁₀ mode transition. A piecewide linear taper which suppresses the competing EH₁₁ mode and other hybrid modes is developed and the overall amplifier system is discussed     

太赫兹波在磁化等离子体中传输特性

建立了电磁波穿过磁化等离子体鞘套的一维模型,并采用数值分析方法对太赫兹（THz）电磁波在磁化等离子体鞘套中传播时的反射率、透射率和衰减值进行了计算仿真,分析了磁化条件下磁场强度、太赫兹波频率、等离子体鞘套厚度、等离子体碰撞频率和等离子体密度对太赫兹波在磁化等离子体鞘套中传播特性的影响。仿真结果表明:排除衰减波峰对应的频率范围,外加磁场有效降低了太赫兹波传输的衰减,在固定磁场强度下,衰减波峰两侧的衰减值均达到了5 dB以下,有效地解决了通信黑障问题。