等离子体中电波传播的三波非线性效应

利用等离子体非线性效应的三波法是解决黑障问题的一种可能的解决方案。从三波非线性理论出发,详细介绍了转化效率的计算方法,进而对不同等离子体电子密度模型下的非线性效应进行分析。数值仿真结果表明：存在一个最优的信号入射角度,当信号以该角度入射时转化效率最大;等离子体厚度会对最佳入射角产生一定影响,当厚度减小时,最佳入射角变大;等离子体电子密度变化范围、厚度、入射波及泵源参数都相同时,共振点处电子密度导数值越大,非线性效应越强。     

基于Z-FDTD的THz波与等离子体相互作用

利用Z变换时域有限差分法(Z-FDTD)计算等离子体鞘层中太赫兹(THz)波的传输特性,得出太赫兹波的功率反射和透射系数在等离子鞘层中随电磁波频率的变化曲线图,分析了太赫兹波的传输特性与等离子体结构参数(鞘层厚度、碰撞频率以及电子密度)的关系,对利用太赫兹波缓解等离子体鞘层通信中出现的“黑障”现象做了探讨。结果表明：太赫兹波能改善等离子体鞘层通信,为解决“黑障”问题提供了有效途径。     

尘埃等离子体中朗缪尔波的非线性调制

研究了尘埃等离子体中尘埃声波（ＤＡＷ）和尘埃离子声波（ＤＩＡＷ）对朗缪尔波的非线性调制。在小而有限振幅极限下,得到了朗缪尔波的包络孤立子。对于朗缪尔波与尘埃声波的非线性耦合,包络孤立子存在两个速度传播区;而对于与尘埃离子声波的耦合,只有一个传播区     

太赫兹波斜入射到磁化等离子体的数值研究

针对“黑障”问题,借助于电磁波斜入射到磁化等离子体的传输模型,研究了太赫兹(THz)波在磁化、均匀等离子体中的传输特性,分析了太赫兹波在磁化等离子体中传播的反射、透射以及衰减。仿真结果表明,等离子体碰撞频率、电子密度、入射角度以及磁场强度,对衰减产生不同的影响。单纯的增加碰撞频率,衰减值呈现出先增大后减小的变化趋势;电子密度的增加,与衰减峰值的大小有关;外加磁场加入,衰减值降低。通过调节外加恒定磁场,可以有效地解决“黑障”问题。     

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。     

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。     

大尺度浅水波方程中相互调制的非线性波

基于一般的浅水波方程, 根据大尺度正压大气的特点, 得到无量纲的控制大尺度大气的动力学非线性方程组. 利用多尺度法, 由无量纲的动力学方程组导出了扰动位势的非线性控制方程. 采用椭圆方程构造该扰动位势控制方程的解, 获得了扰动位势和速度的多周期波与冲击波(爆炸波) 并存的解析解. 扰动位势的解表明经向和纬向具有不同周期和波长的周期波, 且都受纬向孤波的调制; 速度的解表明大尺度大气流动存在气旋和反气旋周期性分布的现象. 关键词： 浅水波方程 大尺度正压大气 解析解 非线性波     

时空非均匀等离子体鞘套中太赫兹波的传播特性

高超声速飞行器再入地面的过程中,其周围等离子体的电子密度是非均匀且随时间变化的.对于不同的再入高度,飞行器周围的温度和压强也会发生改变.因此,研究电磁波在时空非均匀等离子体鞘套中的传播特性意义重大.首先建立了时变非均匀的等离子体鞘套模型,然后通过经验公式得到温度、压强与碰撞频率三者的关系.采用时域有限差分方法计算了太赫兹波段中不同电子密度弛豫时间、温度、压强时的反射系数、透射系数和吸收率.研究结果表明:在太赫兹波段中,电子密度的弛豫时间越长,温度越高,压强越大,电磁波越容易穿透等离子体;弛豫时间越短,温度越低,压强越小,等离子体对电磁波吸收率的变化越明显.这些结果为解决"黑障"问题提供了理论依据.     

圆管结构中周向导波非线性效应的模式展开分析

在二阶微扰近似条件下, 采用导波模式展开分析方法研究了圆管结构中周向导波的非线性效应. 伴随基频周向导波传播所发生的二次谐波, 可视为由一系列二倍频周向导波模式叠加而成. 从动量定理出发, 结合柱坐标系下非线性应力张量及其散度的数学表达式, 针对圆管中某一基频周向导波模式, 推导出相应的二倍频应力张量及二倍频彻体驱动力的数学表达式, 建立了确定二倍频周向导波模式展开系数的控制方程, 得到了伴随基频周向导波传播所发生的二次谐波声场的形式解. 理论分析和数值计算表明, 当构成二次谐波声场的某一二倍频周向导波模式与基频周向导波的相速度匹配时, 该二倍频周向导波模式的位移振幅表现出随传播周向角积累增长的性质; 当两者的相速度失配时, 二倍频周向导波的振幅随传播周向角表现出“拍”效应.     

非线性晶体三波互作用允许参量的修正计算

采用传统级数展开方法计算晶体非线性三波互作用的允许参量,利用定义通过计算机数值模拟进行了精确计算,修正了传统计算结果,发现晶体在产生二次谐波时,在某些角度存在很宽的允许波长峰,超过传统文献值约几十倍。研究表明,在产生二次谐波时,10mm长的晶体在某些波段获得100mm以上的允许倍频带宽是可能的,并提出了移动这些宽带的方法。     

Stability problem in nonlinear wave propagation

An explicit expression for the excitation spectrum of the stationary solutions of a nonlinear wave equation is obtained. It is found that all branches of many-valued solutions of a nonlinear wave equation between the (2K+1,2K+2) turning points (branch points in the complex plane of the nonlinearity parameter) are unstable. Some parts of branches between the (2K,2K+1) turning points are also unstable. The instability of the latter is related to the possibility that pairs of complex conjugate eigenvalues cross the real axis in the κ plane. Zh. éksp. Teor. Fiz. 114, 1487–1499 (October 1998) Published in English in the original Russian journal. Reproduced here with stylistic changes by the Translation Editor.     

Asymmetric wave propagation in nonlinear systems

A mechanism for asymmetric (nonreciprocal) wave transmission is presented. As a reference system, we consider a layered nonlinear, nonmirror-symmetric model described by the one-dimensional discrete nonlinear Schr?dinger equation with spatially varying coefficients embedded in an otherwise linear lattice. We construct a class of exact extended solutions such that waves with the same frequency and incident amplitude impinging from left and right directions have very different transmission coefficients. This effect arises already for the simplest case of two nonlinear layers and is associated with the shift of nonlinear resonances. Increasing the number of layers considerably increases the complexity of the family of solutions. Finally, numerical simulations of asymmetric wave packet transmission are presented which beautifully display the rectifying effect.     

Identifying coherent structures in nonlinear wave propagation

Nonlinear wave phenomena are often characterized by the appearance of "solitary wave coherent structures" traveling at speeds determined by their amplitudes and morphologies. Assuming that time intervals exist in which these structures are essentially noninteracting, a method for identifying the number of independent features and their respective speeds is proposed and developed. The method is illustrated with a variety of increasingly realistic specific applications, beginning with a simple nonlinear but analytically tractable Gaussian model, continuing with (numerically generated) data describing multisoliton solutions to the Korteweg-de Vries equation, and concluding with (numerical) data from a realistic simulation of nonlinear wave interactions in plasma turbulence. These studies reveal both strengths and limitations of the method in its present incarnation and suggest topics for future investigations.     

Sheet excitability and nonlinear wave propagation

In the Xenopus laevis oocyte, calcium ion channels are clustered in a thin shell. Motivated by this morphology, we study a general class of reaction-diffusion systems that include most of the well-known models that support wave propagation but restricting excitability to a "sheet" of codimension 1. We find waves that undergo propagation failure with increasing diffusion coefficient and a scaling regime in which the wave speed is independent of it.     

太赫兹波在非磁化等离子体中的传输特性研究

本文对太赫兹波在非磁化等离子体中的传输特性进行了理论和实验研究,得到了非磁化等离子体中太赫兹波传输特性随太赫兹波频率、等离子体密度、碰撞频率和厚度的变化规律．发现了一些新的现象：随着太赫兹波频率增加,反射率曲线出现周期性振荡,振荡周期为0．03THz．随着太赫兹波频率增加,振荡幅度增加：随着等离子体密度增加,振荡幅度减小;随着等离子体碰撞频率增加,振荡幅度增加．反射率曲线出现振荡的原因是电磁波在z=0和z=-d界面处的多次反射所致．以激波管为实验平台进行了0．22THz太赫兹波在等离子体中传输特性的实验研究,实验结果和理论结果符合较好．理论和实验结果均表明,采用太赫兹来实现地面与飞行器之间的通信互联是解决黑障问题的可选途径之一．