THz波在不同角度磁化的非均匀磁化等离子体中的传输特性分析

为利用太赫兹波解决飞行器再入过程遇到的黑障问题,以散射矩阵方法为基础,分别以非均匀磁化等离子体的磁化方向、电子密度、外加磁场强度和碰撞频率为变量,研究了垂直入射情形下它们对太赫兹波传输行为的影响.结果表明:这些参数对太赫兹波传输性能影响明显,例如按某一方向改变磁化角度对左极化和右极化太赫兹波的传输功率有相反的影响;...     

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.     

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．     

磁化非均匀等离子体中模转换机制对电磁波吸收的数值研究

用数值方法研究磁化非均匀等离子体(磁场与密度梯度垂直)中模转换机制对p极化电磁波的吸收效应,重点考虑磁场对吸收率的影响,结果表明:与非磁化等离子体相比,磁场的加入使得吸收率曲线相对入射角的分布发生小的偏移,吸收率为零的位置不是发生在零度入射(即垂直入射)时.而是在一个负的入射角位置,垂直入射时有不为零的吸收率,且正角度范围与负角度范围的峰值吸收率不相等,磁场提高了正入射角范围内的峰值吸收率而降低了负角度范围内的峰值吸收率(或反过来,这取决于磁场方向).     

电子非广延分布的多离子磁化等离子体鞘层特性

等离子体磁化鞘层在半导体加工、材料表面改性、薄膜沉积等方面都发挥着重要作用.在等离子体实验和放电应用中,常存在由两种以上离子组成的多离子等离子体;对于长程相互作用的等离子体系统,非麦克斯韦分布的电子可通过Tsallis的非广延分布来描述.本文针对多离子等离子体鞘层建立一维空间坐标三维速度坐标的流体模型,假设鞘层中电子速度服从非广延分布,本底氦离子和不同种类的杂质离子在有一定倾斜角度的磁场中被磁化,通过数值模拟探究了非广延参量、杂质离子及斜磁场对多离子磁鞘中离子的数密度、速度、壁面电势和离子动能等物理量的影响.结果表明,在氦氢或氦氩混合等离子体鞘层中,随着非广延参量增大,离子沿垂直壁方向的速度减小,鞘层中离子、电子数密度均减小,鞘层厚度减小,壁面处离子动能减小;当杂质离子浓度增大时,壁面处离子动能与离子种类无关.随着磁场强度的增大,氦离子数密度和沿垂直壁方向的速度在鞘边出现起伏,且波动幅度随着非广延参量的减小而增大,而重离子则无明显的波动.此外,还分析了杂质离子种类和浓度对鞘层相关特性的影响.     

磁化等离子体的鞘层结构

采用流体方法数值研究了斜磁场作用下的等离子体鞘层结构.模拟结果显示磁场对鞘层结构有显著的影响,特别是在磁鞘边界附近离子的密度分布产生了明显的变化.分别讨论了离子垂直入射和斜入射两种情况,当离子斜入射进鞘层时,其运动情况要相对复杂一些.在适当的条件下,洛伦兹力的作用使离子在某些区域产生相对聚集,离子密度分布产生波动. 关键词： 鞘层 等离子体 磁场     

电磁波与非磁化等离子体的相互作用

研究了频率为0．5-10HGz的电磁波在非磁化等离子体中的传播。在厚度为10cm的、密度n=10^10或10^11cm^-3的均匀和密度分布n=n0exp[2(z/d-1)]非均匀的等离子体中，计算了等离子体中的电子与中性气体的碰撞频率为0．1-10GHz间的电磁波的反射功率，吸收功率 透射功率的变化。结果表明当等离子体密度比较大（n=10^11cm^-3)、电子与中性气体的碰撞频率比较大时，无论是均匀还是非均匀等离子体对电磁波能量的吸收都比较大，最大可达90％。     

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。     

太赫兹波在飞行器等离子体鞘套中的传输特性

针对临近空间飞行器的黑障问题,根据模拟的RAM C-III飞行器周围的流场分布结果,计算了等离子体电子密度和碰撞频率,并根据其分布建立了非均匀的等离子体模型。在此基础上,利用散射矩阵方法分析了太赫兹波在等离子体中的传输特性随着等离子体密度、等离子体厚度、等离子体碰撞频率的变化以及外加磁场对传输特性的影响。结果表明,太赫兹波的传输损耗随着等离子体电子密度和等离子体厚度的增加而增加,而碰撞频率的增加会使得透射率先减小后增加。在外加磁场的作用下,左旋太赫兹波的传输特性会得到改善;而对于右旋太赫兹波,磁场的施加会引入吸收峰,并且随着磁感应强度的增加向高频方向移动。     

电磁波在非均匀等离子体中的吸收

研究了电磁波在非均匀碰撞等离子体中的传播和吸收,提出了一种计算电磁波在非均匀等离子体层中反射和透射功率的模型。对几种典型的非均匀密度剖面,计算了在不同的碰撞频率和层边缘密度下电磁波衰减率与电磁波频率的关系,结果表明,对于给定的密度剖面和有效吸收频宽,存在一个最佳的磁撞频率。     

可见光条纹相机可靠性实验研究

基于晨光号X光机开展了可见光条纹相机在复杂的辐射/电磁环境中的可靠性实验研究。利用序列脉冲激光的成像状态表征条纹相机的扫描状态,采取了不同的辐射/电磁防护措施,研究其对扫描状态的影响。实验研究获得了该类相机在此类复杂环境中正常工作的防护方法,主要包括增强辐射屏蔽使条纹相机附近的单发次等效空气吸收剂量不超过6μGy、减少相机机壳的缝隙、采取光电隔离的触发方式等。     

电负性等离子体磁鞘的玻姆判据

采用流体模型研究了电负性等离子体磁鞘的玻姆判据,讨论了负离子以及磁场对鞘层玻姆判据的 影响.研究结果表明:负离子的存在促进离子进入鞘层;而磁场强度、角度以及离子进入鞘层的状态将共同决定 离子马赫数的取值.     

具有非广延分布电子的碰撞等离子体磁鞘的结构

很多关于等离子体鞘层的研究工作都是基于电子满足经典的麦克斯韦速度分布函数,而等离子体中的粒子具有长程电磁相互作用,使用Tsallis提出的非广延分布来描述电子更为恰当.本文建立一个具有非广延分布电子的碰撞等离子体磁鞘模型,理论推导出受非广延参数q影响的玻姆判据,离子马赫数的下限数值会随着参数q的增大而减小.经过数值模拟,发现与具有麦克斯韦分布(q=1)电子的碰撞等离子体磁鞘对比,具有超广延分布(q<1)和亚广延分布(q>1)电子的碰撞等离子体磁鞘的结构各有不同,包括空间电势分布、离子电子密度分布、空间电荷密度分布.模拟结果显示非广延分布的参数q对碰撞等离子体磁鞘的结构具有不可忽略的影响.希望这些结论对相关的天体物理、等离子体边界问题的研究有参考价值.     

一种适于1维磁等离子体电磁波传输特性的FDTD分析

提出了一个新的分析各向异性磁等离子体中电磁波传输特性的时域有限差分（FDTD）方法。该方法是将电流密度矢量与电场强度矢量之间的本构方程基于拉普拉斯变换原理转到复频域,然后再逆变换到时域得到它们之间显式的方程,最后再结合指数差分,得到离散时域的显式的FDTD迭代方程,解决了本构方程中电流密度矢量的分量相互耦合而不易直接离散的困难。该方法在数学上具有简单明了和易于计算的特点,同时通过该方法计算各向异性等离子体板的电磁波反射和透射系数,与其解析解进行比较,结果表明了该方法的准确性和有效性。     

均匀磁化等离子体与雷达波相互作用的数值分析

采用平板几何对不同磁场强度下等离子体对电磁波的吸收、反射和透射特性进行了数值分析.结果表明,不同磁场可以显著改变等离子体对不同频率的雷达波的吸收和反射特性.当雷达波频率接近等离子体高混杂频率时,磁化等离子体将对该波产生强的共振吸收,带宽在2GHz左右,吸收比可达90%以上.因此,通过适当调整磁场强度、等离子体密度和碰撞频率,可实现较宽雷达波段的等离子体隐身 关键词： 电磁波 磁化等离子体 共振吸收 等离子体隐身     

Ion cyclotron electrostatic waves in a low-temeprature low-density magnetized plasma

Summary The electrostatic dispersion relation for a low-temperature, low-density magnetized plasma has been studied in the range of the ion cyclotron frequency and its first harmonics. The presence of a forward wave and of an infinite number of backward waves has been shown. The characteristics of propagation of these modes and the possibility of conversion are analysed.

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Riassunto Viene studiata la relazione di dispersione elettrostatica relativa ad un plasma magnetizzato di bassa densità e di bassa temperatura nel campo della frequenza ciclotronica ionica e delle sue prime armoniche. Si mostra la presenza di un unico modo forward e di un insieme infinito di modi backward. Si analizzano le caratteristiche di propagazione di queste onde e la possibilità di conversioni tra di esse.

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Резюме Исследуется электростатическое дисперсионное соотношение для намагниченной плазмы с низкой температурой и низкой плотностью в области ионной циклотронной частоты и ее первой гармоники. Показывается наличие единственной моды в направлении вперед и бесконечного числа волн в обратном направлении. Анализируются характеристики распространения этих мод и возможность конверсии.