Compton散射下等离子体球太赫兹散射特性

为了研究Compton散射对等离子体球太赫兹(THz)散射特性的影响,将多光子非线性Compton散射模型引入到该研究中,提出了将Compton散射作为影响等离子体球太赫兹散射的重要因素,给出了各向异性等离子体球散射场修正方程及介电常数张量、观测方位、极化状态等因素对THz波散射的影响,并进行了仿真实验。结果表明:微分散射截面随THz波频率变化近乎呈准谐振规律变化,较散射前增大了0.001;微分散射截面随观测方位和极化状态的变化较散射前增大了0.002。     

磁化冷等离子体球的瑞利散射

给出了不同坐标系中介质参数张量的变换,得到了磁化冷等离子体球电场的表达式,得出了任意各向异性目标散射场的表达式,研究了磁化冷等离子体球的微分散射截面、散射截面等的函数关系,仿真结果与有关文献一致,表明了本算法的有效性,从而为各向异性目标识别等提供理论支持。     

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。     

激光在相对论磁化等离子体中的集体散射

激光在完全电解等离子体中集体散射截面等于单个电子的汤姆逊散射截面乘以结构因子，结构因子由电子密度涨落确定。在考虑电粒子间电磁相同作用基础上，给出激光在相对论磁化等离子体中散射的结构因子谱的解析表示式。     

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．     

Compton散射下太赫兹波段介质微腔光学特性

应用Compton散射模型、1维等离子体光子晶体模型和数值计算方法,研究太赫兹波段介质微腔光学特性,给出了系统反射率、反射相移和相位穿透深度修正方程和实验验证。结果表明：与散射前相比,系统中心波长左移15 ,这是因散射使等离子体层中电子与光子碰撞频率增大效应导致系统振荡频率增大的缘故;反射相移在截止区与波长呈准线性关系,中心波长处相对 有一定偏离,这是因散射使等离子体层中电子辐射阻尼增强效应导致系统振荡频率减小的缘故;禁带区相位穿透深度增大,这是因散射与入射光形成的耦合光与入射光在禁带区的相位不同,导致入射光禁带对于耦合光产生局部失效的缘故。谐振峰左移15 ,强度提高了22倍,这是因散射产生的等离子体频率和电子辐射阻尼增大效应使系统中心波长左移,透射几率增大,从而导致透射禁带两个谐振峰左移和谐振峰强度提高的缘故。     

Compton散射下太赫兹波段介质微腔光学特性

应用Compton散射模型、1维等离子体光子晶体模型和数值计算方法,研究太赫兹波段介质微腔光学特性,给出了系统反射率、反射相移和相位穿透深度修正方程和实验验证。结果表明：与散射前相比,系统中心波长左移15 ,这是因散射使等离子体层中电子与光子碰撞频率增大效应导致系统振荡频率增大的缘故;反射相移在截止区与波长呈准线性关系,中心波长处相对 有一定偏离,这是因散射使等离子体层中电子辐射阻尼增强效应导致系统振荡频率减小的缘故;禁带区相位穿透深度增大,这是因散射与入射光形成的耦合光与入射光在禁带区的相位不同,导致入射光禁带对于耦合光产生局部失效的缘故。谐振峰左移15 ,强度提高了22倍,这是因散射产生的等离子体频率和电子辐射阻尼增大效应使系统中心波长左移,透射几率增大,从而导致透射禁带两个谐振峰左移和谐振峰强度提高的缘故。     

太赫兹波段石墨烯等离子体的增益特性

基于麦克斯韦方程组和物质本构方程对石墨烯表面等离子体进行了研究.从理论上探索了石墨烯表面等离子体激元在太赫兹波段的增益特性曲线,并且讨论了石墨烯表面等离子体增益与石墨烯中载流子浓度、石墨烯所处温度以及载流子动量弛豫时间的关系.研究结果表明:在太赫兹波段增益峰值随着石墨烯载流子浓度的增加而发生蓝移,并且在所讨论的温度范围内,由于增益峰所对应的频率都大于1 THz,因此温度的变化对增益峰值以及相应频率的影响不大,即在不同的温度下,相同载流子浓度所对应的增益曲线上峰值的位置和强度几乎相同;增益与石墨烯载流子动量弛豫时间相关,随着载流子动量弛豫时间的增加,使得激发态激励的电子增加,从而导致石墨烯表面等离子体增益变得更大,但这种动量弛豫时间的增加却因弛豫时间对受激辐射频率影响较小而并未对增益峰值位置产生影响.     

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。     

双向隐形传态方案及安全性分析

基于位函数的引入与介质参量无关,将各向异性目标内外的电场展为级数形式,得到了任意各向异性目标n阶散射场、目标内场的递推表达式,给出了介电常量张量的变换关系,在平面波任意入射的条件下,并给出了传播单位矢量与极化单位矢量的一般关系.以磁化冷等离子体为例,给出了一阶散射场的具体表达式,并对二阶散射场引起的误差进行了评估.在THz波段和光波段,对所得结果进行了部分仿真.结果表明:微分散射对电波频率和极化状态等因素的影响较为敏感,介电常量张量的非对角元素对散射的影响不大,当波长与目标尺寸一定时,仿真结果不仅适用于THz波段,对其它波段也成立.     

Collective Scattering of Electromagnetic Waves from a Relativistic Magnetized Plasma

Recently, laser and microwave scatterings have become one of the important diagnostic means for plasma. Laser and microwave correlative scattering spectrum is determined by particle-density fluctuations in a weak turbulent plasma. In a relativistic plasma, on the basis of complete electromagnetic interaction between particles, a general expression for particle density fluctuations and spectra of laser and microwave scattering from a magnetized plasma are derived. The laser and microwave scattering spectra provide information on electron density and temperature, ion temperature, resonance and nonresonance effects.     

Generation of THz Radiation from Laser Beam Filamentation in a Magnetized Plasma

The terahertz (THz) frequency radiation production as a result of nonlinear interaction of high intense laser beam with low density ripple in a magnetized plasma has been studied. If the appropriate phase matching conditions are satisfied and the frequency of the ripple is appropriate then this difference frequency can be brought in the THz range. Self focusing (filamentation) of a circularly polarized beam propagating along the direction of static magnetic field in plasma is first investigated within extended‐paraxial ray approximation. The beam gets focused when the initial power of the laser beam is greater than its critical power. Resulting localized beam couples with the pre‐existing density ripple to produce a nonlinear current driving the THz radiation. By changing the strength of the magnetic field, one can enhance or suppress the THz emission. The expressions for the laser beam width parameter, the electric field vector of the THz wave have been obtained. For typical laser beam and plasma parameters with the incident laser intensity ≈ 10¹⁴ W/cm², laser beam radius (r₀) = 50 μm, laser frequency (ω₀) = 1.8848 × 10¹⁴rad/s, electron plasma (low density rippled) wave frequency (ω₀) = 1.2848 × 10¹⁴ rad/s, plasma density (n₀) = 5.025 × 10¹⁷cm^–3, normalized ripple density amplitude (μ)=0.1, the produced THz emission can be at the level of Giga watt (GW) in power (© 2012 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

介质球的各向异性瑞利散射

基于电磁场的多尺度理论,研究了各向异性介质球内、外电场的规律,导出了各向异性目标散射场的表达式,得到了各向异性介质目标散射振幅、散射截面等的解析表达式,并对其正确性进行了检验.仿真结果表明:各向异性介质球的散射具有偶极辐射的特点,介电常量越大,产生的偶极矩也愈大,散射也越强.其结果可为各向异性目标监测、各向异性光散射研究等提供理论支持.     

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给出了不同坐标系中介质参数张量的变换,得到了磁化冷等离子体球电场的表达式,得出了任意各向异性目标散射场的表达式,研究了磁化冷等离子体球的微分散射截面、散射截面等的函数关系,仿真结果与有关文献一致,表明了本算法的有效性,从而为各向异性目标识别等提供理论支持。     

非偏振贝塞尔高斯光束的球散射

无衍射光束球散射性质的研究目前一般采用贝塞尔光束,但是贝塞尔光束在物理上是不可实现的。贝塞尔高斯光束作为近似无衍射光束,是亥姆霍兹方程在傍轴条件下的解,并且可以用激光振荡器直接产生,但其光束宽是有限的。应用傅里叶变换,平面波谱展开和球面矢量波函数展开法,推导了非偏振贝塞尔高斯光束的球散射远场的无量纲散射函数。通过数值模拟,对非偏振的贝塞尔高斯光束与贝塞尔光束,高斯光束的球散射远场进行了比较,比较发现:当球散射体偏离光轴时,非偏振贝塞尔高斯光束跟贝塞尔光束散射远场的差异主要是散射强度的差异,但是散射极点所在的方向基本保持不变;贝塞尔高斯光束和贝塞尔光束的散射在光束圆锥角方向上比较显著,但高斯光束的前向散射比较显著。     

均匀各向异性介质球散射的解析研究

将均匀各向异性介质重构为电学上的无耗各向同性介质,得到了重构目标的散射截面;进而得到了主坐标系中无耗各向异性介质球的散射截面,将介质退化到各向同性介质时,各向异性介质球的散射截面与Mie理论完全一致,验证了所得结果的正确性;仿真结果表明:散射截面正比于目标介电常数张量的元素且随入射方向的变化而变化;所得结果为复杂形体各向异性介质目标的散射评判提供了理论基础。     

Compton散射下激光等离子体界面附近电子的运动

研究了多光子非线性Compton散射下等离子体中两个不同密度区的界面附近耦合激光场中电子的运动, 导出了电子的横向动量与纵向动量相互关系的一般方程.研究发现：介质的非均匀性导致电子运动特性的重要变化,在一定的条件下,这种非均匀性有利于注入电子获得加速;散射可有效地降低弹推阈值.当耦合脉冲强度低于弹推阈值时,电子最终被脉冲超过,但无论对初始时刻静止的电子还是运动的电子,能量增益均不为0,且随注入能量的提高而迅速地增加.当耦合脉冲强度高于弹推阈值时,电子最终超过脉冲而获得很高的能量增益,其值远远高于均匀等离子体的情况.在入射相同能量的情况下,耦合光会使电子获得更高的能量增益.