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概述1

0.1 引言1

0.2 介质特性中瞬时不连续性引起的频率改变2

0.3 时变等离子体介质3

0.4 无界等离子体介质的瞬间产生5

0.5 时变等离子板7

0.6 应用8

0.7 时变磁等离子体介质8

0.8 本书第三部分概述16

0.9 第四部分概述17

0.10 结论17

第一部分 理论：时变磁等离子体介质中电磁波的变换19

第1章 各向同性等离子体：色散介质19

1.1 引言19

1.2 冷各向同性等离子体的基本场方程19

1.3 一维方程21

1.4 简化求解的近似22

1.5 色散介质24

第2章 空变时不变各向同性介质26

2.1 基本方程26

2.2 电介质—电介质空间边界28

2.3 通过等离子体半空间的反射31

2.4 等离子体板的反射32

2.5 非均匀等离子体板的问题39

第3章 时变空不变各向同性等离子体介质47

3.1 基本方程47

3.2 突然生成的无界等离子体介质的反射48

3.3 ω-κ图和摆动磁场51

3.4 功率和能量的考虑52

3.5 源于阶跃时变的微扰53

3.6 瞬时-相异等离子体介质的因果格林函数55

3.7 一般时变的传输和反射系数57

3.8 线性时变的传输和反射系数58

3.9 与精确解比较验证扰动解59

3.10 驼峰时变60

3.11 一致性比较63

第4章 突然产生的半空间等离子体：A波和B波65

4.1 引言65

4.2 稳态解65

4.3 瞬态解70

第5章 突然产生的等离子体平板：B波脉冲75

5.1 引言75

5.2 问题的导出75

5.3 瞬态解77

5.4 退化情况79

5.5 稳态解的一个分量80

5.6 数值结果81

第6章 磁等离子体介质：左旋、右旋、寻常和非常波85

6.1 引言85

6.2 冷各向异性等离子体介质的基本场方程85

6.3 一维方程：纵向传播：左旋与右旋波86

6.4 一维方程：横向传播：O波89

6.5 一维解：横向传播：X波90

6.6 有耗磁等离子体介质的电介质张量93

6.7 周期分层的磁等离子体94

6.8 表面磁等离子体94

6.9 周期介质中的表面磁等离子体94

第7章 突然产生的磁等离子体介质96

7.1 引言96

7.2 一维方程：纵向传播96

7.3 磁等离子体介质的突然产生：纵向传播97

7.4 数值结果：纵向传播102

7.5 阻尼率：纵向传播108

7.6 磁等离子体介质的突然生成：横向传播：X波108

7.7 补充的数值结果108

7.8 磁等离子体介质的突然产生：任意方向的静态磁场112

7.9 低频波的频移112

第8章 磁化时变等离子体中的纵向传播114

8.1 引言114

8.2 阶跃时变的扰动115

8.3 瞬时—相异磁化等离子体介质的因果格林函数117

8.4 一般变化的散射系数120

8.5 线性变化的散射系数120

8.6 数值结果122

8.7 摆动磁场123

8.8 E-公式124

8.9 小结124

第9章 瞬态磁等离子体中MSW的绝热分析126

9.1 前言126

9.2 R波的绝热分析126

9.3 缓慢形成的等离子体对波源的修正128

9.4 消失的等离子体介质产生的哨声波的修正129

9.5 消失的等离子体的另一模型130

9.6 消失的磁场对哨声波的修正132

9.7 X波的绝热分析132

第10章 其他相关论题133

10.1 引言133

10.2 原理性实验证明133

10.3 运动电离波前133

10.4 时域有限差分法135

10.5 洛伦兹介质136

10.6 非常波的模式转换136

10.7 频移的研究现状138

10.8 手征介质：右旋和左旋波139

10.9 孤立子140

10.10 天体物理学应用140

10.11 虚拟光电导性140

附录A 时变等离子体介质的本构关系143

附录B 突然产生的磁等离子体介质中波的阻尼率：纵向传播146

B.1 引言146

B.2 新波的频率和速度147

B.3 新波的阻尼率149

B.4 数值结果150

B.5 建议的实验151

B.6 结论152

附录C 时变磁等离子体介质中波的传播：横向传播153

C.1 引言153

C.2 新波的频率和功率容量154

C.3 新波的阻尼率159

C.4 磁等离子体半空间：稳态解160

C.5 磁等离子体半空间：瞬态解162

C.6 数值结果和讨论164

C.7 结论167

附录D 用磁等离子体实现频移：瞬间电离169

D.1 引言169

D.2 突然产生的无界磁等离子体介质中波的传播170

D.3 左旋波和右旋波171

D.4 非常波173

D.5 不同波的频移特性173

附录E 消失等离子体介质产生的频率上移伴随功率增强的哨声波179

E.1 引言179

E.2 突然消失179

E.3 慢速衰减182

E.4 说明性例子184

E.5 结论185

附录F 哨声波转换为可控的螺旋摆动磁场187

F.1 引言187

F.2 公式188

F.3 静态磁场的突然消失188

F.4 Bs的慢速衰减191

F.5 说明性例子193

F.6 结论195

附录G 突然产生的磁等离子体介质对单色脉冲持续时间的影响196

G.1 引言196

G.2 对单色波的影响：综述196

G.3 对单色脉冲持续时间的影响198

G.4 数值结果和讨论200

G.5 致谢202

附录H 突然产生的时变磁等离子体介质对电磁波的改变：横向传播204

H.1 引言204

H.2 横向传播204

H.3 图解说明和结果210

H.4 结论214

第二部分 数值仿真：时变介质的FDTD216

第11章 时域有限差分法216

11.1 空气传输线216

11.2 FDTD解217

11.3 数值色散221

11.4 稳定度的限制和库朗条件223

11.5 开放边界224

11.6 激励源224

11.7 频率响应225

11.8 非均匀、非色散介质中的波：FDTD解226

11.9 非均匀、色散介质中的波228

11.10 Debye材料中的波：FDTD解231

11.11 总场和散射场的公式232

11.12 理想匹配层：网格截断232

11.13 指数时间步进算法232

11.14 适用于磁等离子体的FDTD233

11.15 三维FDTD233

附录Ⅰ 电磁脉冲与突然产生的等离子体板相互作用的FDTD仿真235

I.1 引言235

I.2 FDTD方程的导出236

I.3 突然产生的等离子板与连续波的相互作用239

I.4 突然产生的等离子体与脉冲波的相互作用240

附录J 动态磁等离子体中 EMW变换的FDTD仿真246

J.1 引言246

J.2 一维FDTD算法246

J.3 FDTD仿真实例248

J.4 结论263

J.A 附录：使用SRM的频谱估计264

附录K 动态非均匀磁等离子体中电磁波传播的三维FDTD仿真268

K.1 引言268

K.2 三维FDTD算法268

K.3 算法的有效性273

K.4 对于动态介质，新FDTD算法的说明例子275

K.5 结论276

第三部分 应用：频率和极化变换器——腔体中的转变介质278

第12章 腔体中的时变介质和开关角的影响278

12.1 引言278

12.2 腔体中突然产生的等离子体和开关角278

12.3 任意空间和时间变化的有耗等离子体密度分布的FDTD法280

12.4 突然产生磁等离子体：纵向模式280

12.5 突然产生的磁等离子体介质：非常波283

12.6 通过破坏电离使磁等离子体消失：哨声源波284

12.7 通过切断背景磁场转变磁等离子体：哨声源波285

附录L 腔体中等离子体引起的摆动磁场289

L.1 引言289

L.2 腔体中等离子体的瞬间产生289

L.3 结论和未来工作299

附录M 腔体中等离子体引起的摆动磁场：Ⅱ—突然产生有耗等离子体的FDTD300

M.1 引言300

M.2 算法300

M.3 结果和观察报告304

M.4 结论314

附录N 频率和极化变换：纵向模式315

N.1 介绍315

N.2 理论推导315

N.3 结果320

N.4 时域有限差分法326

N.5 结论333

附录O 频率和极化变换器：横向模式—Ⅰ零上升时间334

O.1 引言334

O.2 理论推导335

O.3 说明性结果339

O.4 纵向模式和横向模式的对比345

O.5 结论345

O.A附录346

附录P 频率和极化变换器：横向模式—Ⅰ有限上升时间350

P.1 引言350

P.2 FDTD求解的公式352

P.3 说明性结果354

P.4 结论358

附录Q 腔体中等离子体消失引起的哨声波频率变换：FDTD解360

Q.1 引言360

Q.2 问题的简述362

Q.3 FDTD解363

Q.4 结果364

Q.5 更高的频率上移率369

Q.6 与理想模型的差异和结果370

Q.7 结束语374

Q.A附录374

第四部分 实验379

第13章 实验379

13.1 Mark Rader实验1379

13.2 Mark Rader实验2382

13.3 Spencer Kuo实验384

13.4 Mori和Joshi实验385

第14章 习题386