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FDTD 216
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FDTD 233
11.15 三维FDTD 233
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FDTD 300
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1 379
13.2 Mark Rader实验2 382
13.3 Spencer Kuo实验 384
13.4 Mori和Joshi实验 385
第14章 习题 386