Резонансное туннелирование электромагнитных волн через слой неоднородной плазмы ионосферы
Аннотация. Рассмотрены точные решения линейного уравнения Гельмгольца, описывающие безотражательное прохождение электромагнитной волны через широкий неоднородный слой плазмы с мелкомасштабными структурами ее плотности большой амплитуды. Показано, что плазменный слой может включать достаточно широкие области непрозрачности, а также субслои, в которых возникают всплески волнового поля большой амплитуды. Изменением параметров задачи можно существенно варьировать профиль неоднородности плазмы в слое с включением любого числа различных мелкомасштабных структур, областей непрозрачности и в каждом случае реализуется безотражательное прохождение падающей из вакуума электромагнитной волны через неоднородный плазменный слой. Получены профили пространственного распределения нормированной амплитуды поля электромагнитной волны, эффективной диэлектрической проницаемости плазмы, безразмерного волнового числа и неоднородного распределения плотности плазмы в слое, демонстрирующие большие вариации характеристик волны и плазменного слоя. Причины использования для данных взаимодействий точно решаемых моделей заключаются в наличии мелкомасштабных неоднородностей большой амплитуды. Точно решаемые модели представляют интерес для исследования особенностей взаимодействия электромагнитных волн с неоднородными средами, в частности, возможностей их безотражательного туннелирования через волновые барьеры. Решение и исследование точных моделей важны как для теоретического анализа возможностей туннелирования волн через протяженные, сильно неоднородные слои, так и для практических приложений, в частности, в задачах нагрева плазмы электромагнитным излучением, просветления волновых барьеров, для понимания механизмов выхода излучения от источников, находящихся в плотной плазме в астрофизике. Кроме того такие модели активно используются для исследований по повышению эффективности просветляющих и поглощающих покрытий в радиодиапазоне и разработки тонких радиопрозрачных обтекателей для антенн. Используемая в данной работе методика анализа представляет несомненный интерес также для задач согласования характеристик плазмы и падающей из вакуума электромагнитной волны, позволяющего существенно увеличить эффективность поглощения электромагнитного излучения в слоях плазменных резонансов. Анализ точно решаемых моделей позволит значительно улучшить существующие представления о пространственно-временной динамике электромагнитных полей в неоднородных диэлектрических структурах.
Slaidy.com
