Научное направление : Фундаментальные результаты в области теоретической и математической физики

Цикл работ: «Безотражательное туненлирование волн в плазме»

ГЕНЕРАЦИЯ СИЛЬНЫХ ВСПЛЕСКОВ ПОЛЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ВОЛНЫ ПРИ БЕЗОТРАЖАТЕЛЬНОМ ПРОСВЕТЛЕНИИ СЛОЯ НЕОДНОРОДНОЙ СРЕДЫ

Н. С. Ерохин , академик В. Е. Захаров

ДАН, 2011, т.439, № 2, с.180-183.

БЕЗОТРАЖАТЕЛЬНОЕ ПРОХОЖДЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ВОЛНЫ ЧЕРЕЗ

НЕОДНОРОДНЫЕ ПЛАЗМЕННЫЕ СЛОИ.

Н. С. Ерохин , академик В. Е. Захаров

Физика плазмы, 2011, т.37, № 9, с. 818-823.

Аннотация. На основе точно решаемой модели уравнения Гельмгольца рассмотрено безотражательное прохождение поперечной электромагнитной волны через неоднородную плазму, содержащую мелкомасштабные (субволновые) структуры большой амплитуды (включая области непрозрачности), для описания которых использование приближенных методов некорректно. Точное решение этого уравнения представлено в форме ВКБ. На основе численных расчетов исследована указана возможность возникновения в некоторых слоях плазмы сильных всплесков волнового поля при безотражательном распространении электромагнитной волны. Пространст-венный профиль неоднородности характеризуется рядом свободных параметров, определяющих, глубину модуляции диэлектрической проницаемости, характерные размеры структур, их количество, толщину области неоднородной плазмы и др. Показано, что набор этих структур плотности плазмы может быть весьма разнообразным при реализации, в частности, безотражательного прохождения через слой падающей из вакуума волны (просветление волнового барьера). При учете кубической нелинейности возможно и точное решение одномерной задачи о нелинейном просветлении неоднородной плазмы. Важно подчеркнуть, что связь амплитуды поля электромагнитной волны с эффективной диэлектрической проницаемостью e_ef(x) описывается нелинейным дифференциальным уравнением и при безотражательном распространении через плазму реализуется эффект сильной пространственной дисперсии e_ef(x), обусловленной присутствием в среде субволновых структур большой амплитуды (на графике наблюдаются узкие максимумы или минимумы e_ef(x),, локализованные в субволновых слоях плазмы, неоднородной вдоль оси х). В то же время, как показали расчеты, профиль волнового вектора k_х(x) может быть достаточно гладким и иметь в основном крупномасштабные вариации.

Необходимо отметить, что рассматриваемые точно решаемые модели могут выявлять новые особенности в динамике колебаний и в распространении волн в сильно неоднородной плазме, а также демонстрировать интересные возможности практических приложений при контролируемых изменениях параметров среды, например, может реализоваться выход электромагнитного излучения от источников, расположенных глубоко в закритической плазме (плотность плазмы существенно выше критического значения). Изучаемый эффект аномального туннелирования электромагнитных волн через градиентные барьеры представляет большой интерес, например, для просветления волновых барьеров в лабораторной и космической плазме, для нагрева плотной плазмы электромагнитным излучением, передачи радиосигналов со спускаемых космических аппаратов при их входе в верхнюю атмосферу и др.