等離子體中太赫茲波傳輸特性理論研究.pdf

1、電磁波在等離子體中傳播的基本理論框架已經(jīng)被建立，并被很好的應(yīng)用于微波和等離子體相互作用的模擬和實(shí)驗(yàn)中。與此同時，激光和等離子體相互作用的各種理論和實(shí)驗(yàn)也被大量報道。但是在微波和激光之間的太赫茲波(THz)，由于長期以來缺少有效產(chǎn)生和探測手段，被稱為電磁波譜的“太赫茲空白”(THz-Gap)。近年來太赫茲波源和探測技術(shù)長足發(fā)展，為研究和應(yīng)用太赫茲波提供了巨大的機(jī)遇。其中太赫茲波在等離子體中傳輸蘊(yùn)含著豐富的物理現(xiàn)象，有著廣泛的應(yīng)用前景。但是

2、至今為止，明確針對太赫茲波和等離子體相互作用的文獻(xiàn)資料很少，且大都是對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)描述和簡單理論解釋，缺少系統(tǒng)理論計(jì)算和分析?；诖?，本文以太赫茲波在等離子體中傳輸為主題，通過建立模型，分析太赫茲波在冷等離子體、熱等離子體以及微等離子體中傳輸特性。
　　針對實(shí)際應(yīng)用，建立模型并總結(jié)理論計(jì)算方法，以三層等離子體結(jié)構(gòu)為例，建立電磁波在等離子體中傳輸?shù)膶?shí)際應(yīng)用模型，進(jìn)行數(shù)值模擬，分析等離子體厚度和鞘層對電磁波傳輸?shù)挠绊?，討論設(shè)計(jì)等離子體吸波

3、體應(yīng)該遵循的規(guī)律，進(jìn)一步研究了太赫茲波在各種類型等離子體中的傳輸。
　　首先研究了冷等離子體中太赫茲波傳輸特性。利用冷等離子體模型計(jì)算太赫茲波在等離子體中的吸收，計(jì)算結(jié)果與其它研究小組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較相符。非磁化冷等離子體與太赫茲波作用的模擬結(jié)果表明，等離子體的參數(shù)對波的傳播影響很大，波頻率和等離子體參數(shù)滿足一定的匹配關(guān)系時，出現(xiàn)強(qiáng)吸收。同時發(fā)現(xiàn)太赫茲波可以穿透電子密度高達(dá)1022 m-3的碰撞等離子體。通過數(shù)值計(jì)算太赫茲波在磁化冷

4、等離子中的傳輸，表明磁化冷等離子中太赫茲波的吸收存在兩種機(jī)理：碰撞吸收和電子回旋共振吸收。
　　其次，研究了熱等離子體中太赫茲波的傳輸特性。通過引入熱等離子體的色散關(guān)系，利用FDTD方法計(jì)算了非磁化熱等離子體中的傳輸特性，結(jié)果表明溫度因子可以引起等離子體太赫茲波性質(zhì)的變化。通過對磁化熱等離子體中太赫茲波吸收特性的研究，發(fā)現(xiàn)高溫磁化等離子體中的一些新的太赫茲特性，如：零吸收和負(fù)吸收等現(xiàn)象。
　　再次，研究了微等離子體中太赫茲波

5、傳輸特性。通過對微等離子體參數(shù)的分析研究發(fā)現(xiàn)微等離子體具有豐富的太赫茲特性。通過改進(jìn)的Drude模型來描述等離子體的色散關(guān)系，并研究微等離子體的尺寸和外層介質(zhì)材料對太赫茲波的調(diào)制作用。周期性微等離子體中太赫茲波傳輸特性的研究發(fā)現(xiàn)，周期性的微等離子體對入射太赫茲波產(chǎn)生近似周期性的調(diào)制。
　　綜上所述，本文系統(tǒng)的研究太赫茲波在常見等離子體中的傳輸，分析等離子體參數(shù)對太赫茲波傳輸影響。研究結(jié)果表明太赫茲波可在高密度、高溫、磁化等離子體中