电磁波在等离子体波导中的非线性吸收衰减

本文研究电磁波在等离子体波导中的非线性吸收衰减。通过对同轴等离子体波导管边界条件的分析讨论,并结合了电磁波在等离子体中传播的非线性波矢,得到了电磁波传播过程中的衰减常数与相位常数。本文就衰减常数与等离子体各参数的关系进行了讨论及数值模拟,最后与只考虑线性情况的结果作了比较,结果显示非线性项所起的作用是不容忽视的。

目程术技电磁波在等离子体波导中的非线性吸收衰减张艳艳摘娶：本文研究电波在等离子体波导中磁

枣庄科技职业学院机械工程系

磁导率， W为入射电磁波频率， C为光变化的比较

的非线性吸收衰减。通过对同轴等离子体波导管速。 图2是各参数取相同时，分别在只考虑线边界条件的分析讨论，并结合了电磁波在等离子根据() ) 3式可求出衰减常数和相性情况和同时考虑非线性情况下的对比图。从 1 2和() (体中传播的非线性波矢。得到了电磁波传播过程位常数分别如下： 图中可以看出，在只考虑线性和同时考虑到非

中的表减常数与相位常数。本文就衰减常数与等离子体各参数的关系进行了讨论及数值模拟，最后与只考虑线性情况的结果作了比较，结果显示非线性项所起的作用是不容忽视的。

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关键词：等离子体波导 l非线性；吸收衰减

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线性的情况下，相同参数的等离子体对某一波的衰减程度以及最大衰减点所对应的入射波频率或碰撞频率在数值上都有所变化，并且衰减幅度的变化比较明显，所以在计算时只考虑线性项是不够准确的。 3结论本文研究了电磁波入射等离子体波导的非线性吸收衰减情况。对只考虑线性项，和同时考虑到非线性项的情况进行了对比，相同参数的等离子体对某一波的衰减程度以及最大衰减点所对应的碰撞频率在数值上有所变化，所以在实际应用中，我们可以对参数进行调整，以达到衰减最小的目的。

【中图分类号]5 9 O 30引言

[文献标识码】 A 2数值计算和讨论

等离子体波导在许多方面有着巨大的应用 潜力 E益引起人们的兴趣。它不仅可以用来传 t输电磁能量，而且是许多等离子体电子仪器的必备部件之一。一系列的研究[ 3 1 1:当等 -表明离子体填充波导后，既能极大的提高微波器件的输出功率和效率，又能降低器件的体积，重量和成本；另外还能有效地使输出功率连续可调。 本文研究电磁波入射等离子体波导所产生的非线性响应对波衰减的影响

。本文就衰减常数与等离子体各参数的关系进行了讨论及数值模拟，最后与只考虑线性情况的结果作了比图1不同等离子体频率下，衰减常数较，讨论非线性项在研究过程中所起的作用。 随等离子体碰撞频率的关系图1是衰减常数与 1模型和理论推导 t1 4本文所采用的物理模型为同轴金属波导的等离子体有效碰撞频率的关系图，入射电磁 GHz,由数字 1,3所标的，2和4横截面，内外半径分别为b,非磁化等离子波频率取为5和a GHZ 体填充在其中；r b r≥a区域为真空。假曲线所对应的等离子体频率分别取为4 , , 3 GHz GHz UGHz,2￣l。由图可知，对一定的定等离子体的磁导率为真空磁导率，考虑电磁波沿z轴方向传播。我们得到系统的色散入射电磁波频率和等离子体频率，随着碰撞频率的增加，衰减先增大后减小，最后达到一个方程[1: 5 基本不变的常数衰减峰出现在碰撞频率与入 k= T: k一 () 1其中 射电磁波频率基本相等的地方，这说明共振吸 l a 2 f+j ()收是起主要作用。还可看出，等离子体频率越参考文献： 称为衰减常数，表现了波在传播过程高，衰减常数越大，这是因为对应的等离子体【】ASKI W,M I l NS H LLER D B. 中的幅度衰减，称为相位常数，现了波在密度越大，碰撞吸收增多的缘故。 表 E e to a e i v r p g t n a m a n t l c r m gn tc wa e p o a a i i g e o on=

传播中的相位延迟。 考虑到电磁波在非磁化等离子体中传播的非线性波矢【 4】

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【】刘盛刚，L eJ祝大军.离子体 3 e K, 等波导中电磁波传输理论[.中国科学，19, J 1 962 () 4~3 3 64: 8 6 . 3

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q和 m分别为单电子的电量和质量， 是电子与中性分子的有效碰撞频率。 : l o-定义为 ( i), n- g一等离子体的角频率，为等离子体中自由电 子的电荷密度， 为真空中的介电常数，。

[宪存. 4 J电磁波在等离子体同轴波导中 的吸收衰减：【学位论文】】【. D北京理工大学：北京理工大学，20 . 0 7

【张克潜，李德杰.波与光电子学中的 5】微电磁理论【 . M】电子工业出版社，1 4 9 . 9图2线性和非线性衰减常数随碰撞频率

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