高功率微波在等离子体中的非线性效应

论文摘要

随着微波功率的提高,许多非线形效应会在微波-等离子体互作用中出现,这些新的现象与变化势必会对等离子体填充高功率微波器件产生影响,输出功率、带宽、引导磁场都会随之产生变化。但是该领域的理论研究在国际上研究较少,因此,研究微波-等离子体非线形互作用尤其是高功率微波在等离子体填充波导中的非线性效应有着很大的理论与应用价值。本论文结合等离子体微波电子学的线性理论与非线性理论,对微波在等离子体填充波导中传播的非线性效应进行了理论推导和分析,并对部分非线性现象进行了的理论分析、数值计算和粒子模拟,主要内容为:1.分析推导了高功率微波在等离子体中传播的非线性理论以及在高功率微波影响下等离子体的介电系数。2.推导了高功率微波对等离子体的有质动力的表达式,得出了自洽的非线性方程组,并对等离子体填充波导中的传播特性进行了理论分析,数值计算和粒子模拟。3.推导了等离子体填充波导中高功率微波的非线性波动方程,并籍此研究了等离子体填充波导中高功率微波的谐波产生和受激拉曼散射。

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 等离子体填充高功率微波器件研究背景[13]
• 1.3 等离子体与电磁波非线性互作用研究背景[14]-[23]
• 1.4 问题的提出
• 1.5 本文的主要工作与创新
• 第二章 高功率微波在等离子体中传播以及与等离子体互作用的基本理论
• 2.1 高功率微波在等离子体中的流体理论
• 2.2 等离子体的介电特性
• 第三章 高功率微波在轴向磁化等离子体填充波导中传播的有质动力效应
• 3.1 有质动力
• 3.2 传播特性分析
• 3.3 特例分析
• 0=0，ω_c=0）'>3.3.1 无磁场（B₀=0，ω_c=0）
• 0=∞）'>3.3.2 无限大磁场（B₀=∞）
• c）'>3.3.3 回旋共振（ECR，ω→ω_c）
• 2=ζ²）'>3.3.4 谐振点（1-τ²=ζ²）
• 3.4 色散关系
• 3.5 数值计算
• 3.5.1 场分布特性
• 3.5.2 色散关系
• 3.5.3 排空电场强度
• 3.6 粒子模拟
• 3.7 小结
• 第四章 等离子体中高功率微波的谐波产生和受激拉曼散射
• 4.1 非线性波动方程
• 4.2 高功率微波在等离子体传播过程中的谐波产生
• 4.2.1 理论分析
• 4.2.2 数值计算
• 4.3 高功率微波在等离子体中的受激散射
• 第五章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 作者攻硕期间取得的研究成果