Известия Саратовского университета.

Новая серия. Серия Физика

ISSN 1817-3020 (Print)
ISSN 2542-193X (Online)

Для цитирования:

Давидович М. В. Нелинейное туннелирование электромагнитной волны через слой плазмы // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Физика. 2021. Т. 21, вып. 2. С. 116-132. DOI: 10.18500/1817-3020-2021-21-2-116-132, EDN: BQCMND

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Опубликована онлайн: 
31.05.2021
Полный текст в формате PDF(Ru):
скачать
(загрузок: 419)
Язык публикации: 
русский
Рубрика: 
Радиофизика, электроника, акустика
Тип статьи: 
Научная статья
УДК: 
537.8:537.9:621.371
DOI: 
10.18500/1817-3020-2021-21-2-116-132
EDN: 
BQCMND

Нелинейное туннелирование электромагнитной волны через слой плазмы

Авторы: 
Давидович Михаил Владимирович, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского
Аннотация: 

Рассмотрено распространение сильной плоской электромагнитной волны из вакуума через ограниченный слой холодной плазмы с учетом нелинейности в условиях туннелирования и прозрачности. Нелинейность учтена феноменологически как зависимость плазменной частоты и частоты столкновений от усредненного за период квадрата поля, т.е. переданная электронам энергия поля расходуется только на ионизацию. Получены связанные стационарные нелинейные интегральные уравнения для гармоник поля, а также нелинейное интегральное уравнение нестационарного процесса. Определены скорость и время туннелирования в линейном и нелинейном случаях и коэффициент генерации третьей гармоники. Показано, что туннелирование занимает больше времени, чем прохождение прозрачного слоя, а нелинейное туннелирование более длительное, чем линейное.

Ключевые слова: 
плазма
время туннелирования
нелинейная электромагнитная волна
парадокс Хартмана
энергетическая скорость.
Благодарности: 
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект No 16-19-10033) и Государственного задания Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (проект No FSRR-2020-0004).
Список источников: 
  1. Басс Ф. Г., ГуревичЮ. Г. Горячие электроны и сильные электромагнитные волны в плазме полупроводников и газового разряда. М. : Наука, 1975. 400 с.
  2. Ахиезер А. И., Ахиезер И. А., Половин Р. В., Ситенко А. Г., Степанов К. Н. Электродинамика плазмы. М. : Наука, 1974. 719 с.
  3. Гинзбург В. Л. Распространение электромагнитных волн в плазме. М. : Физматгиз, 1960. 552 с.
  4. Гуревич А. В., Шварцбург А. Б. Нелинейная теория распространения радиоволн в ионосфере. М. : Физматгиз, 1973. 272 с.
  5. Гершман Б. Н. Динамика ионосферной плазмы. М. : Наука, 1974. 257 с.
  6. Басс Ф. Г. Кинетическая теория распространения сильных электромагнитных волн в полупроводниках и в плазме // ЖЭТФ. 1964. Т. 47. С. 1322‒1341.
  7. Басс Ф. Г., Гуревич Ю. Г., Квимсадзе М. В. Распространение сильной электромагнитной волны в двухкомпонентной плазме // ЖЭТФ. 1971. Т. 60, No 8. С. 632‒342.
  8. Sodha M. S., Kaw P. K. Third Harmonic of Current Density in a Plasma // Phys. Fluids. 1965. Vol. 8. P. 1402‒1404. DOI: 10.1063/1.1761423
  9. Jancel R. Analysus of non-linear wave phenomena in weakly dissioative plasmas // Acta Physic Academiae Scientiarum Hungaricae. 1976. Vol. 40, No 3. P. 177‒209.
  10. Каплан А. E. Теория гистерезисного отражения и преломления света границей нелинейной среды // ЖЭТФ. 1977. Т. 72, No 5. С. 1710‒1726.
  11. Бутылкин B. C., Каплан А. Е., Хронопуло Ю. Г. Нелинейная поляризуемость при резонансном взаимодействии электромагнитного поля с веществом // ЖЭТФ. 1971. Т. 59, No 3. С. 921‒933.
  12. Бутылкин B. C., Каплан А. Е. Хронопуло Ю. Г. Особенности самовоздействия света в поглощающих средах и условия наблюдения самофокусировки, вызванной резонансным поглощением // ЖЭТФ. 1971. Т. 61, No 2. С. 520‒533.
  13. Каплан А. Е. Точная теория релаксации двухуровневых систем в сильном немонохроматическом поле // ЖЭТФ. 1973. Т. 65, No 4. С. 1416‒1430.
  14. Каплан А. Е. Динамика двухуровневой системы в сильном резонансном поле с переменной частотой и амплитудой // ЖЭТФ. 1975. Т. 68, No 3. С. 823‒833.
  15. Каплан А. Е. Двухуровневая система в поле мощного импульса произвольной длительности // Квантовая электроника. 1976. Т. 3, No 6. С. 1342‒1344.
  16. Козлов С. А., Сазонов С. В. Нелинейное распространение импульсов длительностью в несколько колебаний светового поля в диэлектрических средах // ЖЭТФ. 1997. Т. 111, No 2. С. 404‒418.
  17. Келдыш Л. В.Диаграммная техника для неравновесных процессов // ЖЭТФ. 1964. Т. 47, No 10. С. 1515‒1527.
  18. Ахиезер А. И., Ахиезер И. А. Электромагнетизм и электромагнитные волны. М. : Высшая школа, 1985. 504 с.
  19. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Электродинамика сплошных сред. М. : Наука, 1982. 620 с.
  20. Давидович М. В. О плотности электромагнитной энергии и ее скорости в среде с аномальной положительной дисперсией // Письма в ЖТФ. 2006. Т. 32, вып. 22. С. 53‒63.
  21. Хургин Я. И., Яковлев В. П. Финитные функции в физике и технике. М. : Наука, 1971. 408 с.
  22. Халфин Л. А. Квантовая теория рассеяния волновых пакетов, принцип причинности и сверхсветовое туннелирование // УФН. 1996. Т. 166, No 6. С. 688–690.
  23. Вайнштейн Л. А., Вакман Д. Е. Разделение частот в теории колебаний и волн. М. : Наука, 1983. 288 с.
  24. Стрелков Г. М. Сложный радиосигнал в ионосферной плазме // Радиотехника и электроника. 2008. Т. 53, No 9. С. 1034‒1043.
  25. Давидович М. В., Стефюк Ю. В. Нелинейное прохождение электромагнитной волны через слой с квадратичной и дробно-полиномиальной зависимостями диэлектрической проницаемости // Известия вузов. ПНД. 2010. Т. 18, No 3. С. 160‒177.
  26. Давидович М. В., Алексутова С. В., Шилин И. В., Борисов В. С. Дифракция плоской электромагнитной волны на нелинейном диэлектрическом слое // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Физика. 2007. Т. 7, вып. 1. С. 32‒40.
  27. Давидович М. В. О парадоксе Хартмана, туннелировании электромагнитных волн и сверхсветовых скоростях (отклик на статью Шварцбурга А. Б. «Туннелирование электромагнитных волн – парадоксы и перспективы») // УФН. 2009. Т. 179, No 4. C. 443‒446. DOI: 10.3367/UFNr.0179.200904o.0443
  28. Давидович М. В. О временах и скоростях нестационарного квантового и электромагнитного туннелирования // ЖЭТФ. 2020. Т. 157, No 1. С. 44–62. DOI: 10.31857/S0044451020010058
  29. Давидович М. В. Скорость переноса энергии плоской монохроматической электромагнитной волной через слой вещества // Вестник Самарского государственного технического университета. Серия «Физико-математические науки». 2020. Т. 24, No 1. C. 22‒40.
  30. Hartman T. E. Tunneling of a Wave Packet // J. Appl. Phys. 1962. Vol. 33, No 12. P. 3427‒3433. http://dx.doi.org/10.1063/1.1702424
  31. Шварцбург А. Б. Туннелирование электромагнитных волн ‒ парадоксы и перспективы // УФН. 2007. Т. 177, No 1. С. 43–58.
  32. Steinberg A. M. Conditional probabilities in quantum theory and the tunneling-time controversy // Phys. Rev. 1995. Vol. A52, No 1. P. 32‒42. DOI: 10.1103/PhysRevA.52.32
  33. Chiao R. Y., Kozhekin A. E., Kurizki G. Tachyonlike excitations in inverted two-level media // Phys. Rev. Lett. 1996. Vol. 77. P. 1254‒1257.
Поступила в редакцию: 
29.07.2020
Принята к публикации: 
14.01.2021
Опубликована: 
31.05.2021
  • 1291 просмотр