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第一章 电磁波在等离子体中传播的基本理论1

§1．概论．各种情形下的等离子体参数1

波在等离子体中传播的各种情形1

等离子体参数2

等离子体的特性4

§2．基本方程．采用的近似的性质5

场方程．线性电动力学中的本构方程5

频率色散和空间色散，以及它们在等离子体中的重要性9

忽略空间色散时的场方程(“冷”等离子体)13

一维问题．平面波16

等离子体振荡18

各种类型的波的传播19

第二章 波在各向同性均匀等离子体中的传播22

§3．“冷”等离子体的复介电常数：初等理论22

ε和υ表达式的初等推导22

有效场26

所得公式的适用范围30

等离子体的磁导率．空间色散的考虑32

§4．玻耳兹曼方程方法34

分布函数和玻耳兹曼方程34

强电场内的等离子体36

分布函数的形式和弱场内分布函数的方程38

输运截面．德拜屏蔽42

动力论公式的应用范围48

§5．等离子体中的微观过程50

等离子体中的微观过程．各类粒子的守恒方程50

等离子体中非平衡电子的慢化时间56

分布函数对平衡形式的偏离．对电离层的估计61

§6．等离子体的介电常数和电导率：动力论64

一般关系64

电子-分子碰撞66

电子-离子碰撞68

电子间碰撞所起的作用70

电离层内的碰撞频率72

低频情形75

任意频率的一般情形77

离子-离子碰撞和离子-分子碰撞81

色散关系84

§7．电磁(横)波在均匀等离子体中的传播84

折射指数和吸收指数84

不存在吸收时波的阻尼88

极限情形下n和x的表达式88

实频率和复频率90

§8．空间色散的考虑．等离子体波和声波91

等离子体(纵)波．空间色散的宏观考虑91

动力论98

等离子体中的契仑柯夫辐射．等离子体波的吸收104

等离子体波的吸收和拟线性理论112

离子的作用．声波122

准流体力学方法125

双温度等离子体内的纵波126

§9．基本公式的总结130

横波131

等离子体内的纵波136

第三章 波在均匀带磁等离子体中的传播140

§10．复介电常数张量140

恒定磁场对等离子体性质的影响140

复介电常数张量：初等理论142

张量ε?的性质144

其它坐标系中的张量ε?146

动力论149

离子运动的影响153

§11．高频波在带磁等离子体中的传播158

折射指数n?和吸收指数x1，2的表达式158

一些特殊情形162

与磁场成任意夹角α时波的传播168

啸声的传播和金属中‘螺旋波’的传播172

波的偏振173

正常波．小α角情形176

吸收的考虑181

堆纵向传播和准横向传播184

两个相干正常波的传播．偏振平面的旋转(法拉第效应)186

临界碰撞频率和色散关系的本性重根189

n1、2(v)和x1、2(v)曲线图192

离子对高频波传播的影响195

带磁等离子体对电磁波的吸收和发射198

§12．存在磁场时的空间色散和等离子体波：热运动的考虑202

向各向同性等离子体的极限过渡202

各向异性介质中空间色散的考虑204

准流体力学近似206

带磁等离子体中的等离子体波210

动力论211

无碰撞吸收的本质212

用基尔霍夫定律和爱因斯坦系数法计算吸收系数218

对于纵向传播(α=0)动力论的结果223

任意角α时的共振吸收230

契仑柯夫吸收区(共振频率ω∞附近)240

低频寻常波250

小结251

§13．关于等离子体动力学的一些论述252

磁流体力学近似252

准流体力学近似255

纯电子-离子等离子体和弱电离气体的运动259

磁场内弱电离气体的定常运动．地球电离层263

§14．低频波和磁流体波的传播266

引言266

磁流体波267

低频波：准流体力学近似．纵向传播275

磁流体力学公式的适用范围279

接近1/2π的α角．‘混合’共振280

离子磁迴旋共振区283

分子的作用285

热运动．动力论的一些结果：速度变化，不存在碰撞时的阻尼287

§15．基本公式的总结293

第四章 波在各向同性不均匀等离子体中的传播301

§16．引言．几何光学近似301

波动方程．平面分层介质301

对平行平面分层介质的精确解302

近似解303

几何光学近似304

同一问题的更严格的处理308

几何光学近似不适用的情形．全内反射311

无线电波从电离层上的反射315

完全无反射层316

弱反射．一般层情形下|R|的内插公式317

从导数dn/dz的间断面上的反射320

§17．波动方程的精确解(线性层，抛物线层或ε′=a/(b+z)2的层)323

引言323

无吸收的线性层324

有吸收的线性层327

无吸收抛物线层331

ε=a/(b+z)2的层334

§18．任意厚度的‘对称’层和‘过渡’层中波的反射和透射337

四参数平滑层337

“对称”层337

“过渡”层．向明显分界面的极限过渡340

§19．波的斜入射341

一般关系．电矢量垂直于入射平面的波341

几何光学近似344

射线处理346

电矢量位于入射平面内的波347

波磁场的方程351

现象的物理描述352

§20．各向同性不均匀等离子体内传播的电磁波场的一个特性．电磁波和等离子体波的相互作用352

波动方程的解354

空间色散和各种非线性效应的考虑362

等离子体波形成的考虑．不同正常波之间的相互作用367

等离子体中纵波和横波的相互转化和相互作用374

§21．脉冲信号的传播378

脉冲场的富里叶表示378

准单色脉冲的传播(不考虑脉冲的扩展)380

波的相速度和群速度382

脉冲的扩展384

所用近似的适用范围和某些更精确的结果392

§22．色散介质中的能量密度．存在吸收时等离子体中的信号速度396

引言396

无吸收色散介质中的能量密度397

吸收介质的情形401

有吸收的等离子体(模型)中的能量密度405

振子集体中的能量密度406

等离子体波中的能量密度407

有吸收的介质中的信号速度．对等离子体的应用408

第五章 波在不均匀带磁等离子体中的传播412

§23．引言．几何光学近似412

波动方程412

几何光学近似413

几何光学近似的适用范围417

层的近边界区域和此区域内正常波的相互作用420

§24．脉冲的传播424

各向异性介质中的群速度矢量424

带磁等离子体的情形430

群速度矢量，射线方向和能通量矢量435

脉冲在不均匀介质中的传播440

脉冲在吸收介质中的传播442

§25．波从不均匀层上的反射446

波从层上的反射．α=0和α=π/2446

对任意角α的近似解449

§26．从不均匀带磁等离子体层内透出的波的极限偏振457

引言．一些估计457

近似解460

计算结果466

§27．当折射指数存在奇点时，波场的性状、反射系数和透射系数468

引言．折射指数的奇点(极点)468

对ε′eff=g/(z+is)2层的严格解471

对ε′eff=g2/(z+is)层的严格解．物理解释472

ε′eff=g1~2+g2~2/(z+is)的层475

带磁等离子体中函数(n-ix)~2_(1.2)的极点477

共振机制．带磁等离子体中场的增强效应482

地球电离层485

空间色散和非线性效应的考虑486

§28．反射信号的“三重分裂”效应(小α角时正常波的相互作用)486

磁场和波矢量夹角α很小的区域．现象的描述486

用微扰法求解(α角很小的情形)490

变分法：另一个极限情形498

相位积分法508

μ=ω2H/ω2＜1时的一般结果510

δ0的公式．碰撞的考虑513

μ=ω2H/ω2＞1时的结果520

§29．波的斜入射．互易定理523

引言523

几何光学近似525

几何光学一级近似下的场528

函数q1，2(v)的曲线图531

波法线轨道和射线轨道535

一些特殊情形539

斜入射时波的穿透和信号的“三重分裂”效应543

μ=ω2H/ω2＞1时波的穿透546

互易定理的证明548

推广到带磁介质的情形550

具有不对称张量μ′?的介质和空间色散介质551

无线电波在电离层中的传播554

第六章 无线电波从电离层上的反射554

§30．引言．任意平滑层上的反射554

电离层参数555

波从任意层上的反射558

有效反射高度za?频-高恃性564

抛物层568

层的时间变化的考虑．多普勒效应571

§31．吸收的考虑574

吸收对波的反射的影响574

弱吸收情形下的反射系数，通过测量吸收确定Veff577

§32．反射点附近场的结构580

场的结构580

几何光学近似583

吸收的考虑585

§33．近于临界频率的波在层中的反射和穿透586

抛物线层586

任意层588

吸收的计及592

抛物线层的有效高度(精确解)594

信号幅度的建立时间597

§34．斜入射波的反射599

反射点．临界频率599

射线处理600

确定斜入射和垂直入射的群程之间关系的定理605

球面层的反射608

从电离层反射的信号的场强609

§35．计及磁场影响时波的反射614

磁场的影响．临界频率614

波的相位和反射系数．射线路程616

准纵向传播和准横向传播622

斜入射624

对地磁场不均匀性的考虑625

引言627

§36．射电波在太阳大气中的传播627

第七章 射电波在宇宙条件下的传播627

日冕628

射电波在日冕中的传播630

射电波的发射．折射的考虑638

转移方程．射电辐射的有效温度640

磁场的影响644

等离子体波转化为射电波649

无碰撞吸收650

带磁等离子体中的基尔霍夫定律651

§37．射电波在星际介质中的传播654

射电波在星际气体中的吸收(概述)654

极稀薄等离子体中吸收系数的计算657

星际介质中射电波偏振平面的旋转663

第八章 变化电磁场作用下等离子体中的非线性现象666

§38．引言．强电场中的等离子体666

有碰撞等离子体和无碰撞等离子体中的非线性效应666

等离子体中弱场的条件．一些实例668

强场情形下问题的提法670

初等理论671

初等理论结果的精确性680

动力论681

强电离等离子体686

弱电离等离子体689

不均匀电场中等离子体加热引起的电子密度的变化691

§39．无线电波在电离层中传播时的非线性效应693

引言693

基本关系695

自作用效应697

波的非线性相互作用．交扰调制703

未调制波的非线性相互作用。组合频率709

无线电波对电离层的影响712

电子密度变化引起的非线性效应713

参考文献717