时变磁冷等离子体电磁波散射及传输特性研究

分析等离子体参数（等离子体频率及碰撞频率）随时间和空间成线性或非线性变化（突变和缓变）情况下的冷磁等离子体的电磁波散射及传输特性是目前国内外的前沿研究热点之一.通过研究适用于分析时变磁等离子体电磁波散射及传输特性的时域有限差分（FDTD）方法和适合截断时变等离子体这种色散介质的吸收边界条件，进一步研究磁化与非磁化情况下时变等离子体电磁散射特性分析。研究准确快速有效地在FDTD计算所得时域电磁波信号中提取波模的幅值与频率的方法，并在此基础上分析研究填充磁化时变冷等离子体介质的金属波导中等离子体频率漂移问题及各种时变等离子体参数（等离子体频率和碰撞频率）下电磁波的传输特性。并且将上述方法应用于分析典型目标和含时变等离子体介质的实用目标的电磁散射和宽带多极化特性。

本课题首先对分析磁化等离子体电磁散射及传输特性的基于拉普拉斯变换原理的时域有限差分（CDLT-FDTD）方法进行详细研究，该方法最大的优点是解决了本构方程中电流密度矢量的分量相互耦合而不易直接离散的困难，并与其他算法的对应结果进行比较，表明该方法的准确性和有效性。在此基础上，将CDLT-FDTD算法推广应用到一维和三维时变等离子体的特性研究。已经完成的研究内容有推导时变磁等离子体电磁波散射及传输特性的时域有限差分（FDTD）方法，研究填充磁化与非磁化突变或缓变等离子体介质的金属波导中电磁波频率漂移问题及各种时变等离子参数（等离子频率和碰撞频率）下电磁波的传输特性，进一步研究磁化与非磁化情况下时变等离子体电磁散射特性分析，研究准确快速有效地在FDTD 计算所得时域电磁波信号中提取波模的幅值与频率的方法。并且将上述方法应用于分析典型目标和含时变等离子体介质的实用目标的电磁散射和宽带多极化特性，为等离子隐身与反隐身工程、时变等离子体谐振器、时变等离子体波导提供理论基础。. 于此同时，本课题基于磁化等离子体本构方程，提出了一种截断各向异性色散介质的修正的M-UPML吸收边界和一种新型的FDTD非分裂的NPML吸收边界，适用于时变等离子体时域散射时的吸收边界条件，使其适合于截断时变等离子体介质。. 此外，本课题对磁化等离子体和周期边界条件的相关FDTD算法进行了研究，然后在此基础上利用这些FDTD算法获得垂直和斜入射情况下等离子体光子晶体和空变等离子体光子晶体的反射系数频率图，进而获得光子带隙特性随各个参数的变化规律。另外也模拟了加入不同形状及材料的金属颗粒的薄膜太阳能电池结构，进而分析薄膜太阳能电池光吸收功率，为实际制作薄膜太阳能电池提供了理论指导。