Electromagnetic surface wave excitation and energy transport along a plane plasma boundary

Abstract

A simple construction for excitation of Surface Wave (SW) in plasmas is proposed. The metal plate is used both as an antenna with surface current and as a wall of the waveguide structure. Second wall of the waveguide structure is a plasma boundary. Electromagnetic wave which is incident on plasma surface initiates the plasma oscillations which form an electromagnetic field of surface type in plasma if the characteristics of the incident field (wave frequency and wave vector direction) are chosen properly. It is shown that SWs can exist in high and low frequency ranges. The SW from high frequency range can have large penetration depth into plasma and large power flux along plasma surface inside plasma. The SW from low frequency range can have large tangential electric field on plasma surface. The paper answers the questions which geometry and surface current have to be chosen to see the SW in the structure with the preferable characteristics.

Запропоновано просту конструкцію для збудження поверхневої хвилі (ПХ) у плазмі. Металеву пластину використано одночасно як антену з поверхневим струмом та як стінку хвилеводної структури. Другою стінкою хвилеводної структури є поверхня плазми. Електромагнітна хвиля, яка падає на поверхню плазми, ініціює плазмові коливання, які формують у плазмі електромагнітне поле поверхневого типу, якщо характеристики поля, що падає на плазму (частота та напрямок хвильового вектора), підібрані належним чином. Показано, що ПХ можуть існувати у високочастотному та низькочастотному діапазонах. ПХ з високочастотного діапазону можуть мати велику глибину проникнення до плазми та великий потік енергії уздовж поверхні в самій плазмі. ПХ з низькочастотного діапазону можуть мати велике тангенційне електричне поле на поверхні плазми. Робота відповідає на питання оптимального вибору геометрії задачі та поверхневого струму для спостерігання в структурі ПХ з бажаними характеристиками.

Предложена простая конструкция для возбуждения поверхностной волны (ПВ) в плазме. Металлическая пластина использована одновременно как антенна с поверхностным током и как стенка волноводной структуры. Второй стенкой волноводной структуры является поверхность плазмы. Электромагнитная волна, которая падает на поверхность плазмы, инициирует плазменные колебания, которые формируют в плазме электромагнитное поле поверхностного типа, если характеристики падающего поля (частота и направление волнового вектора) подобраны нужным образом. Показано, что ПВ могут существовать в высокочастотном и низкочастотном диапазонах. ПВ из высокочастотного диапазона могут иметь большую глубину проникновения в плазму и большой поток энергии вдоль поверхности внутри плазмы. ПВ из низкочастотного диапазона могут иметь большое тангенциальное электрическое поле на поверхности плазмы. Работа отвечает на вопросы оптимального выбора геометрии задачи и поверхностного тока для наблюдения в структуре ПВ с предпочтительными характеристиками.