Трансформация статического электрического поля в электромагнитное излучение на границе быстро ионизируемой среды

Abstract

Исследованы процессы трансформации статического электрического поля в электромагнитное излучение в однородной полуограниченной плазме, образующейся за фронтом сверхсветовой волны ионизации. Методом преобразования Лапласа найдены точные аналитические решения системы уравнений Максвелла с уравнением для плотности электронного тока в холодной бесстолкновительной плазме. Показано, что образующаяся плазма излучает в окружающее пространство электромагнитные импульсы, параметры которых определяются как концентрацией электронов, так и направлением внешнего электрического поля и скоростью ионизационного фронта. Полученные результаты представляют интерес в связи с обсуждаемыми в настоящее время проектами использования плазмы с быстро меняющейся плотностью для создания генераторов электромагнитного излучения в терагерцовом диапазоне частот.

Досліджені процеси трансформації статичного електричного поля в електромагнітне випромінювання в однорідній напівобмеженій плазмі, що створюється за фронтом надсвітлової хвилі іонізації. Методом перетворення Лапласа знайдені точні аналітичні розв’язки системи рівнянь Максвелла з рівнянням для густини електронного струму у холодній беззіткненевій плазмі. Показано, що створена плазма випромінює в оточуючий простір електромагнітні імпульси, параметри яких визначаються як концентрацією електронів, так і напрямком зовнішнього електричного поля та швидкістю іонізаційного фронту. Отримані результати становлять інтерес у зв’язку з обговорюваними зараз проектами використання плазми з густиною, що швидко змінюється для створення генераторів електромагнітного випромінювання у терагерцовому діапазоні частот.

The processes of conversion of a static electric field to electromagnetic radiation in the homogeneous semibounded plasma generated behind the superluminous ionization front are investigated. The exact analytical solutions of Maxwell’s equations with current density equation for the cold collisionless plasma are found using the Laplace transform. It is shown that the generated plasma emits to environment the electromagnetic pulses with parameters dependent on both the plasma density and the direction of external electric field and the velocity of ionization front. The results obtained are of interest in connection with projects discussed in present of using the plasma with rapidly varying density for making generators of electromagnetic radiation in terahertz frequency band.