Алгоритм определения структуры электромагнитных волн в вакууме

Авторы

  • В.А. Вшивков Институт вычислительной математики и математической геофизики СО РАН (ИВМиМГ СО РАН) https://orcid.org/0000-0002-1410-8747
  • Л.В. Вшивкова Институт вычислительной математики и математической геофизики СО РАН (ИВМиМГ СО РАН)
  • Г.И. Дудникова Институт вычислительной математики и математической геофизики СО РАН (ИВМиМГ СО РАН)

DOI:

https://doi.org/10.26089/NumMet.v20r103

Ключевые слова:

уравнения Максвелла, электромагнитные волны в вакууме, преобразование Фурье

Аннотация

При исследовании механизмов генерации электромагнитного излучения, наблюдаемого в лабораторных экспериментах по взаимодействию релятивистских электронных пучков с плазмой, возникает проблема определения структуры, спектральных характеристик и мощности излучаемых электромагнитных волн. Так, при численном решении уравнений Максвелла возникает потребность в разработке точных, эффективных и надежных методов реализации открытых граничных условий, позволяющих электромагнитным волнам выходить из расчетной области без отражения. Распространение волн в вакууме описывается линейными уравнениям Максвелла, и, следовательно, можно легко найти частоты и амплитуды проходящих и отраженных волн с помощью анализа Фурье и определить их структуру. Для изучения этого вопроса достаточно рассмотреть задачу в двумерном случае. Целью настоящей работы является разработка методики определения направлений и амплитуд всех электромагнитных волн в вакууме, которые находятся в вычислительной области в определенный момент времени.

Авторы

В.А. Вшивков

Институт вычислительной математики и математической геофизики СО РАН (ИВМиМГ СО РАН)
просп. Лаврентьева, 6, 630090, Новосибирск
• главный научный сотрудник

Л.В. Вшивкова

Институт вычислительной математики и математической геофизики СО РАН (ИВМиМГ СО РАН)
просп. Лаврентьева, 6, 630090, Новосибирск
• ученый секретарь

Г.И. Дудникова

Институт вычислительной математики и математической геофизики СО РАН (ИВМиМГ СО РАН)
просп. Лаврентьева, 6, 630090, Новосибирск
• главный научный сотрудник

Библиографические ссылки

  1. I. V. Timofeev, V. V. Annenkov, and E. P. Volchok, “Generation of High-Field Narrowband Terahertz Radiation by Counterpropagating Plasma Wakefields,” Phys. Plasmas 24 (2017). doi 10.1063/1.4993100
  2. E. A. Berendeev, G. I. Dudnikova, and A. A. Efimova, “PIC-Simulation of the Electron Beam Interaction with Modulated Density Plasma,” AIP Conf. Proc. 1895 (2017). doi 10.1063/1.5007419
  3. E. Berendeev, G. Dudnikova, A. Efimova, and V. Vshivkov, “A Simple Absorbing Layer for ЕМ-Radiation from a Beam-Plasma Interaction System,” Math. Meth. Appl. Sci. 41 (18), 9276-9282 (2018).
  4. I. V. Timofeev, E. A. Berendeev, and G. I. Dudnikova, “Simulations of a Beam-Driven Plasma Antenna in the Regime of Plasma Transparency,” Phys. Plasmas 24 (2017). doi 10.1063/1.4995323
  5. V. V. Annenkov, E. A. Berendeev, I. V. Timofeev, and E. P. Volchok, “High-Power Terahertz Emission from a Plasma Penetrated by Counterstreaming Different-Size Electron Beams,” Phys. Plasmas 25 (2018). doi 10.1063/1.5048245
  6. S. Abarbanel, D. Gottlieb, and J. S. Hesthaven, “Long Time Behavior of the Perfectly Matched Layer Equations in Computational Electromagnetics,” J. Sci. Comput. 17 (1-4), 405-422 (2002).
  7. J.-P. Berenger, “A Perfectly Matched Layer for the Absorption of Electromagnetic Waves,” J. Comput. Phys. 114 (2), 185-200 (1994).
  8. M. Vranic, J. L. Martins, R. A. Fonseca, L. O. Silva, “Classical Radiation Reaction in Particle-in-Cell Simulations,” Comput. Phys. Commun. 204, 141-151 (2016).
  9. G. Mur, “Absorbing Boundary Conditions for the Finite-Difference Approximation of the Time-Domain Electromagnetic-Field Equations,” IEEE Trans. Electromagn. Compat. EMC-23} (4), 377-382 (1981).
  10. A. Taflove and S. C. Hagness, Computational Electrodynamics: The Finite-Difference Time-Domain Method (Artech House, Boston, 2005).
  11. G. A. Korn and T. M. Korn, Mathematical Handbook for Scientists and Engineers (McGraw Hill, New York, 1961).

Загрузки

Опубликован

29-01-2019

Как цитировать

Вшивков В.А., Вшивкова Л.В., Дудникова Г.И. Алгоритм определения структуры электромагнитных волн в вакууме // Вычислительные методы и программирование. 2019. 20. 21-28. doi 10.26089/NumMet.v20r103

Выпуск

Раздел

Раздел 1. Вычислительные методы и приложения

Наиболее читаемые статьи этого автора (авторов)