尘埃粒子对等离子体光传输衰减特性的影响研究

摘要

尘埃等离子体成分包括中性粒子、电子、离子和通常带负电的尘埃颗粒。带电颗粒有着与电子和离子完全不同的动力学行为，其与背景等离子体相互作用呈现出许多新的物理现象。本文将围绕尘埃等离子体光传输衰减特性展开研究。
　　首先，在总结三种现有电导率模型的基础上，考虑粒子流速的影响，推导出文中第四种模型。然后，基于电导率和介电常数关系，得到相应的衰减系数。理论推导表明，电导率和衰减系数都是温度、压强以及探测频率的函数。最后，文章选取弱、强电离两类典型尘埃等离子体为研究对象，分析它们在给定温度、压强以及探测频率范围内的衰减特性。
　　选取火箭喷焰为弱电离尘埃等离子体典型，研究结果表明:1)微波段低频区，衰减产生低谷;2）温度、压强一定时，最大衰减出现在共振频率附近，且峰值与共振频率间距离取决于温度、压强对共振频率的影响;3）考虑粒子流速后，模型不会影响衰减特性随温度、压强及频率间的变化规律，仅数值上有变化;且在一定范围内，粒子流速越大，衰减越弱。同时，为了研究的完善性，选取氩弧等离子体为强电离的背景，研究强电离尘埃等离子体近红外衰减特性，研究结果表明:1）在给定波长范围内，随着温度、压强增大，衰减增大。2）温度、压强一定时，随波长变大，衰减变大。3）考虑流速后，同弱电离结果。
　　总之，相关研究可望为带尘埃粒子的等离子体流场的3-D显示和关键参数的光学测量提供一定的支撑，也对分析光通信技术在此类复杂介质中进行应用的可行性提供有价值的参考。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本文主要内容

第二章 尘埃等离子体特征参量和研究方法

2．1 特征参量

2．1．1 等离子体频率

2．1．2 碰撞频率

2．1．3 德拜半径

2．1．4 尘埃粒子电荷数

2．1．5 尘埃耦合系数(库仑耦合系数)

2．1．6 充电频率

2．2 普通等离子体与尘埃等离子体基本特征比较

2．2．1 组成成分

2．2．2 粒子间相互作用

2．2．3 充电过程

2．2．4 电荷涨落

2．2．5 集体波动

2．2．6 晶体化

2．3 研究方法

2．3．1 实验研究

2．3．2 理论研究

2．3．3 数值模拟

第三章 尘埃等离子体电导率和衰减系数推导

3．1 尘埃等离子体电导率

3．1．1 仅考虑碰撞时的电导率

3．1．2 考虑碰撞和充电时的电导率

3．1．3 考虑背景电势影响时的电导率

3．1．4 考虑粒子流速时的电导率

3．2 尘埃等离子体衰减系数

3．2．1 仅考虑碰撞时的衰减系数

3．2．2 考虑碰撞和充电时的衰减系数

3．2．3 考虑背景电势影响时的衰减系数

3．2．4 考虑粒子流速时的衰减系数

第四章 弱电离尘埃等离子体衰减特性

4．1 电导率

4．1．1 微波段

4．1．2 太赫兹波段

4．2 衰减特性

4．2．1 微波段

4．2．2 太赫兹波段

第五章 强电离尘埃等离子体衰减特性

5．1 电导率

5．2 衰减特性

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

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