Введение к работе
Лктуальвость тени. Описание распространения мощной, квазимонохроматической волны одна из фундаментальных задач физики нелинейных явлений. Среди относящихся сюда проблем можно выделить исследование самофокусировки волн, коллапса, модуляционных и распадных неустойчивостей, изучение распространения солитонов- что имеет несомненное теоретическое значение для построения физически содержательной картины нелинейных явлений.
Близость частот и волновых векторов взаимодействующих колебаний позволяет получить универсальную систему гамильто-новых уравнений, описывающих широкий круг явления- Структура канонических уравнений не зависит от природы взаимодействующих волн. Вся конкретная информация о систене содержится в законе дисперсии волн и определяется структурой матричных элементов. Это обстоятельство позволяет взглянуть на различные по своей природе явления с единой точки зрения. На основе полученной системы уравнений в диссертации рассматриваете ся нелинейное взаимодействие волн имеющих не только различную природу (например электромагнитные, ззуковыэ, плазменные), но и распространяющихся в совершенно различных средах.
В диссертации рассматриваются две группы задач, связанных с распространением мощных электромагнитных волн- Одна из них стимулировалась исследованиями по ВЧ нагреву плазмы в токаиаках и счязана с изучением нелинейно-оптических эффектов для интенсивной волны накачки.
Другой круг задач связан с бурно развивающейся областью исследований по созданию волоконно оптических линий связи-Эти системы вышли из стадии лабораторних исследований и к настоящему времени производятся и устанавливаемся на регулярной коммерческой основе. Они-+гаход>.т многочисленные применения в системах уплотненной коммуникации- в подводной кабельной связи- бортовой аппаратуре. системе связи для электронной почты, секретной связи и т-д.
В последнее время была показана ограниченность традиционных взглядов на передачу данных и перспективность нового подхода, основанного на битовой кодировке информации соли-тоннын нипульсок. Поскольку нелинейные эффекты в солитоннон импульсе компенсируют дисперсионное расплывание, то он может распространяться на большие расстояния- Однако нелинейные Эффекты могут существенно повлиять на передачу информации таким способом -
Целью работы было изучение нелинейного взаимодействия высокочастотной (ВЧ) квазимонохроматической волны с низкочастотными (НЧ) магнитогидродинаническими (МГД) колебаниями плазмы, выяснение особенностей такого взаимодействия при распространении мошной ВЧ необыкновенной волны в токамаке и оценка эффективности такого нелинейного нагрева, а также изучение влияния нелинейных Эффектов на распространение цепочки мощных солитонных импульсов в оптических световодах.
Научная новнзна- В работе впервые получена универсальная система уравнений в канонических переменных для описания распространения мошной квазимонохроиатической волны в магни-тоактивной плазме- Выяснена относительная роль различных нелинейных механизмов взаимодействия ВЧ и НЧ волн и приведены количественные критерии- Определены соответствующие матричные элементы, просто связанные с инкрементами распадных не-устойчивостей. В пределе р » і и р « 1. где р - параметр, разный отношению газокинетического давления плазмы к магнитному, определен главный нелинейный процесс и упрощены основные уравнения. Показано- что воздействие квазимонохроматической ВЧ волны на среду-носит непотенциальный характер и вычислена величина соответствующей пондеромоторной силы-На основе полученной системы уравнений обсуждается самофокусировка нижнегибридных колебаний. Проведен анализ устойчивости самосфокусированных волноводных каналов относительно возбуждения коротковолновых потенциальных колебаний- Рассмотрена задача о распространении в плазме мощной альфвенов-ской волны. Обсуждается ее самофокусировка и образование со-литонов-
Рассмотрен нелинейный ВЧ нагрев плазмы в тороидальных установках по управляемому термоядерному синтезу. Путем численного моделирования определено распределение волны накачки по поперечному сечению токамака. Вычислены пороги параметрических неустойчивостей. учитывающие геометрию тороидальных установок и степень неизотермичности нагреваемой плазмы. На основе выполненного численного анализа возбуждаемых необыкновенной ВЧ волной спектров плазменной турбулентности определена эффективность нелинейного нагрева-
Рассмотрена задача о параметрическом возбуждении волн локализованной накачкой- Эта задача аналогична задаче о боковом рассеянии Мандельштама- Бриллюена в среде с периодической стратификацией- Определены пороги и вычислены инкременты неустойчивости.
Рассмотрено влияние вынужденного рассеяния Мандельшта-ма-Брнллюена (ВРМБ) на распространение цепочек солитонных импульсов» распространяющихся по волоконно-оптическим линиям связи. Вычислены пороги и инкременты ВРКБ- Определены ограничения, накладываемые ВРМБ на частоту следования солитонных импульсов. ВРМБ исследовано как для солитонов большой длительности, так и для коротких, с длительностью меньше периода звуковых колебаний. Получено хорошее согласие с результатами численного моделирования- Показано, что развитие ВРМБ приводит к разрушению передаваемой информации-
Научная я практическая ценность. Полученные в работе результаты позволяют построить физическую картину нединеяного взаимодействия спектрально-узкого пакета ВЧ волн с собственными электромагнитными колебаниями плазмы- Проанализирован нелинейный метод ВЧ нагрева плазмы в токамаке и сделаны выводы по его эффективности, предложены практические схемы его реализации. Определены параметры волоконно-оптических линий связи и характеристики цепочек солитонных импульсов, при которых происходит разрушение посылаемой по световодам информации за счет развитии ВРМБ-
Апробация работы. Результаты диссертации докладывались на XII Всесоюзном семинаре по параметрической турбулентности
на XII Всесоюзном семинаре по параметрической турбулентности в (Москва, 1988),. Международной конференции Nonlinear World (Киев. 1983). 5 Всесоюзной конференции по взаимодействию электромагнитного излучения с плазмой (Ташкент, 1789). ю Международной Вавиловской конкуренции по нелинейной оптико (Новосибирск. 1990). а также на ряде научных -семинаров в институтах РАН-
Публикацнн- Основные материалы диссертации опубликованы в статьях С1-83 .
Автор выносит па зацнту: 1. Нелинейное взаимодействие квазиионохроматической волны с НЧ МГЛ колебаниями плазмы описывается универсальной системой гамильтоновых уравнений в канонических переменных. 2- Нелинейный ВЧ нагрев плазмы в тороидальных установках является эффективным методом доплнительного нагрева. 3. Развитие ВРМБ при распространении цепочки солитонных импульсов в волоконно оптических линиях связи приводит к ограничению плотности передаваемой информации.
Структура работы. Диссертация состоит из Введения, трех глав с нумерацией параграфов по главам, содержит 6 рисунков, а также список цитированной литературы из 98 названия. Всего 113 страниц.
