Дисперсионное соотношение волн в плазме

Интерактивная визуализация распространения электромагнитных волн в плазме — дисперсионное соотношение, частота отсечки, фазовая и групповая скорости, уширение импульса

Дисперсионное соотношение ω(k)
Фазовая и групповая скорости
Распространение и уширение импульса

Дисперсионное соотношение плазмы

В незамагниченной холодной плазме ω² = ωp² + k²c². При ω < ωp k становится мнимым — волна эванесцентна. Выше ωp: vφ > c, vg < c, vφ·vg = c².

Частота отсечки и эванесцентные волны

При ω < ωp показатель преломления становится мнимым. Металлы отражают видимый свет. Ионосфера отражает HF-радио.

Уширение импульса и дисперсия групповой скорости

Около частоты отсечки дисперсия сильна. В межзвёздной связи: Δt ∝ DM/f².

Незамагниченная ЭМ волна

Простейший случай: ω² = ωp² + k²c². Одна частота отсечки при ω = ωp.

L- и R-волны (магнетизированная плазма)

С внешним магнитным полем левая и правая круговые поляризации имеют разную дисперсию (вращение Фарадея).

O-мода (перпендикулярное распространение)

Перпендикулярно B₀ с E ∥ B₀: та же дисперсия, что без поля.

Ионосферное распространение радиоволн

Ионосфера отражает HF-радио для загоризонтной связи.

Дисперсия пульсаров и межзвёздная среда

Импульсы пульсаров приходят позже на низких частотах: Δt ∝ DM/f².

Диагностика плазмы в термоядерном синтезе

Микроволновая рефлектометрия и интерферометрия измеряют плотность плазмы.

Звёздные атмосферы и физика Солнца

Разные радиочастоты зондируют разные высоты короны.