Dorofeenko V. G. - professor, Candidate of Physical and Mathematical Sciences, senior researcher of Department of Kinetic Equations of Keldysh Institute of Applied Mathematics, Russian Academy of Sciences
Дорофеенко Виктор Геннадьевич - профессор, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник отдела кинетических уравнений ИПМ РАН им. М. В. Келдыша
Krasovitskiy V. B. - professor, Doctor of Physical and Mathematical Sciences, expert of Department of Kinetic Equations of Keldysh Institute of Applied Mathematics, Russian Academy of Sciences
Красовицкий Валерий Борисович - профессор, доктор физико-математических наук, эксперт отдела кинетических уравнений ИПМ РАН им. М. В. Келдыша
Turikov V. A. - Candidate of Physical and Mathematical Sciences, assistant professor of Department of Applied Physics of Peoples’ Friendship University of Russia (RUDN University)
Туриков Валерий Алексеевич - кандидат физико-математических наук, доцент кафедры прикладной физики РУДН
In this paper of the nonlinear laser wave propagation in the hot plasma along the strong exter-nal magnetic field under the electron cyclotron resonance conditions is investigated. The strongnonlinearity of such a process is caused by the relativistic electron movement and resonancewave ponderomotive force acting on the electrons. The system of equations for the enveloperight hand polarized laser pulse is derived using the hydrodynamics and Maxwell’s equations.The numerical integration of this system for the cold plasma case discovered the soliton solu-tions. This kind of solutions take a form of the envelope solitons containing inside them the plasma oscillations. The analytical expression for the energy density integral in a cold plasma isderived. It follows from the numerical results that for a hot plasma under cyclotron resonanceconditions the soliton solution becomes unstable. In this case the energy density conservationbreaks down, but electron momentum density conserves. It is concluded that the nonlinear sat-uration of the field amplitude is due to the plasma charge separation under electromagneticradiation pressure. In this case the discrete set of the envelope soliton carrier frequency is de-termined by the ratio of the frequency of the nonlinear longitudinal electron oscillations to theLangmuir frequency of plasma. For the low density plasma the discrete frequency spectrumobtained by the numerical integration transforms to the continuous one.
В работе проведено исследование свойств нелинейной лазерной волны, распространяющейся в нагретой плазме вдоль сильного внешнего магнитного поля в условиях электронно-циклотронного резонанса. Сильная нелинейность такого процесса обусловлена релятивистским движением электронов и резонансным возрастанием пондеромоторной силы, действующей на электроны со стороны волны. Из гидродинамических уравнений и уравнений Максвелла получена система уравнений, описывающая огибающую импульса правополяризованной лазерной волны. Посредством численного интегрирования этой системы уравнений найдены солитонные решения для случая холодной плазмы. Такие решения имеетвид солитонов огибающих, содержащих внутри себя плазменные колебания. Получено аналитическое выражение для интеграла плотности энергии в холодной плазме. Для нагретой плазмы из численных результатов следует, что в условиях циклотронного резонансасолитонное решение становится неустойчивым. При этом плотность энергии перестаёт сохраняться, но выполняется закон сохранения плотности продольного импульса электронов.Сделан вывод о том, что нелинейное насыщение амплитуды поля возникает в результате разделения зарядов плазмы под действием давления электромагнитного излучения. Приэтом дискретный набор значений несущей частоты для солитона огибающей определяется отношением частоты нелинейных продольных колебаний электрона в поле электромагнит-ной волны к ленгмюровской частоте плазмы. В случае плазмы малой плотности найденный численным интегрированием дискретный спектр частот переходит в непрерывный.