Математическая теория рассеяния в электромагнитных волноводах
- Авторы: Пламеневский Б.А.1, Порецкий А.С.1, Сарафанов О.В.1
-
Учреждения:
- Санкт-Петербургский государственный университет, физический факультет
- Выпуск: Том 89, № 1 (2025)
- Страницы: 54-114
- Раздел: Статьи
- URL: https://ogarev-online.ru/1607-0046/article/view/303937
- DOI: https://doi.org/10.4213/im9498
- ID: 303937
Цитировать
Аннотация
Волновод занимает трехмерную область $G$ с несколькими цилиндрическими выходами на бесконечность и описывается нестационарной системой Максвелла с идеально проводящими краевыми условиями. Предполагается, что диэлектрическая и магнитная проницаемости заполняющей среды – положительно определенные матрицы $\varepsilon(x)$ и $\mu(x)$, зависящие от точки $x$ из $G$. На бесконечности в каждом цилиндрическом выходе эти матрицы-функции сходятся с экспоненциальной скоростью к матрицам-функциям, не зависящим от продольной координаты цилиндра. Для соответствующей стационарной задачи со спектральным параметром определяются собственные функции непрерывного спектра и матрица рассеяния. Нестационарная система Максвелла расширяется до уравнения вида $i \partial_t \mathcal{U}(x,t)=\mathcal{A}(x,D_x)\mathcal{U}(x,t)$ с эллиптическим оператором $\mathcal{A}(x,D_x)$. С этим уравнением связывается начально-краевая задача, и для подходящей пары таких задач строится теория рассеяния. Вычисляются волновые операторы, определяется оператор рассеяния и описывается его связь с матрицей рассеяния. Из полученных результатов извлекаются сведения об исходной системе Максвелла. Библиография: 39 наименований.
Об авторах
Борис Алексеевич Пламеневский
Санкт-Петербургский государственный университет, физический факультет
Email: boris.plamen@gmail.com
доктор физико-математических наук, профессор
Александр Сергеевич Порецкий
Санкт-Петербургский государственный университет, физический факультет
Email: poras1990@list.ru
кандидат физико-математических наук
Олег Васильевич Сарафанов
Санкт-Петербургский государственный университет, физический факультет
Автор, ответственный за переписку.
Email: saraf@math.nw.ru
доктор физико-математических наук
Список литературы
- Б. А. Пламеневский, А. С. Порецкий, О. В. Сарафанов, “Математическая теория рассеяния в электромагнитных волноводах”, Докл. РАН. Физ., техн. науки, 503:1 (2022), 23–27
- П. Д. Лакс, Р. С. Филлипс, Теория рассеяния, Мир, М., 1971, 312 с.
- М. Рид, Б. Саймон, Методы современной математической физики, т. 3, Мир, М., 1982, 445 с.
- Д. Р. Яфаев, Математическая теория рассеяния. Общая теория, Изд-во С.-Петербург. ун-та, СПб., 1994, 423 с.
- D. R. Yafaev, Mathematical scattering theory. Analytic theory, Math. Surveys Monogr., 158, Amer. Math. Soc., Providence, RI, 2010, xiv+444 pp.
- D. Colton, R. Kress, Inverse acoustic and electromagnetic scattering theory, Appl. Math. Sci., 93, 3rd ed., Springer, New York, 2013, xiv+405 pp.
- P. Monk, Finite element methods for Maxwell's equations, Numer. Math. Sci. Comput., Oxford Univ. Press, New York, 2003, xiv+450 pp.
- М. Ш. Бирман, М. З. Соломяк, “Самосопряженный оператор Максвелла в произвольных областях”, Алгебра и анализ, 1:1 (1989), 96–110
- Л. А. Вайнштейн, Теория дифракции и метод факторизации, Сов. радио, М., 1966, 431 с.
- Е. И. Нефедов, А. Т. Фиалковский, Асимптотическая теория дифракции электромагнитных волн на конечных структурах, Наука, М., 1972, 204 с.
- Р. Миттра, С. Ли, Аналитические методы теории волноводов, Мир, М., 1974, 328 с.
- P. Exner, H. Kovar̆ik, Quantum waveguides, Theoret. Math. Phys., 22, Springer, Cham, 2015, xxii+382 pp.
- С. А. Назаров, Б. А. Пламеневский, Эллиптические задачи в областях с кусочно гладкой границей, Наука, М., 1991, 336 с.
- А. С. Ильинский, В. В. Кравцов, А. Г. Свешников, Математические модели электродинамики, Уч. пособ. для вузов, Высшая школа, М., 1991, 224 с.
- Т. Н. Галишникова, А. С. Ильинский, Метод интегральных уравнений в задачах дифракции волн, МАКС Пресс, М., 2013, 248 с.
- А. Н. Боголюбов, А. Л. Делицын, А. Г. Свешников, “О задаче возбуждения волновода с неоднородным заполнением”, Ж. вычисл. матем. и матем. физ., 39:11 (1999), 1869–1888
- А. Н. Боголюбов, А. Л. Делицын, А. Г. Свешников, “Об условиях разрешимости задачи возбуждения радиоволновода”, Докл. АН СССР, 370:4 (2000), 453–456
- А. Л. Делицын, “О постановке краевых задач для системы уравнений Максвелла в цилиндре и их разрешимости”, Изв. РАН. Сер. матем., 71:3 (2007), 61–112
- П. Е. Краснушкин, Е. И. Моисеев, “О возбуждении вынужденных колебаний в слоистом радиоволноводе”, Докл. АН СССР, 264:5 (1982), 1123–1127
- Б. А. Пламеневский, А. С. Порецкий, “Система Максвелла в волноводах с несколькими цилиндрическими выходами на бесконечность и неоднородным анизотропным заполнением”, Алгебра и анализ, 29:2 (2017), 89–126
- C. I. Goldstein, “Eigenfunction expansions associated with the Laplacian for certain domains with infinite boundaries. I”, Trans. Amer. Math. Soc., 135 (1969), 1–31
- W. C. Lyford, “A two Hilbert space scattering theorem”, Math. Ann., 217:3 (1975), 257–261
- W. C. Lyford, “Spectral analysis of the Laplacian in domains with cylinders”, Math. Ann., 218:3 (1975), 229–251
- W. C. Lyford, “Asymptotic energy propagation and scattering of waves in waveguides with cylinders”, Math. Ann., 219:3 (1976), 193–212
- R. Picard, S. Seidler, “A remark on two Hilbert space scattering theory”, Math. Ann., 269:3 (1984), 411–415
- D. Krejčiřik, R. Tiedra de Aldecoa, “The nature of the essential spectrum in curved quantum waveguides”, J. Phys. A, 37:20 (2004), 5449–5466
- M. Melgaard, “Scattering properties for a pair of Schrödinger type operators on cylindrical domains”, Cent. Eur. J. Math., 5:1 (2007), 134–153
- R. B. Melrose, The Atiyah–Patody–Singer index theorem, Res. Notes Math., 4, A K Peters, Ltd., Wellesley, MA, 1993, xiv+377 pp.
- T. Christiansen, “Scattering theory for manifolds with asymptotically cylindrical ends”, J. Func. Anal., 131:2 (1995), 499–530
- R. Picard, “On the low frequency asymptotics in electromagnetic theory”, J. Reine Angew. Math., 354 (1984), 50–73
- T. Ohmura, “A new formulation on the electromagnetic field”, Progr. Theoret. Phys., 16:6 (1956), 684–685
- И. С. Гудович, С. Г. Крейн, Краевые задачи для переопределенных систем уравнений в частных производных, Дифференциальные уравнения и их применения. Тр. сем., 9, Ин-т физ. и матем. АН Лит.ССР, Вильнюс, 1974, 146 с.
- Б. А. Пламеневский, А. С. Порецкий, О. В. Сарафанов, “Математическая теория рассеяния в квантовых волноводах”, Докл. РАН, 489:2 (2019), 142–146
- Б. А. Пламеневский, А. С. Порецкий, О. В. Сарафанов, “Математическая теория рассеяния в квантовых и акустических волноводах”, Проблемы матем. анализа, 115 (2022), 87–110
- Т. Като, Теория возмущений линейных операторов, Мир, М., 1972, 740 с.
- B. A. Plamenevskii, “On spectral properties of elliptic problems in domains with cylindrical ends”, Nonlinear equations and spectral theory, Amer. Math. Soc. Transl. Ser. 2, 220, Adv. Math. Sci., 59, Amer. Math. Soc., Providence, RI, 2007, 123–139
- М. С. Агранович, М. И. Вишик, “Эллиптические задачи с параметром и параболические задачи общего вида”, УМН, 19:3(117) (1964), 53–161
- Б. А. Пламеневский, А. С. Порецкий, “О поведении волноводных матриц рассеяния в окрестности порогов”, Алгебра и анализ, 30:2 (2018), 188–237
- В. Г. Мазья, Пространства С. Л. Соболева, Изд-во Ленингр. ун-та, Л., 1985, 416 с.
Дополнительные файлы
