Математическая теория рассеяния в электромагнитных волноводах

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

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

  1. 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
  2. П. Д. Лакс, Р. С. Филлипс, Теория рассеяния, Мир, М., 1971, 312 с.
  3. М. Рид, Б. Саймон, Методы современной математической физики, т. 3, Мир, М., 1982, 445 с.
  4. Д. Р. Яфаев, Математическая теория рассеяния. Общая теория, Изд-во С.-Петербург. ун-та, СПб., 1994, 423 с.
  5. D. R. Yafaev, Mathematical scattering theory. Analytic theory, Math. Surveys Monogr., 158, Amer. Math. Soc., Providence, RI, 2010, xiv+444 pp.
  6. D. Colton, R. Kress, Inverse acoustic and electromagnetic scattering theory, Appl. Math. Sci., 93, 3rd ed., Springer, New York, 2013, xiv+405 pp.
  7. P. Monk, Finite element methods for Maxwell's equations, Numer. Math. Sci. Comput., Oxford Univ. Press, New York, 2003, xiv+450 pp.
  8. М. Ш. Бирман, М. З. Соломяк, “Самосопряженный оператор Максвелла в произвольных областях”, Алгебра и анализ, 1:1 (1989), 96–110
  9. Л. А. Вайнштейн, Теория дифракции и метод факторизации, Сов. радио, М., 1966, 431 с.
  10. Е. И. Нефедов, А. Т. Фиалковский, Асимптотическая теория дифракции электромагнитных волн на конечных структурах, Наука, М., 1972, 204 с.
  11. Р. Миттра, С. Ли, Аналитические методы теории волноводов, Мир, М., 1974, 328 с.
  12. P. Exner, H. Kovar̆ik, Quantum waveguides, Theoret. Math. Phys., 22, Springer, Cham, 2015, xxii+382 pp.
  13. С. А. Назаров, Б. А. Пламеневский, Эллиптические задачи в областях с кусочно гладкой границей, Наука, М., 1991, 336 с.
  14. А. С. Ильинский, В. В. Кравцов, А. Г. Свешников, Математические модели электродинамики, Уч. пособ. для вузов, Высшая школа, М., 1991, 224 с.
  15. Т. Н. Галишникова, А. С. Ильинский, Метод интегральных уравнений в задачах дифракции волн, МАКС Пресс, М., 2013, 248 с.
  16. 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
  17. А. Н. Боголюбов, А. Л. Делицын, А. Г. Свешников, “Об условиях разрешимости задачи возбуждения радиоволновода”, Докл. АН СССР, 370:4 (2000), 453–456
  18. 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
  19. П. Е. Краснушкин, Е. И. Моисеев, “О возбуждении вынужденных колебаний в слоистом радиоволноводе”, Докл. АН СССР, 264:5 (1982), 1123–1127
  20. 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
  21. C. I. Goldstein, “Eigenfunction expansions associated with the Laplacian for certain domains with infinite boundaries. I”, Trans. Amer. Math. Soc., 135 (1969), 1–31
  22. W. C. Lyford, “A two Hilbert space scattering theorem”, Math. Ann., 217:3 (1975), 257–261
  23. W. C. Lyford, “Spectral analysis of the Laplacian in domains with cylinders”, Math. Ann., 218:3 (1975), 229–251
  24. W. C. Lyford, “Asymptotic energy propagation and scattering of waves in waveguides with cylinders”, Math. Ann., 219:3 (1976), 193–212
  25. R. Picard, S. Seidler, “A remark on two Hilbert space scattering theory”, Math. Ann., 269:3 (1984), 411–415
  26. D. Krejčiřik, R. Tiedra de Aldecoa, “The nature of the essential spectrum in curved quantum waveguides”, J. Phys. A, 37:20 (2004), 5449–5466
  27. M. Melgaard, “Scattering properties for a pair of Schrödinger type operators on cylindrical domains”, Cent. Eur. J. Math., 5:1 (2007), 134–153
  28. R. B. Melrose, The Atiyah–Patody–Singer index theorem, Res. Notes Math., 4, A K Peters, Ltd., Wellesley, MA, 1993, xiv+377 pp.
  29. T. Christiansen, “Scattering theory for manifolds with asymptotically cylindrical ends”, J. Func. Anal., 131:2 (1995), 499–530
  30. R. Picard, “On the low frequency asymptotics in electromagnetic theory”, J. Reine Angew. Math., 354 (1984), 50–73
  31. T. Ohmura, “A new formulation on the electromagnetic field”, Progr. Theoret. Phys., 16:6 (1956), 684–685
  32. 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.
  33. Б. А. Пламеневский, А. С. Порецкий, О. В. Сарафанов, “Математическая теория рассеяния в квантовых волноводах”, Докл. РАН, 489:2 (2019), 142–146
  34. Б. А. Пламеневский, А. С. Порецкий, О. В. Сарафанов, “Математическая теория рассеяния в квантовых и акустических волноводах”, Проблемы матем. анализа, 115 (2022), 87–110
  35. Т. Като, Теория возмущений линейных операторов, Мир, М., 1972, 740 с.
  36. 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
  37. М. С. Агранович, М. И. Вишик, “Эллиптические задачи с параметром и параболические задачи общего вида”, УМН, 19:3(117) (1964), 53–161
  38. Б. А. Пламеневский, А. С. Порецкий, “О поведении волноводных матриц рассеяния в окрестности порогов”, Алгебра и анализ, 30:2 (2018), 188–237
  39. В. Г. Мазья, Пространства С. Л. Соболева, Изд-во Ленингр. ун-та, Л., 1985, 416 с.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML

© Пламеневский Б.А., Порецкий А.С., Сарафанов О.В., 2025

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».