Черенковское и переходное излучение заряженных сгустков в сложных диэлектрических, волноведущих и сетчатых структурах

Проанализировано излучение малого сгустка зарядов при его влете из вакуума в полупространство, заполненное киральной изотропной средой. Получены строгие аналитические выражения для временных Фурье-гармоник компонент поля как в вакууме, так и в среде (основное внимание уделено анализу поля в вакууме). Указано на наличие в вакууме волны с поляризацией, ортогональной поляризации собственного поля заряда (кросс-поляризации). Получены асимптотики Фурье-гармоник поля в волновой зоне. Отмечено, что сферическая волна переходного излучения в вакууме обладает эллиптической поляризацией, а параметры эллипса поляризации связаны с параметром киральности среды. Проведено исследование диаграмм направленности и возможных форм эллипса поляризации в типичных частотных диапазонах киральной среды Кондона. Проанализирована структура поля, создаваемого диэлектрическим концентратором излучения Вавилова-Черенкова. Показано, что в идеальном случае (когда скорость движения заряда совпадает с расчетной) поперечная компонента электрического поля обращается в нуль как в фокусе, так и на всей оси симметрии мишени, а продольная компонента имеет в фокусе выраженный максимум. Также в этом случае исследовано влияние размеров мишени и ее диэлектрических свойств на поведение отмеченных компонент поля в окрестности фокуса. При отклонении скорости заряда от расчетной строгий фокус пропадает, и преломленные лучи образуют в пространстве каустики, в окрестности которых также имеет место существенное возрастание поля. Отмечено, что смещение области концентрации вперед или назад (по отношению к расчетному фокусу) связано, соответственно, с отрицательным или положительным отклонением скорости заряда от расчетной величины. В рамках двух аналитических подходов рассмотрено взаимодействие симметричной поперечно-магнитной волноводной моды с открытым концом цилиндрического волновода со сплошным диэлектрическим заполнением. В рамках первого подхода проведена модификация известного из литературы метода, развитого для плоских волноводов, на случай цилиндрической геометрии. Численно решена задача факторизации для уравнения Винера-Хопфа-Фока и получена бесконечная система алгебраических уравнений на амплитуды отраженных мод. В случае быстрой набегающей моды исследована модовая структура отраженного поля, рассчитано поведение поля на открытом торце и построены диаграммы излучения в дальней зоне. В рамках второго подхода исследован случай, когда волновод с открытым концом помещен в соосный регулярный вакуумный волновод большего радиуса (закрытая геометрия). С помощью модифицированного метода вычетов проанализирован модовый состав отраженного и проходящего поля для ряда типичных структур, а также изучена возможность вывода излучения в открытое пространство через открытый конец широкого волновода и построены диаграммы направленности. Также построено решение аналогичной задачи в случае возбуждения структуры движущимся заряженным сгустком. Проведено прямое численное моделирование описанных структур в пакетах CST и Comsol и показано, что полученные результаты совпадают с аналитическими с точностью в пределах долей процента. Проанализировано излучение протяженного в продольном направлении заряженного сгустка при его пролете мимо края полубесконечной системы параллельных проводников ортогонально ее плоскости. Проведено сравнение со случаем пролёта сквозь бесконечную сетку. Показано, что диаграмма направленности переходного излучения теряет аксиальную симметрию и появляется излучение вдоль линии движения заряда. Показано, что профили генерируемых поверхностных волн не изменяются при распространении, причем они имеют ярко выраженные экстремумы, соответствующие фронтам сгустка. Численно исследовано убывание амплитуды поверхностных волн при удалении сгустка от края структуры, а также влияние на профили этих волн периода структуры и конечной проводимости проводов.