Transient Electromagnetic Waves in Nonlinear Media

Abstract: Popular Abstract in Swedish Denna avhandling behandlar hur elektromagnetiska vågor utbreder sig i olika material. Vanligtvis antar man i elektromagnetiska problem att materialen är linjära, det vill säga om man vet att man får en viss utsignal från materialet vid en given insignal, så förväntar man sig att få två gånger så stor utsignal om man fördubblar insignalen. I avhandlingen försöker vi klara oss utan denna egenskap, och utvecklar metoder som inte behöver linjäritet för att behandla vågutbredning. Detta kan behövas för att beskriva fenomen där man använder mycket stora energier, och vi ger ett antal olika exempel på sådana situationer i den allmänna inledningen, som föregår de fem vetenskapliga artiklar som utgör huvuddelen av avhandlingen. Olika problem som behandlas i detta verk är hur man kan tolka mätningar utförda på olinjära material, och hur vågutbredningen i materialen kan beskrivas. Vi undersöker dels material som har samma egenskaper i alla riktningar, så kallade isotropa material, som material som har särskilda egenskaper i någon riktning, så kallade anisotropa material. Det visar sig att man vanligtvis har två olika vågutbredningshastigheter i ett olinjärt material. Dessa hastigheter kallas karakteristiska hastigheter, som dessutom visar sig bero på hur starka vågor vi försöker skicka genom materialet. Ett typiskt fenomen som inträffar med vågutbredning i olinjära material är så kallade chockvågor. Detta är vågor som kan börja som lugna och mjuka vågor, men efter en viss ändlig tids utbredning börjar de kantra och blir skarpare och skarpare. Ett typiskt exempel på detta är vattenvågor som kommer in mot en grund strand; då avståndet mellan vattenytan och botten minskar, kommer toppen av vågen att färdas snabbare än resten, varpå vågen till slut bryts och vi får de typiska bränningar som kan iakttas vid en strand. Det visar sig att det finns tre sorters elektromagnetiska chockvågor, som skiljer sig åt beroende på hur snabbt de utbreder sig i förhållande till de två karakteristiska hastigheterna som vi nämnde i förra stycket: de snabba, långsamma eller mellanliggande chockvågorna.