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摘要
目前对涡旋电磁波的产生方法及应用已经有很多理论及实验上的研究，但对于其传播过程的研究还非常缺乏，尤其是在电离层等离子体中的传播过程的研究.本文建立了柱坐标系下的时域有限差分方法模型，推导了柱坐标系下的边界吸收方法，在此基础上计算了涡旋电磁波在真空及等离子体中的传播过程，同时模拟了等离子体密度在涡旋电磁波作用下的时空演化过程.模拟结果表明：通过阵列天线模型产生的涡旋电磁波在真空中传播时涡旋的形状不会改变；在等离子体介质中，涡旋波的传播依然遵循线性理论，当涡旋电磁波遇到截止频率的等离子体时也会有明显的反射，并产生驻波；同时，在等离子体中涡旋波依然可以保持涡旋形态；涡旋波对等离子体的线性作用使得等离子体也呈现出涡旋态，与实验中的观测相符.以上的模拟结果能为涡旋电磁波加热电离层的实验以及未来在短波通信方面的应用提供理论支持.本文建立的涡旋波在等离子体中的传播模型也为进一步研究涡旋波与等离子体的非线性相互作用打下了基础.
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单位武汉大学; 哈尔滨工业大学（深圳）
