In this paper we develop a theoretical framework for the phase-space Gaussian beamlet decomposition of the beam-like wavefields in plasmas. It is based on the discrete Gabor expansion of the wavefield distribution along a pre-selected equiphase surface. In particular, we consider the situations where the Gaussian beamlets can be chosen much narrower than the parent beam, though much wider than the wavelength of the radiation. Eventual summation of the independently computed beamlets will thus give the net wavefield that properly accounts for the effects of smaller-scale inhomogeneities. While using the standard beam-tracing (BT) method for the computation of each propagating beamlet, this approach is able to improve the accuracy of the stand-alone BT technique applied to the wide parent beam in cases of strong refraction or oblique absorption. We demonstrate the potency and relatively low computational cost of the introduced method in numerical examples, which reproduce different patterns of microwave propagation in the TJ-II stellarator plasma.
本論文では、プラズマ中のビーム状波動場に対する位相空間ガウスビームレット分解の理論的枠組みを構築する。これは、事前に選択された等位相面に沿った波動場分布の離散ガボール展開に基づくものである。特に、ガウスビームレットが親ビームよりもはるかに狭く、かつ放射の波長よりもはるかに広い場合を考察する。独立に計算されたビームレットの最終的な重ね合わせにより、より小規模な不均一性の影響を適切に考慮した正味の波動場が得られる。各伝搬ビームレットの計算に標準的なビームトレーシング（BT）法を用いながらも、本手法は、強い屈折または斜め吸収が生じる場合において、広い親ビームに適用した単独のBT法の精度を向上させることができる。我々は、TJ-IIステラレータプラズマにおけるマイクロ波伝搬の様々なパターンを再現する数値例を通じて、本手法の有効性と比較的低い計算コストを実証する。