The propagation of high-frequency (HF) waves through inhomogeneous magnetized plasmas, to investigate energy absorption mechanisms, mode conversion, and the resulting stimulated electromagnetic emissions (SEEs) is studied, aiming to illuminate the underlying physical mechanisms. A Fully electromagnetic (EM) particle-in-cell method is employed to simulate the interaction between a high-power left-hand circularly polarized HF wave and a magnetized plasma with a linearly increasing density gradient. Two conditions are considered: magnetic field aligned with the HF wave propagation direction and perpendicular to the HF wave propagation direction. The dynamics of HF wave–plasma interactions, the nature of mode conversion, excited stimulated modes, and the conditions that enhance or inhibit SEEs are studied. Parallel propagation to the magnetic field induces small amplitude plasma modes near the left-hand cutoff frequency. In perpendicular propagation into the magnetic field, the incident circularly polarized HF wave decomposes into two distinct polarization modes: the ordinary mode (O-mode) and the extraordinary mode (X-mode). The O-mode behaves as a linearly polarized EM wave and reflects at the ordinary wave cutoff frequency which leads to excitation of plasma modes. However, the X-mode propagating partly transverse and partly longitudinal through the plasma stops propagating at the right-hand cutoff frequency. At this point, it is absorbed and converted into strong EM and electrostatic modes, resulting in a substantial energy loss. The results indicate that considering an elliptically polarized HF wave instead of a circular one can lead to more efficient heating of plasmas. The generated linear and nonlinear plasma modes are investigated using fast Fourier transform analysis. The suppression of SEEs at integer multiples of electron gyroharmonic frequencies observed in experiments is also investigated. It is shown that the resonance of the transmitted HF wave at the upper-hybrid frequency causes this suppression. These results have important implications for plasma diagnostics and heating experiments.
不均一な磁化プラズマ中における高周波（HF）波の伝播を、エネルギー吸収機構、モード変換、および結果として生じる誘導電磁放射（SEEs）を調査するために研究し、その根底にある物理的メカニズムを解明することを目的とする。完全電磁（EM）粒子インセル法を用いて、高出力の左回り円偏波HF波と、線形に増加する密度勾配を持つ磁化プラズマとの間の相互作用をシミュレーションする。2つの条件を考慮する。すなわち、磁場がHF波の伝播方向と平行な場合と、HF波の伝播方向と垂直な場合である。HF波-プラズマ相互作用のダイナミクス、モード変換の性質、励起された誘導モード、およびSEEsを増強または抑制する条件を研究する。磁場に平行な伝播は、左回りカットオフ周波数付近で小振幅のプラズマモードを誘起する。磁場に対する垂直伝播では、入射する円偏波HF波は、常波モード（Oモード）と異常波モード（Xモード）という2つの異なる偏波モードに分解される。Oモードは線形偏波EM波として振る舞い、常波カットオフ周波数で反射し、それがプラズマモードの励起を引き起こす。しかし、プラズマ中を部分的に横方向および部分的に縦方向に伝播するXモードは、右回りカットオフ周波数で伝播を停止する。この時点で、Xモードは吸収され、強いEMモードおよび静電モードに変換され、その結果、大きなエネルギー損失が生じる。結果は、円偏波の代わりに楕円偏波HF波を考慮すると、プラズマのより効率的な加熱につながり得ることを示している。生成された線形および非線形プラズマモードは、高速フーリエ変換解析を用いて調査される。実験で観測された、電子ジャイロ高調波周波数の整数倍におけるSEEsの抑制も調査される。透過したHF波の上部ハイブリッド周波数における共鳴がこの抑制を引き起こすことが示される。これらの結果は、プラズマ診断および加熱実験にとって重要な意味を持つ。