Scattering of plane plasma waves from a plasma sphere

Summary

The scattering of plane longitudinal and transverse plasma waves from a plasma sphere is investigated. The general expressions of scattering cross-sections are given and for the limiting cases well-known hydrodynamics and electromagnetic solutions are obtained. Furthermore, it is shown that by boundary coupling, incident longitudinal or incident transverse plasma waves generate longitudinal and tranverse plasma waves in scattered and transmitted fields. We find that pure acoustic type of radiation is possible only upon the incidence of a longitudinal wave on the plasma sphere. This mode of radiation is the lowest mode (zero mode) of the scattered waves. Light radiated from the incidence of longitudinal waves is not polarized, whereas the incident transverse waves generate polarized light. The problem of light scattering from a plasma sphere is treated, and as a special case, the results of the problem of Mie are derived. Furthermore, in Rayleigh-wave range, agreement with Born approximation solution is established. In this range of wave-lengths the lowest modes have scattering cross-sections proportional to the fourth power of the wave number, and the scattered longitudinal waves are created more efficiently than the scattered transverse waves.

Riassunto

Si studia lo scattering delle onde piane longitudinali e trasversali da parte di una sfera di plasma. Si dànno le espressioni generali della sezione efficace di scattering e per i casi limite si ottengono ben note soluzioni idrodinamiche ed elettromagnetiche. Inoltre si mostra che per accoppiamento ai bordi, le onde ineidenti longitudinali o trasversali del plasma generano onde longitudinali e del plasma nei campi soggetti a scattering e trasmessi. Si trova che il tipo puramente acustico di radiazione è possibile solo per incidenza di un‘onda longitudinale sulla sfera di plasma. Questo modo di radiazione è il modo più basso (modo zero) delle onde soggette a scattering. La luce irradiata per incidenza di onde longitudinali non è polarizzata, montre le onde trasversali ineidenti generano luce polarizzata. Si tratta il problema dello scattering della luce da parte di una sfera di plasma, e, come caso speciale, si deducono i risultati del problema di Mie. Inoltre, nelcampo d‘onda di Rayleigh, si stabilisce una concordanza con la soluzione in approssimazione di Born. In questo campo di lunghezze d‘onda i modi inferiori hanno sezioni efficaci di scattering proporzionali alla quarta potenza del numero d‘onda e le onde longitudinali soggette a scattering sono create con efficienza maggiore delle onde trasversali soggette a scattering.