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螺旋波广泛地存在于物理、化学和生物系统中,其的形成是在远离热平衡的可激发系统中自组织行为的一个绝好的例子。多臂螺旋波作为螺旋波的一种,比单臂螺旋波有着更高的对称性。本论文主要研究了在外界影响下可激发系统中多臂螺旋波的稳定性和漂移特性。外界影响包括直流电场、交流电场、圆偏振电场和介质激发性周期性调制等。具体来说,本论文的结构如下:
在第一章中,我们概述了斑图动力学的基本背景,特别是激发介质中的激发波,以及波在传播过程中所满足的基本动力学关系。我们还描述了在弱激发极限下系统的动力学行为以及弱激发介质中的螺旋波。
在第二章中,我们介绍了多臂螺旋波。首先我们介绍了多臂螺旋波的发现过程,描述了以缺陷为中心的多臂螺旋波和自发形成的螺旋波。接下来讨论了单臂螺旋波之间的相互作用、螺旋波束缚对以及多臂螺旋波之间的相互作用。不同模型中模拟显示多臂螺旋波只能在弱激发介质中稳定存在。最后我们给出多臂螺旋波的动力学行为。
在第三章中,我们研究了圆偏振电场对多臂螺旋波稳定性的影响。研究显示,旋转周期是多臂螺旋波稳定性的一个重要指标。当两臂螺旋波旋转的平均周期低于某个值时,两个臂之间的排斥相互作用变得很强,最终两臂螺旋波将分解成两个单臂螺旋波。我们发现,频率与强度都合适并且与螺旋波旋转方向相反的圆偏振电场可以有效地提高两臂螺旋波的旋转周期,从而减弱它们之间的相互作用,最终使两臂螺旋波稳定。在原先不能存在稳定的三臂螺旋波的参数区间中,我们展示了用反向的圆偏振电场将三臂螺旋波成功稳定住的例子。
在第四章中,我们研究了在电场作用下和周期性改变介质激发性时多臂螺旋波的漂移行为。研究发现,在直流电场作用下,对于两臂和三臂螺旋波,其端点都朝相同的方向漂移,整个多臂螺旋波在漂移过程中保持稳定。在交流电场的电场频率等于两倍螺旋波旋转频率时两臂螺旋波的端点漂移方向也相同,且两臂螺旋波在漂移过程中也保持稳定。但是,当介质的激发性被周期性地调制并且调制周期等于螺旋波旋转周期时,两臂螺旋波的两个端点朝相反的方向漂移,两臂螺旋波因此分解成两个单臂螺旋波。当交流电场的频率不等于两倍螺旋波旋转频率和介质激发性的调制周期不等于螺旋波的旋转周期时,多臂螺旋波没有出现漂移现象。基于运动学理论我们对以上行为作了解析分析,分析结果与模拟结果一致。
在第五章中,我们对本论文涉及的研究工作做了总结。