Стартовая Предметный указатель Новости науки и техники
Новости науки и техники
Взгляд в 2020 год. Лазеры
Будущие открытия в области физики лазеров.
Корреспонденты журнала Nature опросили ученых из разных областей науки.
Те, кто задумал и изобрел лазер 50 лет назад не могли предсказать той роли, которую они стали играть в течение последней половины века: от средств связи до контроля окружающей среды, от производства до медицины, от развлечений до научных исследований. Далее...

Лазер

линейное взаимодействие волн

ЛИНЕЙНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ВОЛН - явление перераспределения волнового движения между различными нормальными волнами, происходящее в результате изменения свойств среды в пространстве и(или) во времени под действием внеш. факторов. Это явление наз. также линейной трансформацией волн. Оно не связано с нарушением принципа суперпозиции волновых полей, в отличие от нелинейного взаимодействия волн, при к-ром пространственно-временное изменение свойств среды обусловлено самими взаимодействующими волнами.

Понятие "Л. в. в." удобно рассмотреть на примере линейного взаимодействия колебаний. Напр., для системы связанных осцилляторов

2549-121.jpg

с изменяющимися на нек-ром интервале времени 2549-122.jpg коэф. связи 2549-123.jpg и частотами 2549-124.jpg явление линейного взаимодействия мод с собств. частотами 2549-125.jpg заключается в том, что амплитуды их колебаний, взаимно независимых при 2549-126.jpg при 2549-127.jpgстановятся взаимно зависимыми. Взаимная трансформация мод существенна, если характерное время изменения параметров системы меньше или порядка периода биений 2549-128.jpg между к--л. двумя модами l и т. Если ф-ции 2549-129.jpgи2549-130.jpg достаточно гладкие, то моды остаются независимыми; изменение их амплитуд (в отсутствие диссипации энергии мод Wl) происходит в соответствии с законом сохранения адиабатических инвариантов Ii=2549-131.jpg Поэтому говорят также о неадиа-батич. переходе между модами (см. также Пересечение уровней). Линейное взаимодействие колебаний возникает при столкновении молекул, в связанных радиотехн. контурах, СВЧ- или акустич. резонаторах и др. нестационарных колебат. системах.

Аналогично, если свойства стационарной сплошной среды или волновода меняются вдоль направления распространения волн (ось z), то возникает линейное взаимодействие монохроматич. нормальных волн с показателями преломления nl2549-132.jpg z) (и одинаковой частотой 2549-133.jpg Исходная система ур-ний для вектора е, образованного TV комплексными компонентами2549-134.jpg рассматриваемого волнового поля, имеет вид 2549-135.jpg-iTe. Здесь опущен множитель ехр2549-136.jpg штрих обозначает дифференцирование по безразмерной координате2549-137.jpgk0z, где k0=2549-138.jpgc=const - характерная фазовая скорость волн. В каждой точке2549-139.jpgс помощью ур-ния2549-140.jpg = н;// определяют полную систему собств. векторов е/ и их собств. значения nl, l=1, . . ., N;2549-141.jpg

Замена е= где 2549-142.jpglеl, приводит к ур-ниям

Л. в. в. 2549-143.jpg 2549-144.jpg

Здесь2549-145.jpg - означает комплексное сопряжение, а вид множителей Фl2549-146.jpg определён условием 2549-147.jpg=0; 2549-148.jpg - взаимная к 2549-149.jpgсистема векторов.

В приближении геом. оптики alm=0 и2549-150.jpg2549-151.jpg с постоянными fl0 (см. Геометрической оптики метод). Л. в. в. отвечает нарушению этого приближения, возникающему вследствие неоднородности собств. векторов поляризации волн 2549-152.jpg вдоль направления распространения, когда 2549-153.jpg а значения flо нельзя считать постоянными, ь прозрачной среде при 2549-154.jpg Л. в. в. характеризуется перераспределением их потоков энергии, равных 2549-155.jpg Возможна взаимная трансформация как встречных волн (прямой и отражённой), так и попутных волн (распространяющихся в одном направлении). Как и в случае нестационарных связанных колебаний, Л. в. в. несущественно, если характерный масштаб изменения ф-ций 2549-156.jpg 2549-157.jpgвелик по сравнению с пространственным периодом биений волн 2549-158.jpg\nl-nm\. Поэтому в плавно неоднородной среде Л. в. в. происходит только в области сближения показателей преломления nl и пт (для попутных волн) либо в области малых значений показателей преломления (для встречных волн). В слабо неоднородной среде эффективное Л. в. в. возможно при наличии периодич. модуляции её свойств вдоль направления распространения. Оно возникает вследствие пространственного параметрического резонанса к--л. двух волн при условии, что период модуляции примерно кратен периоду биений между ними. Это отвечает Брэгга - Вулъфа условию в случае трансформации двух встречных волн одного типа, когда пт= -ni.

Л. в. в. определяет спектр и поляризацию отраженного и проходящего излучения. Поэтому измерение параметров излучения позволяет судить о локальной неоднородности среды в области Л. в. в., а изменение неоднородности позволяет управлять свойствами излучения. Эти возможности используют, напр., в физике плазмы (лабораторной и космической), физике лазеров, акустоэлектронике и акустооптике, оптике жидких кристаллов, магнитооптике, волоконной оптике, в волноводах и др. линиях передачи.

При распространении через неоднородный слой нестационарной среды возможно Л. в- в. на разных частотах. В частном случае слабого периодич. возмущения свойств среды наиб. благоприятные условия Л. в. в. отвечают параметрич. взаимодействию тех волн, для к-рых невозмущённые частоты 2549-159.jpg2 и волновые векторы k1, 2 связаны с частотой2549-160.jpg и волновым вектором k3 возмущений в слое условиями волнового синхронизма: 2549-161.jpg k1bk2=bk3. Если дисперсия волн отсутствует, то Л. в. в. в пространстве сводится к линейному взаимодействию колебаний (в системе отсчёта, движущейся вместе с неоднородностями среды).

Лит.: Заславский Г. М., Мейтлис В. П., Филоненко Н. Н., Взаимодействие волн в неоднородных средах, Новосиб,, 1982; Железняков В. В., Комаров-ский В. В., Кочаровский В л. В., Линейное взаимодействие электромагнитных волн в неоднородных слабоани-зотрошшх средах, "УФН", 1983, т. 141, с. 257.

В. В. Кочаровский, Вл. В. Кочаровский.

  Предметный указатель