 Рис. 1. Прорежение спектра мод при замене закрытого (а) резонатора
открытым (б): в, г - собственные частоты
резонаторов, д, е - амплитуды колебаний в резонаторах как функции частоты
w возбуждающего сигнала |
Селекция мод - прорежение спектра мод (собств. колебаний и волн)
в системах с большим числом степеней свободы. Примером селекции мод может служить
удаление боковой стенки у электромагного резонатора цилиндрич. конфигурации
(рис. 1). Эта операция вносит большие излучат. (дифракц.) потери в моды,
образованные лучами с большим наклоном к оси системы, сохраняя относительно
малое затухание (высокую двбротность) лишь для мод, образованных лучами,
почти перпендикулярными зеркалам. Благодаря этому зеркальный резонатор
способен резонировать на дискретных, изолиров. частотах в существенно более
высокочастотной области спектра, чем исходный закрытый резонатор (на рис.
1 и далее зависимость полей от времени принята в виде
).
Селективными свойствами обладает и зеркальный волновод (рис. 2), обеспечивающий малые излучат. потери для осн. моды (с простейшей, «одногорбой» поперечной структурой поля) и большие потери для мод высших типов (с «многогорбой» поперечной структурой поля). Это стабилизирует структуру волнового потока и снижает искажения передаваемого сигнала.
Селективные свойства могут быть приданы волноводам и резонаторам и закрытого типа - спец. подбором формы (напр., волноводы П- и Н-образного сечений) и спец. расположением поглощающих вставок.
К селекции мод прибегают при создании генераторов и усилителей любых типов
(электронных вакуумных приборов, приборов полупроводниковой электроники,
лазеров и т. п.) для обеспечения пространственно-временной когерентности
выходного сигнала в режимах большой мощности. Простейшей моделью (рис.
3) могут служить два колебательных контура, нагруженных на общий
активный (с проводимостью отрицат. знака) элемент: подбором соотношений
между параметрами реактивных, диссипативных и активного элементов можно
добиться того, чтобы на уровне малого сигнала условие нарастания 
выполнялось лишь для одной из нормальных (связанных) мод системы. Даше
если условие нарастания выполнено сразу для обеих мод, то при увеличении
амплитуды автоколебаний нелинейность, присущая любой реальной активной
среде, порождает взаимодействие (конкуренцию) «горячих» мод, что при
определ. условиях может привести к установлению режима генерации единств.
моды.
Рис. 3. Система колебательных контуров с общим активным (Rакт
< 0) элементом и спектр её нормальных мод - затухающей |
Возможности селекции мод в генераторах и усилителях мощного излучения расширяются в случаях, когда проводимость активной среды обладает резонансной зависимостью от частоты или (и) - в случае среды с пространственной дисперсией - от постоянной распространения волны. Для селекции мод используются и геом. факторы - различия в связи между активной средой и модами, обладающими разной пространственной структурой.
В природных условиях проявления селекции мод можно усмотреть в структурах ветровых волн и перистых облаков, НЧ-колебаниях ионосферы под действием солнечного ветра и др. колебательно-волновых процессах с узкими частотными спектрами и узкой направленностью. С селекцией мод связаны и нек-рые случаи «сверхдальнего» распространения звуковых волн (типа эффекта шепчущей галереи).
Н. Ф. Ковалёв, М. И. Петелин
|
|
 |
и нарастающей
во времени.