Селекция мод. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

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.

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).

Литература по селекции мод

Знаете ли Вы, как разрешается парадокс Ольберса?
(Фотометрический парадокс, парадокс Ольберса - это один из парадоксов космологии, заключающийся в том, что во Вселенной, равномерно заполненной звёздами, яркость неба (в том числе ночного) должна быть примерно равна яркости солнечного диска. Это должно иметь место потому, что по любому направлению неба луч зрения рано или поздно упрется в поверхность звезды.
Иными словами парадос Ольберса заключается в том, что если Вселенная бесконечна, то черного неба мы не увидим, так как излучение дальних звезд будет суммироваться с излучением ближних, и небо должно иметь среднюю температуру фотосфер звезд. При поглощении света межзвездным веществом, оно будет разогреваться до температуры звездных фотосфер и излучать также ярко, как звезды. Однако в дело вступает явление "усталости света", открытое Эдвином Хабблом, который показал, что чем дальше от нас расположена галактика, тем больше становится красным свет ее излучения, то есть фотоны как бы "устают", отдают свою энергию межзвездной среде. На очень больших расстояниях галактики видны только в радиодиапазоне, так как их свет вовсе потерял энергию идя через бескрайние просторы Вселенной. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.