Импульс волнового пакета

Как мы установили выше, волновая функция каждого атома или молекулы газа выглядит, как волновой пакет. Размеры такого пакета в конфигурационном пространстве имеют порядок величины й = (Йт/т) = (ЯЯв) . А по импульсам волновой пакет имеет неопределенность порядка др Н/Ь. Таким образом, волновой пакет занимает одну ячейку в фазовом пространстве. Соответственно, волновые функции атомов газа заполняют только очень малую долю ( 1 от всего фазового пространства. Именно по этой причине волновую функцию всех атомов в единичном объеме можно считать равной произведению (223) индивидуальных функций вида (230), т.е. [c.306]

Импульс волнового пакета [c.198]

Импульс волнового пакета 199 [c.199]

Пусть среду, в которой распространяется исследуемый волновой пакет (импульс), составляют элементарные осцилляторы (атомы), произвольно распределенные в вакууме. Когда передний край импульса (распространяющийся со скоростью с) дойдет до какого-либо атома среды, он раскачает его осциллирующий электрон и последний начнет излучать. Но этот процесс неизбежно должен характеризоваться какой- то инерционностью. Возникшее излучение, которое также движется со скоростью с (атомы находятся в пустоте), внесет свой вклад в структуру волнового пакета, но [c.52]

Электромагнитная теория света, заменившая старую волновую теорию, позволила существенно упростить постановку задачи. Но при ее применении к проблеме интерференции возникают трудности, связанные с тем, что в оптике, как правило, имеют дело не с монохроматическими волнами, а с импульсами, или волновыми пакетами. "Синусоидальная идеализация", которая оказалась вполне пригодной для описания широкого класса явлений, рассмотренных в предыдущих разделах, требует видоизменения при истолковании более тонких интерференционных эффектов. [c.175]

Геометрическая дисперсия представляет собой размазывание импульса из-за взаимодействий на границах неоднородности. Обусловленное геометрической дисперсией изменение формы распространяющегося импульса можно исследовать на основе анализа гармонических (синусоидальных) волновых пакетов. Для гармонических волн дисперсия проявляется в зависимости фазовой скорости от длины волны. (Для гармонических, или синусоидальных, волн фазовая скорость равна скорости [c.356]

Во мн. физ. задачах волновые пакеты ведут себя как самостоят. динамич, объекты (квазичастицы), переносящие энергию и импульс со скоростью И вообще, в соответствии с осн. принципами теории относительности групповая скорость любых В., способных пере-320 носить информацию, не может превышать скорости [c.320]

Линейный Ф. э.—не связан с передачей импульса фотона электронам и поэтому не меняется при изменении направления распространения света на обратное (при фиксированной линейной поляризации). Он обусловлен асимметрией распределения фотоэлектронов, к-рая создаётся двумя механизмами баллистическим, связанным с появлением направленного импульса при квантовых переходах, и сдвиговым, обусловленным смещением центра тяжести волнового пакета электрона при переходах. При этом вклад в ток дают как процессы поглощения света, так и рассеяния и рекомбинации (в состоянии теплового равновесия эти вклады компенсируются). [c.343]

T.O., при условии, что размерами волнового пакета по сравнению с характерным масштабом изменения потенциала и (л ) можно пренебречь, центр волнового пакета будет двигаться точно по законам классич. механики, записанным для ср. значений соответствующих физ. величин, т. е. соотношение между скоростью и импульсом частицы и 2-й закон Ньютона классич. механики выполняются в квантовой механике лишь для ср. значений физ. величин. [c.637]

Тот факт, что амплитуда волны является функцией переменной t — z/vg, означает, что волновой пакет распространяется со скоростью vg без изменения формы. Эта скорость называется групповой скоростью импульса, а ее величина в соответствии с (8.103) определяется наклоном кривой зависимости а к) в точке (О = соо- Обратившись к выражению (8.102), заметим, что несущая волна импульса распространяется со скоростью v=a)o/ko, т. е. с фазовой скоростью непрерывной волны на частоте со=соо-Заметим также, что в общем случае дисперсионного уравнения, представленного на рис. 8.11, а, фазовая скорость несущей волны отличается, вообще говоря, от групповой скорости. Посмотрим теперь, что происходит, когда в среде распространяются два импульса, имеющих ширины спектральных линий соответственно Д(01 и Д(02 с центрами при oi и иг (рис. 8.11,6). Если наклоны дисперсионной кривой на этих двух частотах имеют разные значения, то оба волновых пакета распространяются с различными групповыми скоростями Ug, и ugj. Таким образом, если максимумы обоих импульсов входят в среду одновременно, то после прохождения ими в среде расстояния L они становятся разделенными во времени на величину задержки [c.516]

РИС. 1.3. Схематическое изображение амплитуды поля, иллюстрирующее распространение волнового пакета в среде с дисперсией, определяемой выражением (1.5.2), в случае когда форма импульса остается неизменной. [c.25]

Основному материалу, связанному с нелинейными задачами, предпослана специальная глава, где дано довольно подробное изложение теории распространения волновых пакетов в линейной диспергирующей среде. Фемтосекундные лазерные импульсы внесли много нового и в этот, казалось бы давно уже завершенный, раздел волновой оптики. Проблемы основанной на достижениях пико- и фемтосекундной оптической технологии нестационарной лазерной спектроскопии в целом-далеко выходят за рамки этой книги. Поэтому мы ограничились лишь одним, но, как нам представляется, ярким примером — теснейшим образом связанной с волновой нелинейной оптикой активной спектроскопией комбинационного рассеяния. Переход к фемтосекундным импульсам позволяет получить здесь не только исчерпывающую информацию о релаксации энергии и фазы возбуждения, но и непосредственно наблюдать форму молекулярных колебаний. Книга завершается специальной главой, посвященной фемтосекундным лазерным системам. Акцент сделан на основных принципах и концепциях, лежащих в основе разработки систем, которые позволяют уже сейчас получать фемтосекундные импульсы в чрезвычайно широком диапазоне спектра, простирающегося от дальней инфракрасной области до вакуумного ультрафиолета. [c.8]

Длительности световых импульсов, генерируемых современными лазерными системами, могут составлять всего несколько периодов световых колебаний. Линейное распространение таких импульсов даже в слабо диспергирующей, среде (вдали от резонансов) уже на весьма коротких расстояниях кардинально-отличается от привычного для оптики распространения волновых пакетов неизменной формы с групповой скоростью. Дисперсия среды может чрезвычайно сильно изменить форму коротких импульсов. При специальном подборе начальной фазовой модуляции импульса и знака дисперсии появляются возможности целенаправленного управления его формой, сильного сжатия импульса — фокусировки во времени. Явления, возникающие при распространении коротких световых импульсов в диспергирующей среде, во многом сходны с дифракционным распространением и преобразованием узких световых пучков. В ряде случаев между этими разнородными иа первый взгляд явлениями можно проследить точную пространственно-временную аналогию. Много практически важных задач связано с прохождением коротких световых импульсов через оптические приборы, взаимовлиянием дифракционных и дисперсионных эффектов. Большой их круг является предметом фурье-оптики волновых пакетов. [c.17]

Наличие во втором приближении теории дисперсии точного решения для огибающей гауссовского импульса позволяет довольно просто рассчитать огибающую в диспергирующей среде для импульса произвольной формы. При этом по аналогии с методом, используемым в теории волновых пучков, световой импульс разлагается по гауссовским волновым пакетам [55]. [c.42]

Применяемые с этой целью оптические системы можно разделить на два типа. В одних воздействие на спектральные компоненты импульса происходит без разделения их в пространстве. Примеры таких устройств, базирующихся, по существу, на аналогии между дисперсионным расплыванием волновых пакетов и дифракцией волновых пучков, рассмотрены в этом и следующем параграфах. В другом типе систем, принципиально отличающихся от первого, спектральные компоненты импульса сначала разделяются в пространстве, что дает возможность независимо изменять их амплитуды и фазы (см. также 4.6). [c.45]

Временные и пространственные самовоздействия аналогии и различия. Физика самовоздействия волнового пакета проиллюстрирована на рис. 2.2, на котором качественно показано, как изменяются фаза импульса, его форма и частотный спектр s((o) по мере распространения в нелинейной диспергирующей среде с пС>0 при 2<0. Много общего с рассмотренным процессом имеет самовоздействие волнового пучка. Начальный этап самовоздействия пучка, как и волнового пакета, связан с фазовой самомодуляцией. Однако теперь это пространственная самомодуляция, при которой неоднородное распределение интенсивности за счет нелинейности показателя преломления деформирует волновой фронт. В среде с пС>0 при мощности пучка, превышающей так называемую критическую наведенная пространственная самомодуляция приводит к сжатию пучка с колоколообразным распределением интенсивности — возникает эффект самофокусировки [1]. [c.71]

Изучив основные закономерности распространения плоских волн, можно приступить к рассмотрению волн с более сложной пространственной структурой. Прежде всего мы рассмотрим обширный класс волн, направление распространения которых меняется произвольным образом, но эти изменения происходят достаточно плавно - на масштабах, много больших характерной длины волны. В линейной теории это приближеше соответствует геометрической акустике, когда геометрия волны описьшается системой лучей, причем распространение происходит независимо вдоль каждой лучевой трубки. Волны конечной амплитуды могут обладать аналогичными геометрическими свойствами, и тогда говорят о нелинейной геометрической акустике (НГА). Здесь приходится анализировать подчас весьма сложную игру нелинейных эффектов, с одной стороны, и эффектов расходимости волн, фокусировки, рефракции и т.д. — с другой. Отметим еще следующее обстоятельство. Методы линейной геометрической акустики и линейной геометрической оптики (изучающей распространение коротких электромагнитных волн) в общем аналогичны — ош основаны чаще всего на рассмотрении гармонических или квазигармонических во времени процессов или, реже, коротких импульсов волновых пакетов. Нелинейная же геометрическая оптика и акустика развивались различными путями если первая по-прежнему оперирует в основном с квазигармоническими волнами, то вторая имеет дело с непрерывными искажениями профиля волны, которые и в одномерном случае, как видно из предыдущей главы, не всегда просто описать. [c.75]

Нередко используется также накачка в виде импульса - волнового пакета конечной длины, тогда низкочастотное излучение имеет вид видеоимпульса сложной формы. В этих случаях говорят о режиме самодетектирования. Заметим, что при ненулевых в форма импульса может быть иной, чем на оси излучателя. [c.132]

Рассмотрим теперь звуковую волну, занимающую в каждый данный момент времени некоторую конечную область пространства (нигде не ограниченную твердыми стенками)—волновой пакет-, определим полный импульс л<ндкости в такой волне. Импульс единицы объема жидкости совпадает с плотностью потока массы j == pv. Подставив р = ро + р, имеем j = pov + pV Изменение плотности связано с изменением давления посредством р = р J -. С помощью (65,4) получаем поэтому [c.359]

TOBoii механики (Венцеля — Крамерса — Брил.т1юэна метод, ВКБ метод) — приближённый метод нахождения волновой ф-ции и уровней энергии квантовой системы при условии, что длина волны де Бройля А, частиц системы много меньше характерных размеров R изменения потенциала. В условиях К. п. квантовое неопределенностей соотношение позволяет построить волновой пакет, в к-ром неопределенности координаты и импульса гораздо меньше самих этих величин. Такой пакет будет двигаться, подчиняясь законам класснч. механики с точностью до малых величин порядка Х/Я. В простейшем случае- точечной частицы массы т с заданной энергией < , движущейся по законам классич. механики во внеш. поле с потенциалом U r), модуль импульса р (г) в данной точке пространства г равен р (г) = 2т S — и (г))] Длина волны связана с импульсом соотношением де Бройля X r) hjp r). Критерий применимости К. п. таков [c.252]

Оптические солвтоны. Чем определяется предельное нелинейное сжатие светового импульса и светового пучка При самосжатии плоских волновых пакетов, обусловленном продольными взаимодействиями, компрессия сдерживается дисперсионным расплыванием. При этом оказывается возможным устойчивый баланс [c.302]

Распространение мощных когерентных импульсов света в резоиансно-поглощающих средах (см. Самоинду-цированная прозрачность) также сопровождается соли-тОнЕЫми эффектами. Если длительность импульса Tq существенно меньше времён релаксации населённостей Ti и затухания свободной поляризации Т , то в результате поглощения в течение 1-й половины импульса и последующего усиления в течение 2-й половины импульса формируется стационарный волновой пакет, проникающий в среду на расстояние, существенно превышающее длину линейного поглощения (см. также Двухуровневая система). [c.577]

ЭРЕНФЁСТА ТЕОРЕМЫ—теоремы, утверждающие, что ср. значения величин (координат, импульса, энергии), характеризующих движение частицы в квантовой механике, а также ср. значение силы, действующей на частицу, связаны между собой ур-ниями, аналогичными соответствующим ур-ниям классич, механики. Установлены П. Эрен-фестом (Р. Ehrenfest, 1927) на основе сопоставления частице пакета волн де Бройля j (.Y, t) (см. Волновой пакет). В случае одной пространств, координаты (я), учитывая, что 1 1/(л , /) есть плотность вероятности обнаружить частицу в нек-рой точке х, естественно вводится понятие центра (тяжести) волнового пакета как ср. значения координаты [c.636]

Выбор достаточно узких волновых пакетов приводит к большому разбросу по импульсам, что, в свою очередь, влечёт за собой быстрое расплывание пакетов (квадратичный по времени закон расплывания ). Т. о., волновой пакет можно сопоставить с частицей только для очень коротких временных промежутков. Поиск нерасплываю-щихся волновых пакетов или частицеподобных решений приводит к рассмотрению нелинейных обобщений ур-ний динамики (см. Солитон). [c.637]

Нелинейные свойства оптических световодов самым ярким образом проявляются в области аномальной (отрицательной) дисперсии. Здесь могут существовать так называемые солитоны-образования, обусловленные совместным действием дисперсионных и нелинейных эффектов. Сам термин солитон относится к специальному типу волновых пакетов, которые могут распространяться на значительные расстояния без искажения своей формы и сохраняются при столкновениях друг с другом. Солитоны изучаются также во многих других разделах физики [1-5]. Солитонный режим распространения в волоконных световодах интересен не только как фундаментальное явление, возможно практическое применение солитонов в волоконно-оптических линиях связи. В данной главе изучается распространение импульсов в области отрицательной дисперсии групповых скоростей, особое внимание уделяется солитонному режиму распространения. В разд. 5.1 рассматривается явление модуляционной неустойчивости. Показано, что при наличии нелинейной фазовой самомодуляции (ФСМ) стационарная гармоническая волна неустойчива относительно малых возмущений амплитуды и фазы. В разд. 5.2 обсуждается метод обратной задачи рассеяния (ОЗР), который может быть использован для нахождения солитонных рещений уравнения распространения. Здесь же рассматриваются свойства так называемого фундаментального солитона и солитонов высщих порядков. Следующие две главы посвящены применению солитонов в некоторых системах. В разд. 5.3 рассматривается солитонный лазер разд. 5.4 посвящен использованию солитонов в волоконно-оптических линиях связи. Нелинейные эффекты высщих порядков, такие, как дисперсия нелинейности и задержка по времени нелинейного отклика, рассматриваются в разд. 5.5. [c.104]

Дан обзор современного состояния волновой оптики сверхкоротких импульсов. Особый акцент сделан на новых задачах, связанных с распространением предельно коротких импульсов. Изложены основы фурье-оптикн коротких волновых пакетов, распространяющихся в линейных диспергирующих средах. Рассмотрены нелинейные взаимодействия и самовоздействия фемтосекундных лазерных импульсов, компрессия фемтосекундных импульсов и возможности управления нх формой. Значительное внимание уделено физике формирования и взаимодействия оптических солитонов. Обсуждены основные тенденции развития фемтосекундных лазерных систем. [c.2]

Дисперсионные эффекты, подобно дифракции для волновых пучков, могут быть положены в основу разнообразных схем компрессии (фокусировки во времени) и преобразования формы коротких импульсов. Поэтому в последние годы бурное развитие получила фурье-оптика волновых пакетов, распространяющихся в диспергирующей среде. По существу, речь идет о задачах того же типа, что и задачи формиро- [c.18]

Эффективным методом получения приближенных уравнений, описывающих распространение короткого волнового пакета, является метод медленно меняющихся амплитуд (ММА) [6, 18]. В его основе лежит естественное предположение о медленности изменения комплексной амплитуды импульса на масштабах среднего периода колебаний 7о=2я/(Оо (юо — средняя частота импульса) и средней длины волны Xo— TJniwo)- Такой подход справедлив вплоть до длительностей импульсов т /Го 10. Метод ММА адекватен, таким образом, большинству задач линейной (и, как мы убедимся далее, нелинейной) оптики фемтосекундных импульсов. Вместе с тем в современной лазерной физике появился и такой необычный объект как лазерный импульс длительностью в один период [84]. Естественно, в этом предельном случае приближения, основанные на предположении о медленности изменения амплитуды, в принципе непригодны. [c.20]

На аналогичных преобразованиях световых имяульсов, происходящих в диспергирующих средах, основана фурье-оптика волновых пакетов. Здесь особый интерес представляют новые методы преобразования коротких импульсов в искусственных диспергирующих средах. Сильно диспергирующие системы, представляющие собой комбинации дифракционных решеток и призм, позволяют развернуть частотный фурье-спектр в пространстве и управлять амплитудами и фазами компонент частотного спектра — совершенно аналогично тому, как это делал Аббе с фурье-компонентами углового спектра. [c.33]

Поведение волнового пакета, как показано в 1.4, определяется знаком дисперсии среды. Особый интерес представляет случай aki<.0, поскольку позволяет указать путь самосжатия световых импульсов. Фазовая самомодуляция вызывает компрессию импульса, что в свою очередь увеличивает темп самомодуляции. [c.71]

Рис. 2.2. Самовоздействие спектрально-ограниченного волнового пакета и коллимированного светового пучка в среде с кубичной нелинейностью ( 2>0). При самовоздействии волнового пакета (k <.Q) а — линии равной интенсивности на плоскости (т , г) (сплошные) и фаза самомодуляции при различных =г//-д (штриховые) б —форма импульса в — спектр импульса, испытывающего ФСМ. Эти же картины применимы при самофокусировке пучка а — вид сбоку, лучи (сплошные) и волновые фронты при различных z/Lдиф б — профиль и в — угловой спектр пучка

Предыдущее рассмотрение относится к нелинейному распространению плоских волновых пакетов. Вместе с тем анализ пространственно модулированных сверхкоротких импульсов в линейных средах ( 1.6) показал усложнение картины распространения по сравнению с плоской волной. Что нового может привнести пространственная модуляция коротких импульсов в явление временого самовоздействия Ответ на этот вопрос — цель настоящего параграфа. [c.85]

В проблеме генерации сверхуширенного спектра сверхкоротких импульсов принципиальным представляется вопрос о связи между теорией самовоздействия волновых пакетов, развитой выше на временном языке, и теорией четырехфотонных процессов, основанной обычно на спектральных представлениях. Дальнейший анализ имеет своей целью выяснение этого вопроса. [c.93]

Одним из интереснейших явлений в физике нелинейных волн является формирование устойчивых волновых пакетов, распространяющихся на значительные расстояния без изменения формы. Нелинейная оптика играет в последние годы все большую роль в солитонной физике. В нелинейно-оптических процессах можно указать по крайней мере три типа солитонов. Прежде всего это так называемые шрединге-ровские солитоны, где возникновение устойчивых импульсов связано с балансом действия дисперсии и нелинейности в прозрачной среде. Генерация солитонов возможна и в условиях, когда под влиянием световых импульсов возникает изменение разности населенностей среды — резонансные солитоны. В этом случае солитон формируется, если площадь импульса (интеграл по времени от огибающей) превышает пороговое значение, а длительность импульса меньше характерных времен релаксации. Наконец, оптические солитоны могут возникнуть в среде с квадратичной нелинейностью при взаимодействии волн с сильно различающимися частотами. Образование солитонов здесь связано с балансом эффектов группового запаздывания волн и нелинейного взаимодействия. Этот вид солитонов обсуждается в 3.4. В настоящем параграфе рассматриваются шредингеровские и резонансные солитоны. [c.95]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...