Взаимодействия электромагнитных волн с акустическими волнами

Взаимодействия электромагнитных волн с акустическими волнами [c.147]

После обсуждения в гл. 1 общих свойств соотношения Р. Е,) перейдем к рассмотрению особенностей поведения электронов, атомов и молекул при их взаимодействии с электромагнитными полями, с учетом нелинейных эффектов. В 2.1 будет исследовано возникновение поляризации в системе несвязанных носителей заряда (плазма) под действием электромагнитного поля. Поляризационные свойства электронов в атомах и молекулах описываются в 2.2 мы придем к модельным представлениям, позволяющим объяснить такие важные эффекты НЛО, как получение высших гармоник и смешение света. Два следующих параграфа посвящены изучению взаимодействия электрических полей с молекулами. В этой связи будут описаны эффекты ориентации анизотропных молекул ( 2.3), позволяющие объяснить специфические особенности распространения волн в НЛО, например самофокусировку. Кроме того, рассматривается взаимодействие с оптическими молекулярными колебаниями ( 2.4), приводящее к модели для объяснения вынужденного комбинационного рассеяния. Взаимодействие с акустическими колебаниями обсуждается в 2.5 и на этой основе дается интерпретация вынужденного бриллюэновского рассеяний. Если первые пять параграфов настоящей главы посвящены исследованию возникновения поляризации, то в 2.6 рассматривается намагниченность системы атомных ядер под влиянием внешних магнитных полей. Соответствующее решение уравнений Блоха для ядерной намагниченности приводит к появлению нелинейных компонент намагниченности, которые могут быть объяснены точно так же, как нелинейные компоненты электрической поляризации электронов, атомов и молекул. [c.103]

Если условия синхронизма выполняются для очень большого числа волн, то в результате взаимодействия форма волны уже будет далека от синусоидальной. Квазигармоническое приближение здесь не работает. Однако часто оказывается, что число взаимодействующих волн невелико. Такие задачи очень важны для нелинейной оптики, физики твердого тела, физики плазмы. Например, классической задачей нелинейной оптики является задача о вынужденном рассеянии Мандельштама-Бриллюэна [4, 5] падающая на кристалл световая волна частоты и>1 вызывает модуляцию плотности среды (электрострикционный эффект), возникает акустическая волна частоты Ш2- Происходит отражение света от появившихся неоднородностей, результатом чего является возникновение волны частоты Шз = 1— 2, распространяющейся в обратную сторону (см. рис. 17.1г). Взаимодействие волн при этом в одномерном случае (световая волна с напряженностями электромагнитного [c.360]

Таким образом, подход к нелинейным акустическим волнам с точки зрения спектрального анализа удобен не всегда. Он весьма плодотворен в тех случаях, когда можно ограничить число взаимодействующих гармоник за счет выбора специальных свойств среды, в которой распространяется волна. Это часто имеет место в случае нелинейных электромагнитных волн [10]. [c.21]

Нелинейные свойства твердых тел, описываемые ангармоническими членами в уравнениях теории упругости, известны достаточно давно. Ниже мы убедимся, что теория нелинейных взаимодействий акустических волн может быть развита точно так же, как это было сделано ранее для электромагнитных волн. Вместе с тем следует отметить, что, поскольку для заданного направления распространения возможны три типа акустических волн, а соотношения между деформацией и напряжением уже для линейного случая описываются тензором четвертого ранга, теория нелинейных взаимодействий акустических волн оказывается более сложной, нежели соответствующая теория для электромагнитных волн. [c.147]

Мы не будем здесь, однако, подробно рассматривать акустические нелинейные эффекты, а проследим лишь аналогию их с нелинейными электромагнитными взаимодействиями. Для этой цели достаточно рассмотреть случай чисто продольных акустических волн пусть они распространяются в направлении оси 2. В области гипер-звуковых частот акустические и оптические длины волн оказываются сравнимыми. Частотная дисперсия для акустических волн весьма мала, так что нетрудно осуществить точное согласование фазовых скоростей на расстояниях порядка 1 см. Кроме того, затухание акустических волн может быть весьма малым в чистых кристаллах при температуре жидкого гелия акустическая волна затухает в е раз на расстояниях порядка Ю см и более. Не представляет труда возбудить акустические волны с интенсивностями, при которых начинают проявляться нелинейные свойства среды. В теории нелинейных взаимодействий акустических волн роль использованных нами ранее соотношений для векторов Р и Е должны иг-10 [c.147]

Теория этого эффекта обсуждалась многими авторами [14—24]. При классической трактовке вынужденного комбинационного рассеяния как параметрического процесса [25] его можно рассматривать как явление, в значительной мере аналогичное вынужденному рассеянию Мандельштама — Бриллюэна связь между световой волной стоксовой частоты со и оптическими фононами с частотой (Ог1 возникает в поле волны накачки частоты юх, = (0 + и- Основное различие этих явлений состоит в том, что дисперсионные характеристики среды для оптических фононов существенно отличаются от таковых для акустических фононов. Для колебаний типичной молекулярной группы, например СО3 в кальците или С — Н в молекулярных органических жидкостях, ширина соответствующей фононной ветви весьма мала. Поскольку интерес представляют лишь длинноволновые фононы с длиной волны, соответствующей длине волны света, ка < 10 (здесь а — характерный внутриатомный размер), частота сои постоянна при изменении волнового числа в довольно широких пределах. Поэтому закон сохранения импульса при рассеянии на таких оптических фононах выполняется для произвольного направления распространения электромагнитной волны с частотой соз. Дисперсионные характеристики для электромагнитных волн и оптических фононов представлены на фиг, 16. Из-за колебательно-электронного взаимодействия дис- [c.164]

Параметр 81. характеризует влияние эффектов, связанных с продольными акустическими волнами, по сравнению с эффектами электромагнитных волн. Величина С/, есть не что иное, как скорость классической продольной упругой волны параметр 81 обычно имеет порядок 10-"—10-1°. Параметр ег характеризует величину скорости распространения волн при больших оптических волновых числах. Этот параметр связан с компонентами тензора взаимодействия и имеет порядок [c.495]

Параметр здесь характеризует величину скорости распространения акустических волн (ст — скорость распространения обычных поперечных упругих волн), а — скорость распространения оптических мод, измененную начальной поляризацией. Соотношение (7.10.19)1 связано с акустической модой, а про соотношение (7.10.19)2 можно сказать, если следовать гл. 1, что оно дает решения поляритонного типа (здесь имеется взаимодействие между оптической и электромагнитными ветвями). Одно из этих решений соответствует нижней оптической ветви или так называемой мягкой моде, а другое — верхней (со1 10 рад/с). Для больших значений 2 скорости волн, соответствующие последней ветви, приближаются к скорости света с и, таким образом, эта ветвь является квази-электромагнитной. Заметим, что при данных выше оценках > 8 > еР, так что ветвь, описываемая соотношением (7.10.19) 1, может пересекаться с ветвью мягкой моды, отвечающей (7.10.19)2, в точках [c.497]

Вместе с тем, все новые и новые практические задачи поиска, разведки и добычи нефти и газа в сложных геологических условиях, требуют использования новых специальных методологических подходов, применения новых физических принципов и соответствующего математического аппарата и создания на их основе новых систем наблюдения физических полей, новых принципов обработки информации и нового программного обеспечения. К числу недостаточно изученных геофизических эффектов взаимодействия упругих волн с геологическими средами отнесем разнообразные перекрестные эффекты - эффекты преобразования энергии акустического поля в энергию электромагнитных излучений, гидродинамическую энергию, тепловую энергию. Недостаточно изучены эффекты переизлучения упругих волн (из низкочастотных в высокочастотную область) на разнообразных неоднородностях (границах, ансамблях трещин, каверн, включений и т.п.). В ближайшие годы, по-видимому, внимание исследователей привлекут эффекты автоколебаний, возникающих в пластах, насыщенных углеводородными флюидами и водой. [c.3]

В соответствии с этими двумя различными возможностями при каждом данном к мы имеем 6Л фононных мод. Колебания, при которых ионы в данной ячейке движутся синфазно, называются акустическими в отличие от оптических, когда ионы движутся в противофазе. Интуитивно ясно, что при одном и том же векторе к частоты оптических колебаний будут значительно выше, чем у акустических движение соседних ионов в противоположных направлениях может привести к заметному увеличению частоты. Оптические колебания решетки называются так потому, что в ионных кристаллах они сильно взаимодействуют с электромагнитными волнами. Последнее связано с заметным раздвижением положительных и отрицательных зарядов при таких колебаниях ионных кристаллов. [c.51]

Акустоэлектронит. Основные задачи акустоэлектроники связаны с возбуждением, распространением и приемом высокочастотных волн в твердых телах, взаимодействием этих волн с электромагнитными полями. Из всех акустических волн наибольший интерес с точки зрения практических приложений представляют поверхностные акустические волны. Кроме того, важную роль волновые процессы в упругих телах играют в связи с задачами обработки сигналов, в частности в связи с созданием механических резонаторов и фильтров. [c.15]

При уменьшении ширины щелей 0 или при увеличении е угол ср полной прозрачности решетки увеличивйется и в пределе стремится к скользящему (рис. 54, а. б). Таким образом, приходим к физически не очевидному выводу о существовании широкодиапазонных режимов полной прозрачности (рис. 54, в) при углах падения, близких к скользящему, когда, казалось бы, падающее поле должно быть полностью отраженным. Объясняется это явление следующим образом. С одной стороны, волна ТЕМ, на которой происходит взаимодействие полупространств над и под решеткой, имеет ту же физическую структуру, что и падающая плоская волна. С другой стороны, при выполнении условия (2.34) размеры волноведущих каналов вне и внутри решетки совпадают (рис. 54, д), что и приводит к явлению полного прохождения. Поскольку длина волны много больше ширины канала, то изгибы канала практически не влияют на условие полного прохождения. Аналогично в одноволновом диапазоне ступенька, расширение и диафрагма (рис. 54, г) в плоском волноводе в широкой полосе частот будут практически без отражения пропускать волны (поршневые акустические или Г М-электромагнитные) при условии, что параметры соединяемых волноводов связаны соотношением [c.104]

В известном смысле процессы взаимодействия эволюциошфующих волн, включая волны с разрьшами, находятся в центре внимания нелинейной акустики. Наряду с акустическими взаимодействиями все более широко исследуются взаимодействия звука с другими видами возмущений - гидродинамическими, оптическими, электромагнитными. Можно ожидать дальнейшего развития данного направления, представляющего нелинейную акустику как раздел физики нелинейных волн. [c.220]

Обращение волнового фронта [32, 46]. Уже в первых экспериментах по вынужденному рассеянию электромагнитных волн на создаваемой ими звуковой решетке (условие синхронизма шо = W + ко = кс -Ь q, где LJo, ко и Шс, кс — соответственно частота и волновое число падающей и рассеянной электромагнитных волн, а О, q— частота и волновое число акустической волны) было замечено, что при выходе из области нелинейного взаимодействия рассеянный назад волновой пучок примерно повторяет эволюцию пучка падающей волны-накачки. Затем выяснилось, что во многих экспериментальных ситуациях рассеянная волна точно воспроизводит комплексно-сопряженную падающую волну, сильно промодулированную в поперечном направлении [3]. Повторение рассеянной назад волной того же оптического пути, который прошла накачка по неоднородной (в общем случае случайной) среде, но в обратном направлении, означает, что область нелинейного взаимодействия работает как эффективное зеркало. Но зеркало очень необычное отраженная назад волна повторяет оптический путь падающей волны, лишь когда ее фазовый фронт оказывается комплексно-сопряженным с фазовым фронтом накачки ас( ) do r). При этом полная фаза квазигармонической волны iiut — ikx + iip) при распространении в ж-направлении меняется, как у падающей при обратном ходе времени. Именно поэтому эффекты воспроизведения поперечной модуляции пучка падающей волны в излучении, идущем из области нелинейного взаимодействия, получили название обращение волнового фронта . [c.428]

На этом мы заканчиваем изложение теории связанных волн. Возникающие здесь задачи не ограничиваются, конечно, взаимодействиями световых или акустических волн. Подобным же образом могут быть рассмотрены взаимодействия между световыми и спиновыми волнами. Заметим, что параметрическое взаимодействие связанных спиновых волн рассматривалось Сулом и Тьеном еще до появления нелинейной оптики [28]. Во многом аналогичные явления наблюдаются и при взаимодействии электромагнитных волн с волнами плотности и скорости электронов в лампе с бегущей волной [29]. Читатель, знакомый с теорией параметрических усилителей, встретился в этой главе с множеством знакомых ему фактов. Наиболее интересными новыми аспектами, присущими нелинейным взаимодействиям световых волн, являются трехмерный характер взаимодействий и специфические дисперсионные характеристики. В гл. 5 мы займемся сравнением теоретических результатов с экспериментальными данными. [c.186]

Несколько иной подход к изучению взаимодействия акустических волн со свободными носителями был развит Блёткьером и Куэйтом [64] (см. также [65]), которые исходили из представления о связанных волнах колебаний решетки и пространственного заряда, по аналогии с теорией электромагнитных усилителей бегущей волны. При этом были получены аналогичные результаты. [c.327]

В анизотропных средах наблюдаются весьма интересные явления, обусловленные взаимодействием упругих волн с физическими полями другой природы и не проявляющиеся в изотропной среде. Наибольшее практическое значение из них имеет пьезоэффект, используемый для преобразования электромагнитной энергии в акустическую и обратно, на чем основаны излучение и прием звука. Пьезоэффек т заключается в том, что в кристаллах определенных типов симметрии механические напряжения, возникающие при помещении тела в электрическое поле, пропорциональны его напряженности. Такие вещества назьшают пье зоэлектриками. Имеет место и обратный эффект при деформации пьезоэтектрика в нем появляется поле, пропорциональное величине деформаций. Математически это выражается равенствами [170, 17] [c.153]

РЕАКЦИЯ [термоядерная — реакция слияния легких атомных ядер в более тяжелые, происходящие при высоких температурах 10 К фотоядерная- -расщепление атомных ядер гамма-квантами цепная — реакция деления атомных ядер тяжелых элементов под действием нейтронов, в каждом акте которой число нейтронов возрастает, так что может возникнуть самоподдерживающийся процесс деления ядерная — превращение атомных ядер, вызванное их взаимодействием с элементарными частицами, в том числе с гамма-квантами, или друг с другом] РЕВЕРБЕРАЦИЯ — процесс постепенного затухания звука в закрытых помещениях после окончания действия его источника РЕЗОНАНС (есть явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний системы при приближении частоты вынужденной силы к собственной частоте колебаний системы акустический — избирательное поглощение энергии фононоБ определенной частоты в парамагнитных кристаллах, помещенных в постоянное магнитное поле антиферромагнитный — избирательное поглощение энергии электромагнитных волн, проходящих через антиферромагнетик, при определенных значениях частоты и напряженности приложенного к нему магнитного поля гигантский — широкий максимум, которым обладает зависимость сечения ядерных реакций, вызванных налетающей на атомное ядро частицей или гамма-квантом, от энергии возбуждения ядра магнитный — избирательное поглощение энергии проходящих через магнетик электромагнитных волн на определенных частотах, связанное с переориентировкой магнитных моментов частиц вещества параметрический — раскачка колебаний при периодическом изменении параметров тех элементов колебательных систем, в которых сосредоточивается энергия колебаний) [c.271]

Проблема взаимодействия звука со звуком и вообще проблема распространения нелинейных волн, интерес к которой за последнее время бурно растет в связи с тем, что мощности как 5 Льтразвуковых, так и когерентных электромагнитных волн в настоящее время уже достигли тех уровней, при которых линейное приближение во многих случаях не дает удовлетворительных результатов, является одной из основных в нелинейной акустике. Она весьма обширна, включает в себя ряд вопросов (искажение и взаимодействие волн, особенности распространения пилообразных волн нелинейное поглощение и т. д. ), и ей отведено значительное место в предлагаемой вниманию читателей книге. Однако этим не исчерпывается круг вопросов, который должен рассматриваться в нелинейной акустике. В первую очередь это относится к эффектам, вызываемым мощными звуковыми волнами, которые могли бы быть названы вторичными. Из вторичных эффектов в книге основное внимание уделяется акустическим течениям — постоянным вихревым потокам, возникающим в звуковых полях, и звуковой кавитации — образованию в жидкостях полостей под действием отрицательного давления волны. Эти вторичные явления ответственны за ряд эффектов, наблюдающихся в поле мощных звуковых волн часть из этих эффектов играет существенную роль в области технологического использования мощных ультразвуковых волн. [c.11]

В настоящее время известны точные нестационарные решения (4.1), в первую очередь многосолитонные, в виде набора двух и более взаимодействующих солитонов солитоны, сближаясь из бесконечности, взаимодействуют, а затем снова расходятся, сохраняя в асимптотике исходные параметры. Это и другие свойства дают основания для глубокой аналогии между солитонами и материальными частицами. Известно также, что любой локализованный положительный импульс асимптотически распадается на конечное число солитонов плюс осциллирующий хвост — излучение. Солитоны наблюдались в самых различных физических ситуациях (волны на воде, в плазме, в электромагнитных линиях и др.). Приведем три примера акустических солитонов первый из них относится к жидкости с пузырьками, второй — к твердотельным волноводам типа тонких стержней, а третий - к зернистым средам. [c.162]

Эти уравнения по форме точно совпадают с уравнениями (4.24) и (4.25) для связанных электромагнитных волн в случае идеального согласования фазовых скоростей. Вместе с тем имеется, конечно, и существенное различие. В акустическом случае нельзя ограничиться двумя волнами, поскольку в силу слабой дисперсии волна третьей гармоники, вообще говоря, тоже сильно взаимодействует с волнами на частотах С01 и 2со1. Это приводит к сильному усложнению задачи. Недостаточно просто добавить к [c.149]

КВЧ-сигнал сопособен синхронизировать колебания, выделяя определенные конформационные состояния у тех молекул, у которых имеются резонансные частоты, близкие к частоте синхронизирующего сигнала . Возможность возбуждения колебаний в белковых молекулах электромагнитным сигналом определяется тем, что ионы в составе белковых молекул распределены в них неравномерно, благодаря чему эти молекулы обладают значительными ди-польными моментами [66]. В соответствии с развитой в [105] моделью биомакромолекул на разных частотах КВЧ-диапазона поле взаимодействует с разными их участками. Особенно эффективное взаимодействие поля с белковыми молекулами должно иметь место вблизи мембран, где КВЧ-волны замедлены и длины их равны акустическим (см. подпараграф 2.2.3), длина которых соизмерима с размерами белковой молекулы. Как отмечалось в подпараграфе 2.1.5, при воздействии электрического поля акустоэлектрических волн белковые молекулы стягиваются к поверхности мембран, причем характер процесса стягивания к внутренней поверхности мембраны аналогичен характеру процесса стягивания белковых молекул к поверхности [53] (подробно процесс стягивания белковых молекул к поверхности мембраны разбирается в гл. 3). В результате на поверхности мембран могут образовываться подструктуры. Входящие в подструктуры белковые молекулы, совершающие колебания за счет энергии метаболизма, могут передавать ее мембране, возбуждая последнюю. [c.62]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...