Зворотні хвилі

Зворотні хвилі (англ. backward waves — це біжучі хвилі з протилежними фазовими і груповими швидкостями, в яких фаза рухається до джерела випромінювання хвилі[1][2]. В анізотропних структурах кут між цими швидкостями (або з вектором Умова-Пойнтінга) тупий. Зворотні хвилі мають цілу низку чудових, фундаментальних явищ і властивостей. Зокрема, зворотний ефект Доплера, негативне заломлення і антизеркальне відображення, само- і сверхфокусування при заломленні, а також і при відображенні, вузькосмуговий або обмежений частотний спектр існування, виражене селективне згасання і багато ін.

Ілюстрація Л. І. Мандельштама (1944), що показує переломлення променя в середовищі (2), де групова швидкість хвиль негативна

Історія

Історія зародження теорії зворотних хвиль пов'язана з історією поняття негативна групова швидкість хвилі[1][2]. Першим гіпотезу про можливість хвиль з негативною груповою швидкістю висловив англійський фізик Артур Шустер (1851—1934). Про це в своїй публікації від 11 лютого 1904 року зазначив англійський математик і гідродинамік Горацій Лемб (1849—1934). А.Шустер запропонував Г. Лембу вивчити умови появи хвиль з негативною груповою швидкістю, він це і зробив у 1904 році, вперше розглянувши зворотні хвилі в механіці. У тому ж році А. Шустер поширив цю теорію на оптичні явища[3], довівши, що зворотні електромагнітні хвилі можливі при негативній груповій швидкості, а також на кордоні двох середовищ, в одній з яких поширюється пряма хвиля, а в іншій — зворотна, виникає негативне заломлення.

У 1905 році Поклінгтон також вказав на те, що в середовищі, де можлива зворотна хвиля, джерело коливань формує хвилю з груповою швидкістю, спрямовану від джерела, в той час як її фазова швидкість орієнтована до джерела[1][2][4].

У 1940-х роках з'явилися антени і СВЧ-лампи зворотної хвилі, які використовували зворотні хвилі[1][2]. Завдяки цьому призабуті положення теорії зворотних хвиль знову потрапили в сферу уваги фізиків. Наприклад, в своїх лекціях з оптики Л. І. Мандельштам (1879—1944) в 1944 р детально розглянув ефект зворотного розповсюдження хвиль[5], що сприяло освоєнню їх практичному використанню і невдовзі в 1950-их роках теоретичного інтересу до розповсюдження зворотних хвиль в лініях передач. Прикладом того є робота Г. Д. Малюжинця (1951 г.)[6]. Д. В. Сивухин в 1957 році першим відзначив, що фазова і групова швидкості хвилі будуть протилежно спрямовані в середовищі з одночасно негативними ε і μ[7]. У розвиток цієї ідеї в 1959 році В. Е. Пафомов теоретично довів можливість виникнення зворотних хвиль в середовищі з одночасно негативними ε і μ.[8]

Див. також

Примітки
  1. Слюсар, Вадим.  // Электроника: наука, технология, бизнес. — 2009. — № 7. — С. 70–79.
  2. Слюсар, Вадим.  // Первая миля. Last Mile (Приложение к журналу «Электроника: Наука, Технология, Бизнес»). — 2010. — № 3—4. — С. 44–60.
  3. Arthur Schuster. An Introduction to the Theory of Optics. — Edward Arnold, London, 1904, p. 313—318.
  4. H.C. Pocklington. Growth of a wave-group when the group velocity is negative. — Nature, vol.71, 1905, p. 607—608.
  5. Мандельштам Л. И. Лекции по некоторым вопросам теории колебаний (1944 г.). Четвертая лекция/ В кн.: Мандельштам Л. И. Лекции по оптике, теории относительности и квантовой механики. — М.: Наука, 1972, с. 431—437.
  6. G.D. Malyuzhinets. A note on the radiation principle. — Zhurnal Technicheskoi Fiziki, vol. 21, No. 8., p. 940—942 (in Russian. English translation in Sov. Phys. Technical Physics), 1951.
  7. Сивухин Д. В. Об энергии электромагнитного поля в диспергирующих средах. — Оптика и спектроскопия, 1957, т. 3, № 4, с 308—312.
  8. Пафомов В. Е. — ЖТЭФ, 1959. № 36, с. 1853.
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.