Тунельна інтерференція полів хвиль довільної фізичної природ

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

ТУНЕЛЬНИЙ Інтерференція ПОЛІВ ХВИЛЬ ДОВІЛЬНОЇ ФІЗИЧНОЇ ПРИРОДИ І ПЕРПЕКТІВИ ЇЇ ЗАСТОСУВАННЯ

В.В. Сидоренков, В.В. Толмачов

МГТУ ім. Н.Е. Баумана

Подано короткі базові відомості про незвичайний ефект тунельної інтерференції полів хвиль довільної фізичної природи, прояв якої необхідно знати і принципово враховувати при вивченні та фізико-математичному моделюванні умов розповсюдження зазначених хвиль у поглинаючих середовищах, тобто в середовищах з комплексним показником заломлення. Наведено ряд конкретних прикладів технічних додатків обговорюваного тут явища.

Порівняно недавно [1, 2] встановлено, що в середовищах з комплексним показником заломлення (а саме, в металах) інтерференційна складова вектора густини потоку енергії електромагнітних затухаючих зустрічних хвиль не дорівнює нулю, принципово є незатухаючої і пропорційна уявної частини хвильового числа :
, (1)
де і - Комплексні амплітуди хвиль. Видно, що усереднений за часом інтерференційний потік в середовищі з поглинанням осцилюючою вздовж напрямку поширення хвиль з періодом π / α, а в «позамежної» області, тобто в середовищі з повним внутрішнім відображенням ( ), Зазначений потік взагалі не залежить від х: = Const, і його величина і напрям (знак) визначаються різницею початкових фаз хвильових полів. Згідно (1), в прозорій середовищі інтерференційний потік зустрічних хвиль відсутня за будь-яких амплітудах і фазах полів цих хвиль, хоча сама інтерференції як явище перерозподілу хвильової енергії в просторі при накладенні двох або більше полів когерентних хвиль природно залишається.
Представлений феномен нетривіальний в тому сенсі, що в разі хвиль одного напрямку їх   інтерференційний потік енергії перерахованих вище особливостей не має. Цей потік так само, як і потоки енергії кожної з хвиль, пропорційний дійсної частини хвильового числа α і в поглинає середовищі у міру поширення всередину загасає по експоненті, ступінь якої пропорційна .
Обговорюване явище умовно назване «електромагнітна тунельна інтерференція», що логічно випливає з порівняння з результатами квантовомеханічної задачі про тунелюванні мікрочастинки через потенційний бар'єр. Проілюструємо це на прикладі одновимірного бар'єру найпростішої прямокутної форми: U (x) = U 0 при - d / 2 <x <D / 2 і U (x) = 0 при > D / 2.

У випадку, коли енергії частинки E = ħ 2 k 2 / 2m більше висоти бар'єру U 0 , Тобто при E - U 0> 0, поле хвильової функції частинки в області всередині бар'єру має вигляд двох зустрічних хвиль ймовірності:

, (2)
де , а і - Комплексні амплітуди. Тоді щільність потоку ймовірності всередині бар'єру
(3)
Тобто сума потоків ймовірності: першої хвилі, що розповсюджується в позитивному напрямі осі x, і другий - у протилежному напрямку, за відсутності інтерференційної складової в щільності потоку цих хвиль.
В іншому випадку, коли енергія частинки Е менше висоти бар'єра, тобто при E - U 0 <0, хвильова функція частинки всередині бар'єру має вигляд:
, (4)
де , А C 1 і C 2 - те ж, що і для (2).
У таких умовах щільність потоку ймовірності в області бар'єру запишеться:
. (5)
Отже, коли E - U 0 <0, функція потоку описує тунелювання мікрочастинки через бар'єр, обумовлене явищем інтерференції за рахунок складання амплітуд ймовірностей. Таким чином, аналогія між виразами в (1) і в (5) очевидна і цілком виправдовує назву «електромагнітна тунельна інтерференція ».
Наведемо деякі приклади конкретних додатків обговорюваного тут явища. Це перш за все тунельна інтерференція бозони хвиль, але не електромагнітних (розмова про них буде нижче), а хвиль бозе-кон-денсата куперовских електронних пар, коли порівняно просто можна описати складний у традиційному викладі «ефект Джозефсона в надпровідниках». Тут співвідношення (5) вже є аналог фундаментального співвідношення Джозефсона для електричного струму , Що протікає через два надпровідника, розділених тунельним контактом (шар діелектрика, звичайного провідника; - Різниця початкових фаз хвильових функцій куперовских пар). Різниця тільки в амплітудних значеннях надпровідного і звичайного тунельних струмів, оскільки при заданій товщині шару d їхнє ставлення і становитиме кілька порядків.
Як фізичне явище електромагнітна тунельна інтерференція, по суті, є ефект Джозефсона з усіма його дивовижними наслідками, які можна спостерігати тепер і в електромагнітних полях. Зазначене явище досліджено в плівках металу на оптичних і НВЧ частотах [1, 2]. Встановлено, що в плівках товщиною ( - Глибина скін-шару) коефіцієнт інтерференційного проходження (Падіння на плівку з різних її сторін двох когерентних хвиль) має значення, багато більше (на порядки) коефіцієнта звичайного проходження D. Запропоновано спосіб передачі електромагнітних сигналів через сильно поглинають середовища [3], що підвищує на порядки ефективність передачі сигналів у радіо-та оптичних каналах з великим загасанням, і спосіб індукційного нагріву виробів з електропровідних матеріалів [4], де використання тунельної інтерференції підвищує ККД нагріву у порівнянні зі звичайним індукційним нагріванням на 50-100%.
З теорії приймальної антени (довгохвильове наближення) відомо, що потужність, яка надходить у ланцюг антени, в точності рівна потужності інтерференційного потоку , Обумовленого інтерференцією полів падаючої на антену хвилі і полів , Що розсіюються випромінювачем при прийомі. Таким чином, надходить в антену електромагнітну енергію, тобто , В точці прийому можна підвищити лише амплітудою розсіюються антеною полів за допомогою збільшення коефіцієнта поляризації випромінювача. Отже, на пасивну антену підвищення потоку практично неможливо, проте на активно променя антени аналогічний потік можна зробити дуже великим (на порядки) за рахунок зустрічної когерентної "підсвічування" ближньої зони на частоті несучої сигналу [5, 6]. При цьому ефективність такого прийому підвищується з пониженням частоти, що вельми актуально для вирішення проблеми енергетики радіозв'язку на довгих хвилях. Як бачимо, і тут використовується все та ж тунельна інтерференція електромагнітних полів.
Інше, не менш важливий напрямок розвитку фізичних уявлень про тунельної інтерференції - це синтез голограм довгохвильового наближення, що реалізуються при матеріалізації картини ліній інтерференційних потоків в ближній зоні елементарного випромінювача (диполь, квадруполів і т.д.), що знаходиться у полі падаючої на нього електромагнітної хвилі [7]. Функціонально такі голограми призначені для перетворення однієї моди (структури) електромагнітного поля в іншу моду і можуть мати розміри порядку довжини хвилі. Зокрема, такі електромагнітні інтерференційні перетворювачі (ЕМІПи) пропонуються як НВЧ антен спрямованого випромінювання [8].
В даний час дослідження зазначеного явища мають і представлені в роботах інших авторів. Можна сподіватися, що використання уявлень про тунельної інтерференції полів хвиль довільної фізичної природи будуть плідними в різних галузях науки і сучасної техніки.

Література:
1. Сидоренков В.В., Толмачов В.В. / / Листи до ЖТФ. 1989. Т. 15. Вип. 21. С. 34-37; 1990. Т. 16. Вип. 3. С. 20-25; Вип. 20. С. 5-9.
2. Толмачов В.В., Савичев В.В., Сидоренков В.В. / / Вісник МГТУ. Сер. Приладобудування. 1990. № 1. С. 125-133.
3. А.с. № 1689925. Спосіб передачі електромагнітних сигналів через тонкопленочную середу / / Б.І. 1991. № 41.
4. А.с. № 1707782. Спосіб індукційного нагріву плоского вироби з електропровідного матеріалу / / Б.І. 1992. № 3.
5. Сидоренков В.В., Толмачов В.В. / / Вісник МГТУ ім. Н.Е. Баумана. Сер. Приладобудування. 1992. № 1. С. 43-56.
6. Сидоренков В.В., Толмачов В.В., Федотова С.В. / / Известия РАН. Сер. Фізична. 2001. Т. 61. № 12. C. 1776-1782.
7. Сидоренков В.В., Толмачов В.В. / / Известия РАН. Сер. Фізична. 1997. Т. 61. № 12. С. 2370-2378.
8. Патент № 2089027. Об'ємне голографічне антенний пристрій / / Б.І. 1997. № 24.
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Фізика та енергетика | Реферат
26.1кб. | скачати


Схожі роботи:
Біотропного параметри магнітних полів Вплив природних електромагнітних полів на живі організми
Дія на людину постійних електричних полів та полів частотою 50 Гц
Піч тунельна
Антропологічна концепція розвитку культури зв язку людини з природ
Зміни показників спеціальної фізичної підготовленості та фізичної працездатності курсантів-жінок
Зміни показників спеціальної фізичної підготовленості та фізичної працездатності курсантів жінок
Види наукових робіт у галузі фізичної культури спорту та фізичної реабілітації
Методологія перетворення довільної програми в структуровану
Розвиток довільної пам`яті у дошкільнят
© Усі права захищені
написати до нас