2.6.4. Дисперсия волн

Входы: частота электромагнитных колебаний.

Выходы: скорость волны.

Графическая иллюстрация:

Рис. 2.27. Дисперсия волн на призме

Сущность:

Дисперсия - зависимость фазовой скорости гармонических волн от их частоты. Дисперсия определяется физическими свойствами той среды, в которой распространяются волны. Например, в вакууме электромагнитные волны распространяются без дисперсии, в вещественной же среде, даже в такой разреженной, как ионосфера Земли, возникает дисперсия волн. Ультразвуковые волны также обнаруживают дисперсию. Наличие дисперсии волн приводит к искажению формы сигналов при распространении их в среде. Это объясняется тем, что гармонические волны разных частот, на которые может быть разложен сигнал, распространяются с различной скоростью. Дисперсия света при его распространении в прозрачной призме приводит к разложению белого света в спектр.

Область частот, в которой скорость убывает с увеличением частоты, называется областью нормальной дисперсии, а область частот, в которой при увеличении частоты скорость также увеличивается, называется областью аномальной дисперсии. Дисперсия волн наблюдается, например, при распространении радиоволн в ионосфере, волноводах. При распространении световых волн в веществе также имеет место дисперсия света, (зависимость абсолютного показателя преломления от частоты света). Если вещество прозрачно для некоторой области частоты волн, то наблюдается нормальная дисперсия, а если интенсивно поглощает свет, то в области имеет место аномальная дисперсия. В результате дисперсии узкий параллельный пучок белого света, проходя через призму из стекла или другого прозрачного материала, образует на экране, установленном за призмой, радужную полоску, называемую дисперсионным спектром. Для световых волн единственной недисперсирующей средой является вакуум.

Математическое описание:

Фазовая скорость

, где

- соответственно диэлектрическая и магнитная проницаемость среды;

c – скорость света.

Применение.

1. Патент США 3 586 120: Аппаратура передачи звука. Углы, скандируемые световым лучом, увеличиваются посредством введения дисперсионного устройства на пути звуковых волн. Эти углы образованы вследствие взаимодействия света и звука. В одной из модификаций аппарата звуковые волны пропускаются через неподвижную решетку, или другими словами, через среду, которая обладает дисперсией по своей природе. В другой модификации дисперсия достигается вследствие вибрации при образовании продольной волны в ответ на волны растяжения или сжатия.

2. А.с. № 253 408: Устройство для измерения температуры, содержащее измерительный элемент, устанавливаемый на исследуемый материал, и источник белого света, отличается тем, что, с целью расширения интервала измеряемых температур измерительный элемент выполнен в виде прозрачной кювета, заполненной смесью оптически неоднородных веществ, соответствующих заданному интервалу температур, показатели преломления в котором зависят от длины волны и температурные коэффициенты показателей преломления отличаются знаком либо величиной.