Автор уПийца нубофффф задал вопрос в разделе Естественные науки
что такое "волновые моды"? как вообще можно понимать "моды", "мода" в оптике, физике? и получил лучший ответ
Ответ от AMS[гуру]
Волновая мода - это стоячая волна в соответствующем волноводе... -математически получается в виде решений соответствующих волновых уравнений...
Теперь по смыслу:
1. Если у нас есть "одномерный волновод" для шарика (типа рельсы и отражателей на концах) - то при отсутствии потерь на трение и отражение шарик будет двигаться между отражателями с "фиксированной частотой" - в зависимости от длины "волновода" и скорости шарика... -Простейший аналог стоячей волны
2. Если волновод акустический- то простейший пример - свисток- поток выходящего воздуха вибрирует к конечном объеме (возбудитель колебаний- турбулентность), а тон свиста (в дудочке или саксофоне) определяется длиной колеблющегося столба воздуха... (кнопочками)
3. Магнетрон в РЛС генерирует ЭМ волны длиной около 3-5 см., которые невозможно передать к излучающей антенне по проводам... -для этого делают волноводы - в коробчатом виде- чтобы основная мода поперечных колебаний переносила вдоль оси волновода соответствующую энергию на нужной частоте... То есть такая волна бежит вдоль оси волновода, постоянно переотражаясь от его стенок в поперечном направлении - ровно как шарик в примере №1
4. Та же песня в световодах... -только там круглое сечение и среда самого световода не обязательно однородная- можно специально создавать нужную "светопроводность" вдоль радиуса- чтобы нужные поперечные колебания переносились именно на расчетной частоте с минимальными потерями...
5. Мод (стоячих волн в волноводе) может быть много. Так в окенических волноводах (вода, с плоским дном и поверхностью) когда длина волны много меньше вертикального размера волновода - можно вообще забыть о модах и пользоваться лучевым представлением распространения звука (геометрическое представление)... -так много мод ...
Но как только длина звуковой волны увеличивается до размеров волновода (его глубины) - единственный вариант рассчитать звуковую волну - использовать волновые уравнения и их решения для соответствующих стоячих (по вертикали) волн... Для справки- длина звуковой волны в океане на частоте 1 Гц примерно = 1500 метров (инфразвук)
грубо говоря, это тип электромагнитной волны
Мода - волна, допустимая в системе. Если точнее, то собственная частота.
Как у струны есть набор звуков, которые она способна издавать, так и оптическая система может иметь определённый набор возможных в ней волн.
О модах говорят, как правило, когда это какой-то определённый набор, как, например, в волноводе. Во всяком случае, никогда не слышал, чтобы слово "мода" употребляли, при обсуждении света лампочки накаливания в комнате :))
Если у Вас только один осциллятор с одной степенью свободы, то у него только одна частота собственных колебаний.
Если у Вас два взаимодействующих осциллятора и каждый имеет одну степень свободы, то у такой системы уже будет две собственных частоты колебаний. (Не зависимо от того, равны или не равны частоты свободных колебаний этих осцилляторов, когда они не взаимодействуют друг с другом.) Это частота собственных синфазных колебаний осцилляторов и частота собственных антифазных колебаний осцилляторов. То есть, два взаимодействующих осциллятора могут свободно колебаться или противофазно или с одной и той же фазой.
Вот эти два колебания двух связанных осцилляторов и называются двумя модами колебаний.
Суть их состоит в том, что любые свободные колебания двух осцилляторов (с любыми начальными отклонениями и начальными скоростями) всегда можно представить, как сумму колебаний этих двух мод со своими постоянными коэффициентами.
А теперь представьте себе, что у Вас имеется N таких осцилляторов, которые связаны в цепочку. То есть они взаимодействуют ближайшими соседями. В такой системе будет N собственных мод колебаний. И любые колебания этой цепочки можно представить как линейную суперпозицию этих собственных мод колебаний цепочки осцилляторов.
А теперь представьте, что число N стало равно бесконечности. Это значит, что мы имеем дело с непрерывной средой и колебания этой среды представляют собой волны.
Например, если это натянутая струна с закрепленными концами, то в такой струне могут быть стоячие волны. Их число (теоретически) равно бесконечности. У них целое число полуволн должно укладываться на длине струны. Вот эти стоячие волны и являются модами волн в натянутой струне. Это собственные колебания струны. Любые колебания натянутой струны можно представить себе как линейную комбинацию нескольких стоячих волн. Величина коэффициентов перед конкретной модой в этой сумме зависит от конфигурации начального отклонения струны и конфигурации начальных скоростей разных участков струны.
Для случая бесконечных сред (в том числе и для случая распространения электромагнитных волн в вакууме) всё примерно то же самое. Волна имеет некоторый бесконечный набор своих собственных колебаний, которые называются модами. Поэтому любую волну любой конфигурации можно разложить по этим модам, то есть представить, что любая волна, это суперпозиция нескольких мод со своими коэфииентами.
Источник: Разложение Фурье.