Co je to vlnovod?

Vlnovod je objekt, který řídí tok jakéhokoli typu vlny. Mezi nejzákladnější typy patří dráty nebo duté trubky, které mohou vést zvukové vlny. Vlnovody se často používají k přenosu elektromagnetických vln mezi místy, obvykle za použití duté trubice vyrobené z elektricky vodivého kovu. Vlnovody se běžně používají k přenosu energetických nebo komunikačních signálů. Každý typ vlny vyžaduje jiný typ průvodce.

Typ vlny, která je vedena, určuje geometrii vlnovodu. Šířka vodítka musí být ve většině případů stejná jako velikost vln, které povede. To znamená, že optické vlákno, které vede vysokofrekvenční světelné vlny, nebude při vedení nízkofrekvenčních zvukových vln účinné. K určení nejlepšího vlnovodu pro konkrétní úkol také přispívají další faktory, například to, kolik ztráty signálu nebo energie je přijatelné.

Elektromagnetické vlny v prostoru normálně vyzařují ve všech směrech od svého původního bodu. To způsobí, že záření ztratí moc úměrně čtverci své vzdálenosti od tohoto bodu původu. Vlnovod umožňuje šíření záření v jedné dimenzi za ideálních okolností, což zabraňuje ztrátě energie při jejím šíření.

Vlnovody fungují tak, že odrážejí vlnu od stěn průvodce. V ideálním případě se vlny budou šířit v klikatém vzoru uvnitř vlnovodu. To znamená, že vlnovod často funguje nejlépe, když má kruhový nebo čtvercový průřez.

Existuje mnoho různých typů vlnovodů, od optických vláken, která umožňují přenos dat přes světelné vlny do kanálu Sound Frequency and Ranging (SOFAR), což je vrstva vody v oceánu, která působí jako přirozený vlnovod pro píseň velryb. Radarové systémy používají vlnovody k nasměrování rádiových vln na anténu, aby mohly být přenášeny se správnou impedancí. Vědecké přístroje také používají vlnovody k měření akustických a optických vlastností různých objektů.

Vlnovody se používají po staletí, dlouho předtím, než někdo pochopil, jak fungují. První vlnovod navržený pro zvukové vlny byl navržen britským fyzikem JJ Thomsonem v roce 1893 a příští rok jej otestoval jiný fyzik, OJ Lodge. Práce pokračovaly během konce 19. a začátku 20. století, přičemž vědci studovali použití optických vláken jako vlnovodů pro viditelné světlo ve 20. letech 20. století.