Что такое волновод?

Волновод - это объект, который направляет поток волн любого типа. Некоторые из самых основных типов включают провода или полые трубы, которые могут направлять звуковые волны. Часто волноводы используются для передачи электромагнитных волн между точками, обычно с использованием полой трубки, выполненной из электропроводящего металла. Волноводы обычно используются для передачи сигналов питания или связи. Каждый тип волны требует другого типа руководства.

Тип направляемой волны определяет геометрию волновода. Ширина направляющей в большинстве случаев должна быть того же порядка, что и длина волн, которые она будет направлять. Это означает, что оптическое волокно, которое направляет высокочастотные световые волны, не будет эффективно направлять низкочастотные звуковые волны. Другие факторы, такие как допустимая потеря сигнала или мощности, также помогают определить лучший волновод для конкретной задачи.

Электромагнитные волны в космосе обычно излучаются во всех направлениях от их источника. Это заставляет излучение терять мощность пропорционально квадрату его расстояния от этой точки происхождения. Волновод позволяет излучению распространяться только в одном измерении в идеальных условиях, предотвращая его потерю мощности при распространении.

Волноводы работают, отражая волну от стенок направляющей. В идеале, волны будут распространяться зигзагообразно в волноводе. Это означает, что волновод часто работает лучше всего, когда он имеет круглое или квадратное поперечное сечение.

Существует много различных типов волноводов, от оптических волокон, которые позволяют передавать данные через световые волны, до канала Sound Frequency and Ranging (SOFAR), слоя воды в океане, который действует как естественный волновод для китовой песни. Радарные системы используют волноводы для направления радиоволн на антенну, чтобы они могли передаваться с надлежащим сопротивлением. В научных приборах также используются волноводы для измерения акустических и оптических свойств различных объектов.

Волноводы использовались веками, задолго до того, как кто-то понял, как они работают. Первый волновод, разработанный для звуковых волн, был предложен Дж. Дж. Томсоном, британским физиком, в 1893 году и испытан другим физиком, О.Дж. Лоджем, в следующем году. Работа продолжалась в конце 19-го и начале 20-го века, когда ученые изучали использование оптических волокон в качестве волноводов для видимого света в 1920-х годах.