ВОЛНОВО́Д

ВОЛНОВО́Д, ка­нал в не­од­но­род­ной сре­де ес­те­ст­вен­но­го или ис­кус­ст­вен­но­го про­ис­хо­ж­де­ния, удер­жи­ваю­щий рас­про­стра­няю­щие­ся вдоль не­го вол­ны от ди­фрак­ци­он­но­го рас­плы­ва­ния. Раз­ли­ча­ют В. эк­ра­ни­ро­ван­ные (за­кры­тые) и от­кры­тые. В за­кры­том В. вол­ны эк­ра­ни­ру­ют­ся от ок­ру­жаю­ще­го про­стран­ст­ва зер­каль­но от­ра­жаю­щи­ми стен­ка­ми или обо­лоч­ка­ми. К это­му ти­пу от­но­сят­ся ме­тал­ли­че­ские вол­но­во­ды, а так­же эк­ра­ни­ро­ван­ные аку­с­ти­че­ские вол­но­во­ды с жё­ст­ки­ми стен­ка­ми в ви­де труб и стерж­ней. При не­пол­ном эк­ра­ни­ро­ва­нии вол­ны мо­гут про­са­чи­вать­ся сквозь стен­ки В., пе­ре­из­лу­ча­ясь в ок­ру­жаю­щее про­стран­ст­во. От­кры­тые В. пред­став­ля­ют со­бой слои­стые сре­ды, в ко­то­рых вол­ны ло­ка­ли­зу­ют­ся бла­го­да­ря яв­ле­нию пол­но­го внут­рен­не­го от­ра­же­ния. Слои мо­гут иметь рез­кие гра­ни­цы, как, напр., в ди­элек­три­че­ских вол­но­во­дах и про­стей­ших све­то­во­дах. В гра­ди­ент­ных В. па­ра­мет­ры сре­ды плав­но ме­ня­ют­ся от слоя к слою (ио­но­сфер­ный вол­но­вод, ат­мо­сфер­ный вол­но­вод, под­вод­ный зву­ко­вой ка­нал). Осо­бый тип В. воз­ни­ка­ет в фо­тон­ных кри­стал­лах, имею­щих пе­рио­дич. струк­ту­ру. К от­кры­тым В. при­над­ле­жат и сис­те­мы с по­верх­но­ст­ны­ми вол­на­ми, рас­про­стра­няю­щи­ми­ся вдоль гра­ни­цы раз­де­ла двух сред.

Вол­ны, со­хра­няю­щие в В. свои по­переч­ные ам­пли­туд­ные про­фи­ли, на­зы­ва­ют­ся мо­да­ми, ка­ж­дая из ко­то­рых рас­про­стра­ня­ет­ся со сво­ей фа­зо­вой ско­ро­стью. Мо­да мо­жет рас­про­стра­нять­ся и пе­ре­но­сить вдоль В. по­ток энер­гии толь­ко на час­то­тах $ω$, пре­вы­шаю­щих не­ко­то­рую пре­дель­ную ве­ли­чи­ну ω_кр, на­зы­вае­мую кри­ти­че­ской. Об­ласть час­тот вы­ше $ω_{кр}$ оп­ре­де­ля­ет по­ло­су про­пус­ка­ния В. При $ω=ω_{кр}$ груп­по­вая ско­рость вол­ны об­ра­ща­ет­ся в нуль; ес­ли $ω_{кр}=0$, то мо­да на­зы­ва­ет­ся ква­зи­ста­ти­че­ской. Обыч­но в эк­ра­ни­ро­ван­ных В. мо­ды рас­про­стра­ня­ют­ся бы­ст­рее, а в от­кры­тых – мед­лен­нее, чем пло­ские од­но­род­ные вол­ны в за­пол­няю­щей сре­де.

При рас­про­стра­не­нии в В. на­чаль­ный сиг­нал рас­па­да­ет­ся на дис­крет­ный на­бор мод. Меж­мо­до­вая дис­пер­сия ве­дёт к рас­плы­ва­нию и ис­ка­же­нию оги­баю­щей вол­ны. По­это­му при пе­ре­да­че ко­рот­ких сиг­на­лов пред­по­чи­та­ют ис­поль­зо­вать од­но­мо­до­вые В. При боль­ших $ω$ В. ста­но­вит­ся сверх­раз­мер­ным (по­пе­реч­ные раз­ме­ры В. зна­чи­тель­но пре­вы­ша­ют дли­ну вол­ны) и в нём од­но­вре­мен­но рас­про­стра­ня­ет­ся мно­же­ст­во мод. Та­кие мно­го­мо­до­вые В. ис­поль­зу­ют­ся, в ча­ст­но­сти, для пе­ре­да­чи боль­ших по­то­ков энер­гии и пе­ре­да­чи оп­тич. изо­бра­же­ний по оп­то­во­лок­ну. В не­ли­ней­ных сре­дах мож­но фор­ми­ро­вать т. н. свя­зан­ные или дис­крет­ные В. с по­мо­щью ин­тер­фе­рен­ции двух пе­ре­се­каю­щих­ся волн.