|
|
щсго, почти незаметны, однако выходя на сравнительно мелководную лрибрежную область ≈ шельф, они иногда достигают большой высоты, представляя грозную опасность для береговых поселений.
Б реальных условиях В.на п. Ж. не являются плоскими, а имеют более сложную пространстйенную структуру, зависящую от характеристик их источника. Напр., упавший в воду камень порождает круговые волны (см. Цилиндрическая волна). Движение судна возбуждает корабельные волны; одна система таких волн расходится от носа судна в виде «усов» (на глубокой воде угол между «усами» не зависит от скорости движения источника и близок к 39°), другая ≈ движется за его кормой в направлении движения судна. Источники длинных волн в океане ≈ силы притяжения Луны и Солнца, порождающие приливы, а также подводные землетрясения и извержения вулканов ≈ источники волн цунами.
Сложную структуру имеют ветровые волны, характеристики к-рых определяются скоростью ветра и временем его воздействия на волну. Механизм передачи энергии от ветра к волне связан с тем, что пульсации давления в потоке воздуха деформируют поверхность. В свою очередь эти деформации влияют на распределение давления воздуха вблизи водной поверхности, причем эти два эффекта могут усиливать друг друга, и в результате амплитуда возмущений поверхности нарастает (см. Автоколебания). При этом фазовая скорость возбуждаемой волны близка к скорости ветра; благодаря такому синхронизму пульсации воздуха действуют «в такт» с чередованием возвышений и впадин (резонанс во времени и пространстве). Это условие может выполняться для волн разных частот, бегущих в разл. направлениях по отношению к ветру; получаемая ими энергия затем частично переходит и к другим волнам за сч╦т нелинейных взаимодействий (см. Волны). В результате развитое волнение представляет собой случайный процесс, характеризуемый непрерывным распределением энергии но частотам и направлениям (пространственно-временным спектром). Волны, уходящие из области действия ветра (зыбь], приобретают более регулярную форму.
Волны, аналогичные В. на п. ж., существуют и на границе раздела двух несмешивающихся жидкостей (см. Внутренние волны).
В океане волны изучаются разл. методами с помощью волнографов, следящих за колебаниями поверхности воды, а также дистанц. .методами (фотографирование поверхности моря, использование радио- и гидролокаторов) ≈ с судов, самол╦тов и ИСЗ.
Лит.: Баском В., Волны и пляжи, [пер. с англ.], Л., 1966; Т р и к н е р Р., Бор, прибой, волнение и корабельные волны, [пер. с англ.], Л., 19Н9; У из ем Д ж., Линейные и нелинейные полны, пер. с англ., М., 1977; Физика океана, т. 2 ≈ Гидродинамика океана, М., 1978; Кадомцев Б. Б., Р ы д-нин В. И., Волны вокруг нас, М., 1981; Л а и т х и л л Д ж.. Волны в жидкостях, пер. с англ., М., 1981; Л е Б л о н П., Майсен Л., Волны в океане, пер. с англ., [ч-J 1≈2, М., 1981. Л. Л. Островский.
ВОЛОКОННАЯ ОПТИКА ≈ раздел оптики, в к-ром изучаются распространение оптич. излучения по волоконным световодам (ВС) и возникающие при этом явления.
В. о. возникла в 50-х гг. 20 в. В первые 20 лет развития в качестве элементов В. о. использовались гл. обр, жгуты световодов (с регулярной и нерегулярной укладкой) длиной порядка неск. м. Материалом для изготовления таких ВС являлись многокомпонентные оптич. ст╦кла; пропускание световодов в видимой области спектра составляло 30≈70% на длине в 1 м. Низкий коэф. пропускания обусловлен затуханием света в стекле из-за большой концентрации примесей. Числовая апертура световодов составляет величину 0,5≈1. Наиб, широкое применение для освещения труднодоступных объектов и для передачи изображений жгуты световодов нашли в приборостроении, в частности для техн. и медицинской эндоскопии. В 70-х гг. 20 в. произошло второе рождение
В. о., когда были разработаны ВС на основе кварцевого стекла с оптич, потерями ~1 дБ/км в ближней ИК-об-ласти спектра. (Пропускание таких световодов составляет ~50% при длине световода в неск. км.) Эти световоды используются в системах дальней оптической сзязи, в бортовых системах связи, системах передачи телеметрич. информации, в датчиках разл. физ, полой (магн. поля, темперы, вращения, акустич. волн) и др.
Волоконный световод в простейшем варианте представляет собой длинную гибкую нить, сердцевина к-рой из высокопрозрачного диэлектрика с показателем преломления «j окружена оболочкой с показателем преломления П2 Oj .
Характер распространения оптич. излучения по ВС зависит от его поперечных размеров и профиля показателя преломления по сечению. Так, напр., число типов колебании (мод), к-рые могут распространяться по ВС для заданной длины волны излучения, пропорционально квадрату диаметра сердцевины 2я и разности показателей преломления сердцевины и оболочки Д«≈«!≈л2. Уменьшая произведение этих величин, можно добиться распространения по световоду лишь
Рис. 1. Поперечное печение и профиль показателя преломления по сечению для свс-тоаодов: д ^- мно-гомодовых ступенчатых; б ≈ од-номодовых; в ≈ многом о д ов ых градиентных.
п<П
П(Г)
2(7
а
X
X
о
одной моды. В этом случае ВС наз. одномодовым. Имеется много типов структур ВС, однако к 80-м гг. 20 в. наиб, распространение получили три типа ВС (рис. 1): многомодовые со ступенчатым профилем показателя преломления, многомодовые с градиентным профилем показателя преломления и одномодовые. В одномодовых ВС обычно 2я~5≈10 мкм (для ближнего ИК-диа-пазона), в многомодовых ≈ от неск. десятков до неск. сотен мкм. Разность Дл для многомодовых световодов составляет -~1≈2%, для одномодовых ~ неск. десятых долей процента. Полный диаметр световодов составляет ~ 102 ≈103 мкм.
Распространение света по ВС обусловлено полным внутр. отражением света на границе сердцевина≈оболочка. Лучи, падающие на границу сердцевина≈обо-
1 \f~i≈≈2" лочка под углом 6«^9кр, где ыпН└р ≈≈ rni≈ «2»
'* 1
испытывают полное внутр. отражение, приводя к зигзагообразному распространению света вдоль световода
Рис. 2. Траектория лучей в многомодо-BQM световоде со ступенчатым профилем показателя преломления.
(рис. 2). При этом угол падения луча на торец световода составляет п$,
Меридиональные лучи, падающие на границу сердцевина≈оболочка под углом > 6кр (прерывистая линия на рис. 2), частично отражаясь на границе раздела, преломляются в оболочку и поглощаются внеш. ггогло-щающим покрытием. Следовательно, угол «i9Kp =
≈ У п\\ ≈ п\\ является мерой способности ВС захватывать свет, и синус этого угла наз. числовой а п е р- щщ* турой ВС. «J
")
}
