Техника - молодёжи 2006-09, страница 8

6 2006 №09 ТМ НАНООПТИКА

ДВЕНАДЦАТЫЙ ДИАПАЗОН и чуть дальше

Чем-то он мне сразу не понравился.

С.Ликок

Несмотря на происхождение термина dia pason (chordonj — через все (струны), речь пойдет об электромагнитных волнах, — предмете куда менее возвышенном, чем музыка, и к тому же предельно заорганизованном. Оказывается, в «свободном» эфире царит железная дисциплина, там каждый шорох регламентирован Международным Союзом Электросвязи, который разложил волны по полоч

кам и, начхав на либеральные ценности, пресекает малейшие нарушения режима: излучать разрешено только в отведенных местах, на выделенных частотах и в пределах оговоренной мощности. Объясняется это не особой злобностью связистов, а жуткой теснотой в эфире, созданной обилием радио-излучающих устройств. Но всё равно диктатура, при которой только и остается взять под козырёк да, не препираясь с нормативным доку-мен- том МСЭ, запомнить: короче 0,1 мм (3*10¹²Гц) радиоволн нет — за этой границей епархия оптики, несмотря на то, что волны, вроде бы, те же самые, электромагнитные.

Обычно за границей (в суверенной державе) говорят на собственном языке. Не удивительно, что «государственный язык» Оптики содержит неведомые радистам люксы, ламберты, канделы, а ещё люмены вместо ватт, электрон-вольты вместо джоулей ну и, само собой, магическое hv. Может показаться, что языковым барьером оптика ограждает свои владения от

'Ветхозаветное «Да будет Свет!» это, по сути, «Да здравствует Оптика!».

посторонних. Нет, она гораздо старше радиотехники¹ и ввела эти термины задолго до появления Регламента радиосвязи, который всего лишь зафиксировал различия способов возбуждения и приёма волн.

Радиоволна отличается от оптической тем, что может неограниченно долго сохранять частоту, амплитуду и поляризацию, то есть, быть тождественной самой себе — когерентной. Иное дело оптика, где излучение — продукт рекомбинации или сброса энергии возбужденным атомом. Такой процесс (испускание

фотона), по определению, ограничен во времени и, несмотря на любые ухищрения, эти единичные события не удается связать в сплошную однородную бесконечную цепь. Даже самые стабильные ге-лий-неоновые лазеры обеспечивают весьма скромное время когерентности (около 0,1 с), но всё же изобретение светоизлучающего диода и лазера существенно упорядочило структуру волнового поля, оставив механизм его генерации специфично оптическим.

Радиотехнике повезло — она родилась в сорочке замечательных уравнений Максвелла, из которых тривиально следует вся электродинамика. И поскольку нет ничего практичнее хорошей теории, радиоволны со времен Герца продуцируют, ясно осознавая происходящее: как генерировать нужную частоту, чем её излучить и принять? Отсюда внятный механизм преобразования переменного тока в электромагнитные волны и обратное преобразование энергии волнового поля в ток входной цепи приёмника. Любой радист нарисует эпюры токов антенны и покажет, как выглядит и распространяется э/м волна.

Олег МИТРОФАНОВ

В оптике всё не так. Источники излучения появились, когда не то, что теории — жизни не было. Увы, обогнав теорию, практика (а она без теории слепа) закономерно прошлась по всем арбузным коркам. Достаточно напомнить, что свет долгое время считали потоком корпускул, хотя уже Гюйгенс (XVII в.) знал — это колебания упругой среды. Как ни странно, и в наши дни случаются рецидивы, видимо, из-за слишком буквально толкуемой квантовой механики, что обвинила фотон в дуализме и объявила не представимым — он словно поручик Киже «особа секретная, фигуры не имеет». Впрочем, и для классической физики тайна сия велика есть — электродинамика тоже уходит от вопроса, как выглядит фотон и куда его излучает атом: вкруговую, направленно? Но главное установлено точно — при интерференции волна гасит волну, а вот ка-мушками-корпускулами другие камушки не уничтожишь. Однозначно и зафиксированное Физической энциклопедией официальное мнение науки: «Оптическое излучение представляет собой электромагнитные волны, и поэтому оптика — часть общего учения об электромагнитном поле. Её математическим основанием служат общие уравнения классической электродинамики — уравнения Максвелла».

Обретение теоретического базиса никак не повлияло на светильники, будь то Солнце, свеча, вольфрамовая нить или дуга, это всё те же тела накаливания, которые по-прежнему излучают невесть что и невесть как. В отличие от радиоустройств, они высвечивают энергию, лучше сказать, шумят, в чрезвычайно широкой полосе, создавая хаотичное световое поле. Семейство кривых (рис.1) показывает зависимость характера излучения от температуры² и помогает понять, почему КПД лампы накаливания хуже паровоза. Единственная радость — никаких ограничений со стороны МСЭ.

Кстати, а почему вообще излучают тела накаливания да ещё в широкой полосе? Ведь когда электрон переходит на более низкую орбиту (дискретный уровень) атом излучает узкую линию. Но чтобы переход

^Использована логарифмическая шкала, т.к. линейная оставила бы видимому свету узкую щелочку.

Диапазоны Международного регламента радиосвязи