Viskande-gallerivåg
Viskgallerivågor , eller viskningsgallerilägen , är en typ av våg som kan färdas runt en konkav yta. Ursprungligen upptäcktes för ljudvågor i viskande galleriet i St Paul's Cathedral , de kan existera för ljus och för andra vågor, med viktiga tillämpningar i oförstörande testning , lasning , kylning och avkänning , såväl som i astronomi .
Introduktion
Viskgallerivågor förklarades först för fallet med St Paul's Cathedral circa 1878 av Lord Rayleigh , som reviderade en tidigare missuppfattning att viskningar kunde höras över kupolen men inte i någon mellanliggande position. Han förklarade fenomenet med resande viskningar med en serie spegelreflekterade ljudstrålar som utgör ackord i det cirkulära galleriet. Klängande vid väggarna bör ljudet avta i intensitet endast som inversen av avståndet - snarare än den omvända kvadraten som i fallet med en punktljudkälla som strålar ut i alla riktningar. Detta förklarar att viskningarna är hörbara runt om i galleriet.
Rayleigh utvecklade vågteorier för St Paul's 1910 och 1914. Att passa ljudvågor inuti en kavitet involverar resonansfysiken baserad på våginterferens ; ljudet kan bara existera vid vissa tonhöjder som i fallet med orgelpipor . Ljudet bildar mönster som kallas lägen , som visas i diagrammet.
Många andra monument har visat sig uppvisa viskande gallerivågor, som Gol Gumbaz i Bijapur och Himlens tempel i Peking.
I den strikta definitionen av viskgallerivågor kan de inte existera när styrytan blir rak. Matematiskt motsvarar detta gränsen för en oändlig krökningsradie. Viskande gallerivågor styrs av effekten av väggens krökning.
Akustiska vågor
Viskande gallerivågor för ljud finns i en mängd olika system. Exempel inkluderar vibrationer från hela jorden eller stjärnor .
Sådana akustiska viskgallerivågor kan användas vid oförstörande testning i form av vågor som kryper runt hål fyllda med vätska till exempel. De har också upptäckts i solida cylindrar och sfärer, med tillämpningar inom avkänning , och visualiserats i rörelse på mikroskopiska skivor.
Viskande gallerivågor styrs mer effektivt i sfärer än i cylindrar eftersom effekterna av akustisk diffraktion (lateral vågspridning) då kompenseras helt.
Elektromagnetiska vågor
Viskgallerivågor finns för ljusvågor. De har tillverkats i mikroskopiska glaskulor eller tori, till exempel med tillämpningar inom lasring , optomekanisk kylning , frekvenskamgenerering och avkänning . Ljusvågorna styrs nästan perfekt runt av optisk total intern reflektion , vilket leder till att Q-faktorer överstiger 10 10 uppnås. Detta är mycket högre än de bästa värdena, cirka 10 4 , som på liknande sätt kan erhållas inom akustik. Optiska lägen i en viskande galleriresonator är i sig förlustbringande på grund av en mekanism som liknar kvanttunnelering . Som ett resultat upplever ljus i ett viskande galleriläge en viss grad av strålningsförlust även under teoretiskt idealiska förhållanden. En sådan förlustkanal har varit känd från forskning om optisk vågledarteori och kallas tunnelstråledämpning inom fiberoptikområdet . Q-faktorn är proportionell mot avklingningstiden för vågorna, som i sin tur är omvänt proportionell mot både ytspridningshastigheten och vågabsorptionen i mediet som utgör galleriet. Viskande gallerivågor för ljus har undersökts i kaotiska gallerier , vars tvärsnitt avviker från en cirkel. Och sådana vågor har använts i kvantinformationstillämpningar .
Viskgallerivågor har också demonstrerats för andra elektromagnetiska vågor såsom radiovågor , mikrovågor , terahertzstrålning , infraröd strålning , ultravioletta vågor och röntgenstrålar . På senare tid, med den snabba utvecklingen av mikrofluidteknik, har många integrerade sensorer för viskgalleriläge, genom att kombinera portabiliteten av lab-on-chip-enheter och den höga känsligheten hos viskande gallerilägesresonatorer, uppstått. Möjligheterna för effektiv provhantering och multiplexerad analytdetektion som erbjuds av dessa system har lett till många biologiska och kemiska avkänningstillämpningar, speciellt för detektion av enstaka partiklar eller biomolekyler.
Andra system
Viskgallerivågor har setts i form av materiavågor för neutroner och elektroner, och de har föreslagits som en förklaring till vibrationer i en enda kärna . Viskande gallerivågor har också observerats i vibrationerna från tvålfilmer såväl som i vibrationerna från tunna plattor Analogier av viskande gallerivågor finns också för gravitationsvågor vid svarta håls händelsehorisont . En hybrid av vågor av ljus och elektroner som kallas ytplasmoner har demonstrerats i form av viskande gallerivågor, och likaså för exciton - polaritoner i halvledare . Gallerier som samtidigt innehåller både akustiska och optiska viskgallerivågor har också skapats, som uppvisar mycket stark lägeskoppling och koherenta effekter. Hybrid fast-fluid-optisk viskande-galleri strukturer har också observerats.