النبض (الفيزياء)

الموسوعة الحرة

في الفيزياء ، النبضة هي اضطراب فردي ينتشر عبر وسط ناقل . قد يكون هذا الوسط فراغًا (في حالة الإشعاع الكهرومغناطيسي ) أو مادة ، وقد يكون كبيرًا جدًا أو محدودًا.

يمكن وصف حركة النبض والتغيرات في كثير من الأحيان بواسطة معادلة تفاضلية جزئية (PDE)، مثل معادلة تفاضلية جزئية زائدية أو معادلة تفاضلية جزئية مكافئة ، والتي تتوافق مع النوع المحدد من الاضطراب.

انعكاس نبضة موجية

تخيل نبضة تشوه تنتقل عبر وسط مرن ، كحبل أو زنبرك . عندما تصل النبضة إلى نهاية هذا الوسط، يتوقف مصيرها على ما إذا كان الوسط ثابتًا في مكانه أم حر الحركة عند نهايته. على سبيل المثال، إذا كانت النبضة تنتقل عبر حبل، وكان طرف الحبل ممسكًا بإحكام، يُقال إن النبضة تقترب من نهاية ثابتة. أما إذا كانت نهاية الحبل مثبتة بعصا بحيث تتحرك بحرية لأعلى أو لأسفل على طول العصا عند وصول النبضة إلى نهايتها، يُقال إن النبضة تقترب من نهاية حرة.

الطرف الحر

الشكل 1: نبضة تصل إلى نهاية الوسط، ونقطة النهاية حرة. رُسمت المواضع المتتالية للنبضة باللون الأسود، ثم الأحمر، ثم الأخضر، ثم الأزرق، ثم الأسود، ثم الأحمر، ثم الأخضر. المنحنى الأخضر الأخير هو المنحنى الابتدائي في الشكل 2.
الشكل 2: انعكاس النبضة. تم رسم المواضع المتتالية للنبضة باللون الأخضر، ثم الأزرق، ثم الأسود، ثم الأحمر، ثم الأخضر، ثم الأزرق. المنحنى الأخضر الأولي هو المنحنى النهائي في الشكل 1.

تنعكس النبضة عن الطرف الحر وتعود بنفس اتجاه الإزاحة الذي كانت عليه قبل الانعكاس. أي أن النبضة ذات الإزاحة الصاعدة تنعكس عن الطرف وتعود بنفس اتجاه الإزاحة الصاعدة.

ويتضح ذلك من خلال الشكلين 1 و 2 اللذين تم الحصول عليهما عن طريق التكامل العددي لمعادلة الموجة .

طرف ثابت

الشكل 3: نبضة تصل إلى نهاية الوسط، حيث تكون نقطة النهاية ثابتة. تُرسَم المواضع المتتالية للنبضة باللون الأسود، ثم الأحمر، ثم الأخضر، ثم الأزرق، ثم الأسود، ثم الأحمر، ثم الأخضر. المنحنى الأخضر النهائي هو المنحنى الابتدائي في الشكل 4.
الشكل 4: انعكاس النبضة. رُسمت المواضع المتتالية للنبضة باللون الأخضر، ثم الأزرق، ثم الأسود، ثم الأحمر، ثم الأخضر، ثم الأزرق. المنحنى الأخضر الأولي هو المنحنى النهائي في الشكل 3.
الشكل 5: الرسوم المتحركة المقابلة للشكلين 3 و 4.

تنعكس النبضة عن طرف ثابت وتعود في الاتجاه المعاكس للإزاحة. في هذه الحالة، يُقال إن النبضة قد انقلبت. أي أن النبضة ذات الإزاحة الصاعدة تنعكس عن الطرف وتعود بإزاحة هابطة.

يتضح ذلك من خلال الشكلين 3 و4 اللذين تم الحصول عليهما بالتكامل العددي لمعادلة الموجة . كما يتضح ذلك أيضًا في الرسوم المتحركة للشكل 5.

وسائل الإعلام المتداخلة

عندما توجد نبضة في وسط متصل بوسط آخر أقل كثافة أو أثقل، فإنها تنعكس كما لو كانت تقترب من طرف حر (بدون انعكاس). وعلى النقيض، عندما تنتقل نبضة عبر وسط متصل بوسط أثقل أو أثقل، فإنها تنعكس كما لو كانت تقترب من طرف ثابت (انعكاس).

النبضة الضوئية

نبضة مظلمة

تتميز النبضات المظلمة [ 1 ] بتكوينها من انخفاض موضعي في شدة الضوء مقارنةً بخلفية الموجة المستمرة الأكثر شدة. يمكن تكوين السوليتونات المظلمة العددية (السوليتونات المظلمة المستقطبة خطيًا) في جميع ليزرات الألياف ذات التشتت الطبيعي والمُقفلة نمطيًا بطريقة دوران الاستقطاب غير الخطي، وقد تكون مستقرة نسبيًا. أما السوليتونات المظلمة المتجهة [ 2 ] [ 3 ] فهي أقل استقرارًا بكثير نظرًا للتفاعل المتبادل بين مُركّبتي الاستقطاب. لذلك، من المهم دراسة كيفية تطور حالة استقطاب هاتين المُركّبتين.

في عام 2008، تم الإبلاغ عن أول ليزر نبضي مظلم في ليزر ثنائي النقاط الكمومية مع ممتص قابل للتشبع. [ 4 ]

في عام ٢٠٠٩، تم بنجاح إنتاج ليزر الألياف ذي النبضات المظلمة في ليزر ألياف مطعّم بالإربيوم ذي تشتت طبيعي بالكامل، مزود بمستقطب داخل التجويف. وكشفت التجارب أنه بالإضافة إلى انبعاث النبضات الساطعة، يمكن لليزر الألياف، في ظل ظروف مناسبة، أن يُصدر نبضات مظلمة مفردة أو متعددة. وبناءً على المحاكاة العددية، فإن تكوّن النبضات المظلمة في الليزر هو نتيجة لتشكيل السوليتون المظلم. [ ٥ ]

في عام 2022، تم عرض أول ليزر نبضي مظلم في الفضاء الحر باستخدام بلورة غير خطية داخل ليزر الحالة الصلبة. [ 6 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ إمبليت، ب.؛ هامايد، ج. ب.؛ رينو، ف.؛ فروهلي، س.؛ بارتيليمي، أ. (1987). "خطوات البيكوثانية والنبضات المظلمة عبر ألياف أحادية النمط غير خطية". اتصالات البصريات . 62 (6). إلسيفير بي في: 374-379 . رمز Bibcode : 1987OptCo..62..374E . doi : 10.1016/0030-4018(87)90003-4 . ISSN 0030-4018 . 
  2. ↑ كيفشار، يوري س.؛ توريتسين، سيرجي ك. (1993-03-01). "سوليتونات مظلمة متجهة". رسائل البصريات . 18 (5). الجمعية البصرية: 337-339 . رمز Bibcode : 1993OptL...18..337K . doi : 10.1364/ol.18.000337 . ISSN 0146-9592 . PMID 19802128 .  
  3. ↑ كيفشار، ي. (1998-05-01). "السوليتونات البصرية المظلمة: الفيزياء والتطبيقات". تقارير الفيزياء . 298 ( 2-3 ). إلسيفير بي في: 81-197 . رمز Bibcode : 1998PhR...298...81K . doi : 10.1016/s0370-1573(97)00073-2 . ISSN 0370-1573 . والمراجع الواردة فيها.
  4. ↑ مينغمينغ فينغ، ستيفن تي. كونديف، آر بي ميرين، وكيه إل سيلفرمان (2008). ليزر ثنائي نبضي مظلم . مؤتمر الليزر والإلكترونيات الضوئية. ص. CThP1 . تاريخ الاسترجاع: 15 مارس 2020 . {{cite conference}}: صيانة CS1: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين ( رابط )
  5. ↑ تشانغ، هـ.؛ تانغ، د.ي.؛ تشاو، ل.م.؛ وو، ش. (27-10-2009). "انبعاث النبضات المظلمة من ليزر الألياف" (ملف PDF) . مجلة Physical Review A. 80 ( 4) 045803. arXiv : 0910.5799 . Bibcode : 2009PhRvA..80d5803Z . doi : 10.1103/physreva.80.045803 . ISSN 1050-2947 . S2CID 118581850. مؤرشف من النسخة الأصلية (PDF) بتاريخ 17-07-2011 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 30-10-2009 .  
  6. ↑ برونزيل، م.؛ ويدارسون، م.؛ كروك، س.؛ باريت، ل.؛ لوريل، ف.؛ باسيسكيفيتشوس، ف. (22-02-2022). "توليد نبضات مظلمة داخل التجويف من خلال مزج تردد الجمع المتزامن" . رسائل البصريات . 47 (5): 1105-1108 . رمز Bibcode : 2022OptL...47.1105B . doi : 10.1364/OL.448148 . PMID 35230302. S2CID 246548854. تاريخ الاسترجاع : 03-03-2022 .