ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. eISSN 1684-1719. 2025. №12
Текст статьи (pdf)
DOI: https://doi.org/10.30898/1684-1719.2025.12.13
УДК: 537.876
О СВЕРХСВЕТОВОЙ ГРУППОВОЙ СКОРОСТИ
ВИДЕОСИГНАЛА В УСИЛИВАЮЩЕЙ СРЕДЕ
Н.С. Бухман, С.Н. Бухман
Самарский государственный технический университет,
443100, Самара, ул. Молодогвардейская, д.244
Статья поступила в редакцию 21 августа 2025 г.
Аннотация. Показано, что голоморфные (бесконечно дифференцируемые) видеосигналы достаточной продолжительности в принципе способны распространяться в среде с инверсией населенностей (и доминированием усиления над поглощением по крайней мере на низких частотах) без существенных искажений и существенного усиления со сверхсветовой групповой скоростью. Практическая реализация этого эффекта ограничена не столько искажением или усилением самого видеосигнала, сколько максимальными размерами (и усилением посторонних сигналов на частоте максимального усиления) реально существующих активных сред. При разумных коэффициентах усиления реально существующих активных сред в лучшем случае можно надеяться на величину времени опережения видеосигналом вакуумной скорости света порядка величины его собственной длительности.
Ключевые слова: видеосигнал, групповая скорость, сверхсветовая групповая скорость.
Автор для переписки: Бухман Николай Сергеевич, nik3142@yandex.ru
Литература
1. Бухман Н.С. О групповой скорости видеосигнала в диэлектрике. // Журнал радиоэлектроники. – 2025 – № 3. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2025.3.1
2. Виноградова М.Б., Руденко О.В., Сухоруков А.П. Теория волн. – 1979.
3. Вайнштейн Л.А. Распространение импульсов // Успехи физических наук. – 1976. – Т. 118. – №. 2. – С. 339-367. https://doi.org/10.3367/UFNr.0118.197602h.0339
4. Прохоров А.М. Физическая энциклопедия. – Рипол Классик, 1988. – Т. 1.
5. Прохоров А.М. и др. (ред.). Физический энциклопедический словарь. – Советская энциклопедия, 1983.
6. Бухман Н.С. О принципе причинности и сверхсветовых скоростях распространения сигналов // Радиотехника и электроника. – 2021. – Т. 66. – №. 3. – С. 209-225.
7. Wang L.J., Kuzmich A., Dogariu A. Gain-assisted superluminal light propagation // Nature. – 2000. – Т. 406. – №. 6793. – С. 277-279. https://doi.org/10.1038/35018520
8. Talukder M.A. I., Amagishi Y., Tomita M. Superluminal to subluminal transition in the pulse propagation in a resonantly absorbing medium // Physical Review Letters. – 2001. – Т. 86. – №. 16. – С. 3546. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.86.3546
9. Dogariu A., Kuzmich A., Wang L.J. Transparent anomalous dispersion and superluminal light-pulse propagation at a negative group velocity // Physical Review A. – 2001. – Т. 63. – №. 5. – С. 053806. https://doi.org/10.1103/PhysRevA.63.053806
10. Акульшин А.М., Чиммино А., Опат Д.И. Отрицательная групповая скорость светового импульса в парах цезия // Квантовая электроника. – 2002. – Т. 32. – №. 7. – С. 567-569. https://doi.org/10.1070/QE2002v032n07ABEH002249
11. Macke B., Ségard B. Propagation of light-pulses at a negative group-velocity // The European Physical Journal D-Atomic, Molecular, Optical and Plasma Physics. – 2003. – Т. 23. – С. 125-141. https://doi.org/10.1140/epjd/e2003-00022-0
12. Akulshin A.M. et al. Pulses of fast light, the signal velocity, and giant Kerr nonlinearity // LASER PHYSICS-LAWRENCE-. – 2005. – Т. 15. – №. 9. – С. 1252.
13. Золотовский И.О., Семенцов Д.И. Скорость максимума огибающей частотно-модулированного гауссова импульса в усиливающей нелинейной среде // Оптика и спектроскопия. – 2005. – Т. 99. – №. 1. – С. 89-92.
14. Золотовский И.О., Семенцов Д.И. Скорость огибающей импульса в туннельно-связанных оптических волноводах с сильно различающимися параметрами // Оптика и спектроскопия. – 2006. – Т. 101. – №. 1. – С. 120-123. https://doi.org/10.1134/S0030400X06070204
15. Macke B., Ségard B. From fast to slow light in a resonantly driven absorbing medium // Physical Review A–Atomic, Molecular, and Optical Physics. – 2010. – Т. 82. – №. 2. – С. 023816. https://doi.org/10.1103/PhysRevA.82.023816
16. Akulshin A.M., McLean R.J. Fast light in atomic media // Journal of Optics. – 2010. – Т. 12. – №. 10. – С. 104001. https://doi.org/10.1088/2040-8978/12/10/104001
17. Малыкин Г.Б., Романец Е.А. Сверхсветовые движения (обзор) // Оптика и спектроскопия. – 2012. – Т. 112. – №. 6. – С. 993-993. https://doi.org/10.1134/S0030400X12040145
18. Золотовский И.О., Минвалиев Р.Н., Семенцов Д.И. Динамика частотно-модулированных волновых пакетов в световодах с комплексными материальными параметрами // Успехи физических наук. – 2013. – Т. 183. – №. 12. – С. 1353-1365. https://doi.org/10.3367/UFNr.0183.201312e.1353
19. Macke B., Ségard B. Simultaneous slow and fast light involving the Faraday effect // Physical Review A. – 2016. – Т. 94. – №. 4. – С. 043801. https://doi.org/10.1103/PhysRevA.94.043801
20. Macke B., Ségard B. Optical precursors with self-induced transparency // Physical Review A–Atomic, Molecular, and Optical Physics. – 2010. – Т. 81. – №. 1. – С. 015803.
21. Macke B., Ségard B. Optical precursors in transparent media // Physical Review A–Atomic, Molecular, and Optical Physics. – 2009. – Т. 80. – №. 1. – С. 011803.
22. Boyd and R.W., Gauthier D.J. « Slow''and» fasf'light // Progress in Optics. – 2002. – V. 43. – P. 497.
23. Macke B., Ségard B. Simple asymptotic forms for Sommerfeld and Brillouin precursors // Physical Review A–Atomic, Molecular, and Optical Physics. – 2012. – Т. 86. – №. 1. – С. 013837. https://doi.org/10.1103/PhysRevA.86.013837
24. Ravelo B. Investigation on microwave negative group delay circuit // Electromagnetics. – 2011. – Т. 31. – №. 8. – С. 537-549. https://doi.org/10.1080/02726343.2011.621106
25. Macke B., Ségard B. Two-pulse interference and superluminality // Opt. Commun. 2008. V. 281. № 1. P. 12-17.
26. Aaviksoo J., Kuhl J., Ploog K. Observation of optical precursors at pulse propagation in GaAs // Physical Review A. – 1991. – Т. 44. – №. 9. – С. R5353. https://doi.org/10.1103/PhysRevA.44.R5353
27. Österberg U., Andersson D., Lisak M. On precursor propagation in linear dielectrics // Optics communications. – 2007. – Т. 277. – №. 1. – С. 5-13. https://doi.org/10.1016/j.optcom.2007.04.050
28. Tanaka H. et al. Propagation of optical pulses in a resonantly absorbing medium: Observation of negative velocity in Rb vapor // Physical Review A. – 2003. – Т. 68. – №. 5. – С. 053801. https://doi.org/10.1103/PhysRevA.68.053801
29. Du S. et al. Observation of optical precursors at the biphoton level // Optics letters. – 2008. – Т. 33. – №. 18. – С. 2149-2151.
30. Macke B., Ségard B. Brillouin precursors in Debye media // Physical Review A. – 2015. – Т. 91. – №. 5. – С. 053814.
31. Macke B., Ségard B. On-resonance material fast light // Phys. Rev. A. – 2018. – Т. 97. – №. 6. – С. 063830. https://doi.org/10.1103/PhysRevA.80.011803
32. Macke B., Ségard B. Optical precursors with self-induced transparency // Physical Review A–Atomic, Molecular, and Optical Physics. – 2010. – Т. 81. – №. 1. – С. 015803.
33. Macke B., Ségard B. Optical precursors in transparent media // Physical Review A–Atomic, Molecular, and Optical Physics. – 2009. – Т. 80. – №. 1. – С. 011803.
34. Boyd and R.W., Gauthier D.J. « Slow''and» fasf'light // Progress in Optics. – 2002. – V. 43. – P. 497.
35. Macke B., Ségard B. Simple asymptotic forms for Sommerfeld and Brillouin precursors // Physical Review A–Atomic, Molecular, and Optical Physics. – 2012. – Т. 86. – №. 1. – С. 013837. https://doi.org/10.1103/PhysRevA.86.013837
36. Sommerfeld A. Über die Fortpflanzung des Lichtes in dispergierenden Medien // Annalen der Physik. – 1914. – Т. 349. – №. 10. – С. 177-202.
37. Brillouin L. Über die Fortpflanzung des Lichtes in dispergierenden Medien // Annalen der Physik. – 1914. – Т. 349. – №. 10. – С. 203-240.
38. Aaviksoo J., Kuhl J., Ploog K. Observation of optical precursors at pulse propagation in GaAs // Physical Review A. – 1991. – Т. 44. – №. 9. – С. R5353. https://doi.org/10.1103/PhysRevA.44.R5353
39. Österberg U., Andersson D., Lisak M. On precursor propagation in linear dielectrics // Optics communications. – 2007. – Т. 277. – №. 1. – С. 5-13. https://doi.org/10.1016/j.optcom.2007.04.050
40. Du S. et al. Observation of optical precursors at the biphoton level // Optics letters. – 2008. – Т. 33. – №. 18. – С. 2149-2151.
41. Macke B., Ségard B. Brillouin precursors in Debye media // Physical Review A. – 2015. – Т. 91. – №. 5. – С. 053814.
42. Бухман Н.С. О голоморфных и кусочно-голоморфных сигналах. // Журнал радиоэлектроники. – 2025 – № 3. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2025.3.2
43. Бухман Н.С. Об изменении длительности узкополосного сигнала в диспергирующей среде с ростом протяженности трассы (в рамках метода моментов) // Известия вузов. Радиофизика. 2024. Т. 67. № 2. С. 187-202.
44. Бухман Н.С., Куликова А.В. О влиянии дисперсии поглощения на временную зависимость голономного узкополосного сигнала вдали от точки излучения // Журнал радиоэлектроники. – 2023. – №. 2. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2023.2.5
45. Бухман Н.С. О распространении кусочно-голоморфного сигнала через мазерный источник OH, связанный с инфракрасной звездой NML Лебедя. // Журнал радиоэлектроники. – 2025. –№ 3. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2025.3.3
46. Стрельницкий В.С. Космические мазеры // Успехи физических наук. – 1974. – Т. 113. – №. 7. – С. 463-502. https://doi.org/10.3367/UFNr.0113.197407c.0463
Для цитирования:
Бухман Н.С., Бухман С.Н. О сверхсветовой групповой скорости видеосигнала в усиливающей среде // Журнал радиоэлектроники. – 2025. – №. 12. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2025.12.13