ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. eISSN 1684-1719. 2025. №3

УДК: 537.876

О ГРУППОВОЙ СКОРОСТИ ВИДЕОСИГНАЛА В ДИЭЛЕКТРИКЕ

Н.С. Бухман

Самарский государственный технический университет,
443100, Самара, ул. Молодогвардейская, д.244

Статья поступила в редакцию 3 сентября 2024 г.

Аннотация. Показано, что голоморфные (бесконечно дифференцируемые) видеосигналы достаточной длительности способны (как и голоморфные радиосигналы достаточной длительности) распространяться в диэлектрике без существенных искажений с некоторой групповой скоростью, отличной как от скорости света в вакууме, так и от групповой скорости радиосигнала на радиочастотах. Показано, что эта групповая скорость видеосигнала совпадает с его фазовой скоростью. Она ниже вакуумной скорости света в средах с доминированием поглощения на низких частотах и выше вакуумной скорости света в средах с доминированием усиления на низких частотах. Вычислена групповая скорость видеосигнала в нормальной атмосфере. Показано, что эта групповая скорость гораздо ближе к вакуумной скорости света, чем групповая скорость радиосигнала на радиочастотах. Поэтому на дистанциях менее 100 км можно считать, что любой (в том числе и разрывный) видеосигнал с длительностью более 10^-10 секунд распространяется «как в вакууме» – без затухания, как единое целое и практически со скоростью света в вакууме.

Ключевые слова: видеосигнал, групповая скорость, нормальная атмосфера, голоморфный сигнал, кусочно-голоморфный сигнал, передача информации, шаровая молния.

Автор для переписки: Бухман Николай Сергеевич, nik3142@yandex.ru

Литература

1. Виноградова М.Б., Руденко О.В., Сухоруков А.П. Теория волн. – 1979.

2. Вайнштейн Л.А. Распространение импульсов //Успехи физических наук. – 1976. – Т. 118. – №. 2. – С. 339-367. https://doi.org/10.3367/UFNr.0118.197602h.0339

3. Прохоров А.М. Физическая энциклопедия. – Рипол Классик, 1988. – Т. 1.

4. Прохоров А.М. и др. (ред.). Физический энциклопедический словарь. – Советская энциклопедия, 1983.

5. Смирнов В.И. Курс высшей математики. – Рипол Классик, 1961.

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. // Opt. Commun. 2008. V. 281. № 1. P. 12-17. https://doi.org/10.1016/j.optcom.2007.09.007

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. https://doi.org/10.1364/OL.33.002149

30. Macke B., Ségard B. Brillouin precursors in Debye media //Physical Review A. – 2015. – Т. 91. – №. 5. – С. 053814. https://doi.org/10.1103/PhysRevA.91.053814

31. Macke B., Ségard B. On-resonance material fast light //Physical Review A. – 2018. – Т. 97. – №. 6. – С. 063830. https://doi.org/10.1103/PhysRevA.80.011803

32. Атмосфера. Справочник (справочные данные, модели) //Л.: Гидрометеоиздат. – 1991.

33. Зражевский А.Ю., Титов С.В. Молекулярное поглощение в атмосферных парах воды в 0-1 Тгц частотном диапазоне //Журнал радиоэлектроники. – 2012. – №. 10. – С. 1-1.

34. Никольский В.В. Никольская Т.И. Электродинамика и распространение радиоволн. – Наука, 1989.

35. Macke B., Ségard B. Optical precursors with self-induced transparency //Physical Review A—Atomic, Molecular, and Optical Physics. – 2010. – Т. 81. – №. 1. – С. 015803.

36. Macke B., Ségard B. Optical precursors in transparent media //Physical Review A—Atomic, Molecular, and Optical Physics. – 2009. – Т. 80. – №. 1. – С. 011803.

37. Boyd and R. W., Gauthier D. J. " Slow''and" fasf'light // Progress in Optics. – 2002. – V. 43. – P. 497.

38. 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

39. Sommerfeld A. Über die Fortpflanzung des Lichtes in dispergierenden Medien //Annalen der Physik. – 1914. – Т. 349. – №. 10. – С. 177-202.

40. Brillouin L. Über die Fortpflanzung des Lichtes in dispergierenden Medien //Annalen der Physik. – 1914. – Т. 349. – №. 10. – С. 203-240.

41. 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

42. 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

43. Du S. et al. Observation of optical precursors at the biphoton level //Optics letters. – 2008. – Т. 33. – №. 18. – С. 2149-2151. https://doi.org/10.1364/OL.33.002149

44. Macke B., Ségard B. Brillouin precursors in Debye media //Physical Review A. – 2015. – Т. 91. – №. 5. – С. 053814. https://doi.org/10.1103/PhysRevA.91.053814

Для цитирования:

Бухман Н.С. О групповой скорости видеосигнала в диэлектрике. // Журнал радиоэлектроники. – 2025 – № 3. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2025.3.1