ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН English Войти Подать статью
Журнал радиоэлектроники Электронный научный журнал · eISSN 1684-1719
2025, № 3 · РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН

О групповой скорости видеосигнала в диэлектрике

Н.С. Бухман1

1 Самарский государственный технический университет, Самара, Россия
Полный текст DOI: 10.30898/1684-1719.2025.3.1 УДК 537.876 EDN GNFPDY

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.

  • видеосигнал
  • групповая скорость
  • нормальная атмосфера
  • голоморфный сигнал
  • кусочно-голоморфный сигнал
  • передача информации
  • шаровая молния
Abstract (in English)

On the group velocity of a video signal in a dielectric

It is shown that holomorphic video signals of sufficient duration are capable (as well as holomorphic radio signals of sufficient duration) of propagating in a dielectric without significant distortion at a certain group velocity different from both the speed of light in a vacuum and the group velocity of a radio signal at radio frequencies. It is shown that this group velocity of the video signal coincides with its phase velocity. It is lower than the vacuum speed of light in media dominated by absorption at low frequencies and higher than the vacuum speed of light in media dominated by amplification at low frequencies. The group speed of the video signal in a normal atmosphere is calculated. It is shown that this group velocity is much closer to the vacuum velocity of light than the group velocity of a radio signal at radio frequencies. Therefore, at distances of less than 100 km, it can be assumed that any (including discontinuous) video signal with a duration of more than 10-10 seconds propagates "as in a vacuum" - without attenuation, as a whole and practically at the speed of light in a vacuum.

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

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