резонатор

РЕЗОНАТОР (от лат. resono - звучу в ответ, откликаюсь) - устройство или природный объект, в к-ром происходит накопление энергии колебаний, поставляемой извне. Как правило, Р. относятся к линейным ко-лебат. системам и характеризуются т. н. резонансными частотами. При приближении частоты внеш. воздействия к резонансной частоте в Р. наблюдается достаточно резкое увеличение амплитуды вынужденных колебаний. Это - явление резонанса. После отключения внеш. источника колебания внутри Р. какое-то время сохраняются. Они совершаются на частотах, близких к резонансным, и представляют собой уже собственные или свободные колебания Р. Если пренебречь диссипацией (в т. ч. п потерями на излучение), то Р. ведёт себя как идеальная консервативная колебат. система, обладающая дискретным спектром собств. колебаний. При наличии потерь чисто гармонич. собств. колебания невозможны, соответствующие им резонансные кривые Р. уширяются. Это уширение характеризуют добротностью Q = w/Dw (w - резонансная частота, Dw-ширина резонансной кривой). Добротность определяет отношение запасённой в Р. колебат. энергии W к энергии потерь за один период колебаний, Q = wW/P (P - мощность потерь); однако следует иметь в виду, что само понятие запасённой энергии в диссипативных системах является до нек-рой степени условным, зависящим от принятой модели (идеализации) Р.

Р. различаются прежде всего физ. характером происходящих в них процессов. Так, существуют механич., акустич., эл--магн. и др. Р. Напр., одномерным механич. Р. является струна с закреплёнными концами, двумерным - упругая мембрана. В случае акустич. колебаний роль Р. часто выполняют разл. трубы, колбы, сосуды, наполненные газом (воздухом) (см. Резонатор акустический). Акустическими Р. могут служить комнаты, залы или их отд. части, что приводит к эффекту реверберации (продолжительного эхового звучания на избранных частотах) и нарушает акустич. совершенство помещений. Уникален по своим свойствам (диапазонность, перестраиваемость и т. п.) Р. голосового аппарата человека и животных.

Простейший Р. для эл--магн. колебаний - колебательный контур, состоящий из индуктивности L, ёмкости С, сопротивления R; его собств. частота , а добротность . Размеры колебат. контура l должны быть малы по сравнению с длиной волны. Иначе существенны будут потери на излучение эл--магн. волн, что ведёт к уменьшению Q. Для снижения таких потерь применяют экранированные Р. в виде замкнутых объёмов с хорошо проводящими стенками. Это - т. н. объёмные резонаторы, или эндовибраторы (в отличие от экзовиб-раторов, поля к-рых сосредоточены вне формирующих поверхностей). Объёмные Р.- колебат. системы с распределёнными параметрами. Их форма может быть произвольной, но для простой экраниров. полости (сферической, цилиндрической и т. п.) ниж. частота собств. колебаний (мод) всегда обратно пропорциональна времени пробегания эл--магн. волны между стенками . Объёмные Р. служат в технике

СВЧ. В миллиметровом, субмиллиметровом и оптическом диапазонах чаще всего используют открытые резонаторы, размер к-рых . Их резонансные моды формируются в результате многократного отражения квазиоптич. пучков эл--магн. волн от двух или неск. зеркальных поверхностей (см. Оптический резонатор, Квазиоптика, Интерферометр Фабри - Перо). Спектр собств. колебаний открытых Р. значительно разрежен по сравнению со спектром полностью экраниров. систем, т. к. объединённые в пучки группы мод, попадающие мимо зеркал, высвечиваются и, следовательно, относятся к низкодобротным. Открытые Р. играют важную роль в работе мазеров и лазеров .В рентг. диапазоне обычные зеркала перестают быть хорошими отражателями, поэтому их заменяют перио-дич. многослойными структурами, обеспечивающими отражение вследствие брэгговского рассеяния (см. Брэгга - Вулъфа условие).

Лит.: Вайнштейн Л. А., Открытые резонаторы и открытые волноводы, М., 1966; Исакович М. А., Общая акустика, М., 1973; Никольский В. В., Никольская Т. И., Электродинамика и распространение радиоволн, 3 изд., М., 1989; Ананьев Ю. А., Оптические резонаторы и лазерные пучки, М., 1990. М. А. Миллер, А. И. Смирнов.

   <<      Предметный указатель      >>