Vågguidedispersionen

Vågguidedispersionen är ett fenomen där vågor som leds längs en vägledd struktur uppvisar frekvensberoende spridning av hastigheten på grund av vägledarens geometri och gränsvillkor. I en vågledare bildas diskreta eller kontinuerliga vägledda mod som kan ha olika fas- och grupphastigheter. Eftersom varje mode följer sin egen dispersionrelation uppstår vågguidedispersion när en bredbandsignal består av flera frekvenser eller lägen; olika komponenter färdas med olika hastighet och leder till tidsförskjutning och pulseförvrängning längs guiden.

Orsakerna är geometrin, materialegenskaper och gränsvillkor. Dimensioner, form och kurvatur av vägledaren bestämmer vilka mod som är tillåtna vid en given frekvens, medan materialets index eller impedans påverkar hur vågorna färdas. Varje mode har sin egen β(ω) och därmed grupphastigheten vg = dω/dβ. Vid modescutoff uppträder dispersionen särskilt starkt, vilket är vanligt när pulser är korta och bredbandsiga.

Typiska sammanhang och exempel inkluderar akustiska vägledare som rör och kanaler, där Lamb-vågor kan bildas i tunna skikt, samt optiska vågledare som plana och cylindriska strukturer och optiska fibrer. Inom geofysik uppstår vägledd spridning längs lager i jordskorpan och havsvägar, vilket används i tolkningar av mark- och vattenegenskaper.

Tillämpningar och design fokuserar på att hantera dispersion genom profilering av index eller impedans för att minimera pulseförvrängning i telekommunikation, ultrafast-mätningar och nondestruktiv testning. Se även: dispersion, vågledare, mode, cutofffrekvens.