Вынужденное рассеяние второго звука в сверхтекучей жидкости, обусловленное поглощением

Abstract

Рассмотрен новый для гидродинамики тип волнового взаимодействия — стимулированное рассеяние, обусловленное поглощением. Конкретно в данной статье рассмотрено вынужденное рассеяние второго звука в сверхтекучей жидкости. Если в среде распространяются две волны — интенсивная возбуждающая волна и волна сигнала, — то выделяемая в среде за счет поглощения мощность, пропорциональная квадрату модуля суммарного поля, содержит, в частности, интерференционное слагаемое с частотой, равной разности частот возбуждающей волны и волны сигнала. Поскольку свойства среды зависят от температуры, возникшие с разностной частотой температурные неоднородности приводят к рассеянию возбуждающей волны, создающему поле, резонансное для волны сигнала. Это поле пропорционально коэффициенту поглощения и интенсивности возбуждающей волны. При малых интенсивностях возбуждающей волны такое рассеяние приводит к частичной компенсации диссипации волны сигнала, а при возрастании интенсивности возбуждающей волны оно может привести к усилению волны сигнала. Это означает возможность возникновения вынужденного рассеяния. Анализ экспериментальных данных позволяет предположить, что пороговая интенсивность такого вынужденного рассеяния может быть реальной для эксперимента величиной.

Розглянуто новий для гідродинаміки тип хвильової взаємодії — стимульоване розсіювання, обумовлене поглинанням. Конкретно у даній статті розглянуто змушене розсіювання другого звуку у надплинній рідині. Якщо в середовищі поширюються дві хвилі — інтенсивна хвиля, що збуджує, й хвиля сигналу, — то потужність, яка виділяється в середовищі за рахунок поглинання, пропорційна квадрату модуля сумарного поля, містить, зокрема, інтерференційний доданок із частотою, яка дорівнює різниці частот хвилі, що збуджує, й хвилі сигналу. Оскільки властивості середовища залежать від температури, температурні неоднорідності, що виникли з різницевою частотою, приводять до розсіювання хвилі, що збуджує, яке створює поле, резонансне для хвилі сигналу. Це поле пропорційно коефіцієнту поглинання й інтенсивності хвилі, що збуджує. При малих інтенсивностях хвилі, що збуджує, таке розсіювання приводить до часткової компенсації дисипації хвилі сигналу, а при зростанні інтенсивності хвилі, що збуджує, воно може привести до посилення хвилі сигналу. Це означає можливість виникнення змушеного розсіювання. Аналіз експериментальних даних дозволяє припустити, що гранична інтенсивність такого змушеного розсіювання може бути реальною для експерименту величиною.

Absorption-induced stimulated scattering is discussed which is a new class of wave interactions in hydrodynamics. Specifically, stimulated second-sound scattering in superfluids is studied. In case of two waves propagating in a medium (an intense pumping wave and a weak signal wave), the thermal energy produced through absorptive heating contains, in particular, a resonant source term oscillating at a difference frequency. Since the physical parameters of a medium depend on temperature, the temperature inhomogeneities produced at difference frequency cause the incident wave to scatter, resulting in a field resonant for the signal wave. This field is proportional both to the wave damping coefficient and the pumping wave intensity. At a low incident intensity the scattering reduces partially the signal wave damping, while increase in the pumping wave intensity can enhance the signal wave which just means the stimulated wave scattering. Analysis of the experimental data suggests that the threshold intensity of the stimulated scattering under discussion could be low enough for the scattering to be observable.