Кіріспе
Толқын ұзындығының/толқын санының толқын жиілігіне қатысы физикалық ғылымдар мен электротехникада дисперсиялық қатынастар арқылы ортадағы толқындардың қасиеттеріне дисперсияның әсерін сипаттайды. Дисперсиялық қатынас толқынның толқын ұзындығын немесе толқын санын оның жиілігімен байланыстырады. Дисперсиялық қатынас берілген жағдайда, ортадағы толқынның әрбір синусоидты құрауышының жиілікке тәуелді фазалық жылдамдығы мен топтық жылдамдығын жиіліктің функциясы ретінде есептеуге болады. Геометриялық және материалдық қасиеттерге тәуелді дисперсиялық қатынастармен қатар, жалпы Крамерс-Кронинг қатынастары толқынның таралуы мен күшін жоюының жиілікке тәуелділігін сипаттайды. Дисперсия геометриялық шекаралық шарттардан (толқын жетектері, беткей сулар) немесе толқындардың ортамен өзара әрекеттесуінен туындауы мүмкін. Материялық толқындар ретінде қарастырылатын элементарлық бөлшектердің дисперсиялық қатынасы, тіпті геометриялық шектеулер мен басқа орталар болмаған жағдайда да болады. Дисперсия болған кезде толқын өзгермейтін пішінде таралмайды, нәтижесінде жиілікке тәуелді фазалық және топтық жылдамдықтар пайда болады.
In the physical sciences and electrical engineering, dispersion relations describe the effect of dispersion on the properties of waves in a medium. A dispersion relation relates the wavelength or wavenumber of a wave to its frequency. Given the dispersion relation, one can calculate the frequency dependent phase velocity and group velocity of each sinusoidal component of a wave in the medium, as a function of frequency. In addition to the geometry dependent and material dependent dispersion relations, the overarching Kramers–Kronig relations describe the frequency dependence of wave propagation and attenuation. Dispersion may be caused either by geometric boundary conditions (waveguides, shallow water) or by interaction of the waves with the transmitting medium. Elementary particles, considered as matter waves, have a nontrivial dispersion relation, even in the absence of geometric constraints and other media. In the presence of dispersion, a wave does not propagate with an unchanging waveform, giving rise to the distinct frequency dependent phase velocity and group velocity.
Вакуумдағы жазықтық толқындар
Вакуумдағы жазық толқындар толқын таралуының ең қарапайым түрі: геометриялық шектеулер де, ортамен өзара әрекеттесу де жоқ.
Толқынның жиілігі мен саны
Жоғарыда айтылғандай, егер ортада сіңіруден гөрі сынуға назар аударылса – яғни, сыну көрсеткішінің нақты бөлігіне назар аударылса – бұрыштық жиіліктің толқын санына тәуелділігін дисперсиялық қатынас деп атау қалыпты жағдай. Бөлшектер үшін бұл импульсқа тәуелді энергияны білуге ауысады.
Электронды жолақтың құрылымы
Қатты денелерді зерттеуде электрондардың дисперсиялық қатынасын зерттеу ең маңыздысы болып табылады. Кристаллдардың периодтылығы белгілі бір импульс үшін көптеген энергия деңгейлерінің болуын және кейбір энергиялардың ешқандай импульста қолжетімді болмауы мүмкін екенін көрсетеді. Барлық мүмкін энергиялар мен импульстер жиынтығы материалдың энергиялық жолақ құрылымы деп аталады. Энергиялық жолақ құрылымының қасиеттері материалдың оқшаулағыш, жартылай өткізгіш немесе өткізгіш екенін анықтайды.
Фондар
Фонондар қатты денедегі дыбыс толқындары үшін фотондар жарық үшін не болса, сондай-ақ: олар осы энергияны таситын кванттар. Фонондардың дисперсиялық байланысы да күрделі және маңызды, себебі ол материалдың акустикалық және жылулық қасиеттерімен тікелей байланысты. Көптеген жүйелерде фонондарды екі негізгі түрге бөлуге болады: Брилуэн аймағының ортасында энергиялық жолақтары нөлге дейін төмендейтін фонондар акустикалық фонондар деп аталады, өйткені олар ұзын толқынды шекте классикалық дыбысқа сәйкес келеді. Ал қалғандары оптикалық фонондар, олар электромагниттік сәулелену арқылы қозадылуы мүмкін.
Электрондық оптика
Трансмиссиялық электронды микроскоптағы жоғары энергиялы (мысалы, ) электрондармен конвергентті сәулелік электрондық дифракция (CBED) суретіндегі жоғары реттік Лау зонасы (HOLZ) сызықтарының энергияға тәуелділігі, кристаллдың үш өлшемді дисперсиялық бетінің қимасын тікелей бейнелеуге мүмкіндік береді. Бұл динамикалық эффект тор параметрлерін, сәуле энергиясын дәл өлшеуде, сондай-ақ жақында электроника индустриясында тордың деформациясын анықтауда қолданылады.
Тарих
Исаак Ньютон призмалардағы сынуды зерттеді, бірақ дисперсиялық қатынастың материалға тәуелділігін мойындамады, сондай-ақ призманың дисперсиясын өлшеу нәтижесі Ньютонның өзінікінен өзгеше болған тағы бір зерттеушінің жұмысын ескермеді. Судағы толқындардың дисперсиясын Пьер Симон Лаплас 1776 жылы зерттеді. Крамерс-Крониг қатынастарының (1926–27) әмбебаптығы, дисперсиялық қатынастың себеп-салдар байланысымен байланысты, барлық толқындар мен бөлшектердің шашырау теориясы бойынша жарияланған кейінгі еңбектерде анық байқалды.