ささやきの回廊の波

ウィスパリングギャラリー波、またはウィスパリングギャラリーモードは、凹面を伝わる波の一種です。もともとはセントポール大聖堂のウィスパリングギャラリーで音波として発見されましたが、光や他の波 にも存在し、非破壊検査、レーザー発振、冷却、センシング、天文学などで重要な用途があります。

ささやきの回廊波は、1878年頃、セント・ポール大聖堂の事例で初めてレイリー卿によって説明されました^[3]。彼は、ささやき声はドームの向こう側では聞こえるが、途中の位置では聞こえないという以前の誤解^{[4] [5]}を修正しました。彼は、ささやき声が移動する現象を、円形の回廊の弦を形成する一連の鏡面反射音線で説明しました。壁に張り付くと、音の強度は距離の逆数でのみ減衰するはずであり、全方向に放射される点音源の場合のように距離の逆数2乗で減衰するわけではありません。これにより、ささやき声が回廊の周囲すべてで聞こえるようになります。

^{レイリーは1910年[6]} と1914年にセントポール大聖堂のために波動理論を開発した^[7] 。音波を空洞内に収めるには、波の干渉に基づく共鳴の物理学が関係しており、オルガンのパイプの場合のように、音は特定のピッチでのみ存在できる。音は、図に示すように、モードと呼ばれるパターンを形成する。 ^[1]

ビジャプールのゴル・グンバズや北京の 天壇など、他の多くの建造物でもささやきの回廊波が見られることが示されています^{[8] 。}

ウィスパリングギャラリー波の厳密な定義では、誘導面が直線になるとウィスパリングギャラリー波は存在できなくなります。^[9]数学的には、これは曲率半径が無限大の限界に相当します。ウィスパリングギャラリー波は壁面の曲率の影響によって誘導されます。

音のウィスパリングギャラリー波は、さまざまなシステムで存在します。例としては、地球全体の振動^[10]や星の振動^[11]などがあります。

このような音響ウィスパリングギャラリー波は、例えば液体で満たされた穴の周りを伝わる波の形で非破壊検査に使用することができます^{[12] 。また、固体の円筒[13]}や球^[14]でも検出されており、センシングに応用され、顕微鏡レベルのディスク上で運動が可視化されています^{[2] [15] 。}

ウィスパリングギャラリー波は球体内では円筒内よりも効率的に誘導される。これは音響回折（横方向の波の広がり）の影響が完全に補正されるためである。 ^[16]

ウィスパリングギャラリー波は光波に対して存在する。^{[18] [19] [20]これらは微小なガラス球またはトーラス[21] [22]}の中で生成され、例えばレーザー発振、^[23] オプトメカニカル 冷却、^[24] 周波数コム生成^[25]および光センシングに応用されている。^[26]光波は 全反射によってほぼ完全に誘導され、 10 ¹⁰を超えるQ値が達成される。^[27]これは音響学で同様に得られる最高値である約10 ⁴よりもはるかに大きい。 ^{[28]ウィスパリングギャラリー共振器内の光モードは}量子トンネル効果に似たメカニズムにより本質的に損失がある。その結果、ウィスパリングギャラリーモード内の光は理論的に理想的な条件であってもある程度の放射損失を受ける。このような損失チャネルは光導波路理論の研究から知られており、光ファイバーの分野ではトンネル光線減衰^[29]と呼ばれています。Q値は波の減衰時間に比例し、波の減衰時間は表面散乱率とギャラリーを構成する媒体の波の吸収の両方に反比例します。光のウィスパリングギャラリー波は、断面が円から外れたカオスギャラリー^{[30] [31]で研究されてきました。そして、そのような波は}量子情報アプリケーションで使用されています。^[32]

ウィスパリングギャラリー波は、電波^[33] 、^[34]、 [34] 、^[35]、^{[36] 、 [37]}、^{[38]などの他の電磁波でも実証されています。最近では、マイクロ流体技術の急速な発展により、ラボオンチップデバイスの携帯性とウィスパリングギャラリーモード共振器の高感度を組み合わせた、統合型ウィスパリングギャラリーモードセンサーが数多く登場しています。[39]} [ 40 ]これらのシステムが提供^する効率的なサンプル処理と多重分析対象検出の機能は、特に単一粒子または生体分子の検出のための多くの生物学的および化学的センシングアプリケーションにつながっています。^{[41] [42]}

ウィスパリングギャラリー波は、中性子^[43]や電子^[44]の物質波の形で見られ、単一の原子核の振動の説明として提案されてきた。^[45]ウィスパリングギャラリー波は、石鹸膜の振動や薄板の振動でも観測されている^{[46] 。また、}ブラックホールの事象の地平線における重力波にもウィスパリングギャラリー波の類似性が存在する。^[1]表面プラズモンとして知られる光と電子の波のハイブリッドは、ウィスパリングギャラリー波の形で実証されており^{[47] 、}半導体の励起子-ポラリトンでも同様である。^[48]音響と光のウィスパリングギャラリー波を同時に含むギャラリーも作られており^[49] 、非常に強いモード結合とコヒーレント効果を示している。^[50]固体・流体・光学のハイブリッドウィスパリングギャラリー構造も観測されている。^[51]

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