Классические нелинейная динамика и хаос лучей в задачах распространения волн в неоднородных средах

В обзоре описана геометрическая теория распространения волн в регулярно неоднородных волноводных средах с точки зрения нелинейной динамики гамильтоновых систем. Рассмотрена динамика лучей в волноводах с периодическими продольными неоднородностями. Описано явление пространственного нелинейного резонанса лучей, приводящего к образованию эффективного волноводного канала в окрестности резонансного с периодическими неоднородностями луча. Рассмотрены различные свойства лучей в условиях пространственного резонанса: длина оптического пути и скорость распространения сигнала вдоль всех лучей, захваченных в отдельный нелинейный резонанс; фрактальные свойства лучей, проявляющиеся в том, что зависимость пространственной частоты колебаний луча и время распространения сигнала вдоль лучей имеют вид “дьявольской лестницы” и др. Методом адиабатического инварианта рассмотрена задача о траектории звуковых лучей в модели океана с поперечным течением. Описаны явления поперечных дрейфов луча по отношению преимущественного направления распространения звука. Исследованы условия возникновения динамического хаоса лучей в волноводе с продольными периодическими неоднородностями. Рассмотрены условия возникновения внутреннего пространственного нелинейного резонанса лучей и хаоса лучей в волноводах с неоднородной формой поперечного сечения и их влияние на скорость распространения сигнала. Исследован вопрос о связи структуры волнового фронта поля и динамики лучей в волноводных каналах с регулярными неоднородностями. В заключение обсуждаются вопросы применимости геометрической оптики в волноводах в условиях возникновения нелинейного резонанса и хаоса лучей, связь рассматриваемой проблемы с вопросами квантового хаоса. Ил. 17. Библиогр. ссылок 77 (80 назв.).