Сетевое издание
Международный студенческий научный вестник
ISSN 2409-529X

ЭФФЕКТ СМЕЩЕНИЯ ЛУЧЕЙ В ОПТИЧЕСКИХ ВОЛОКОННЫХ ЛИНИЯХ ЗА СЧЕТ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ

Слипуха В.А. 1 Глущенко Е.П. 1
1 Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики
1. Майер В.В. Полное внутреннее отражение света. – М.: ФМЛ. – 2007. –112 с.
2. Солимено С., Крозиньяни Б., Ди Порто П. Дифракция и волноводное распространение оптического излучения. – М.: Мир. – 1989. – 664 c.
3. Goos F. , H?nchen H., Ann. Physik. 1947. – 436. – p. 333.
4. Bliokh K. Y., Aiello A. Goos–H?nchen and Imbert–Fedorov beam shifts: an overview // J. Opt.– 2013. – Vol. 15. – p. 014001.
5. Rui Y., Wenkan Zhu, Jingjing Li. Realization of «Trapped Rainbow» in 1D slab waveguide with Surface Dispersion Engineering. arXiv:1410.8196.v1. –2014. –№10. – p.1-11.
6. Глущенко А.Г., Глущенко Е.П., Иванов В.В., Устинова Е.С. Интерференция волн в невзаимных средах // В мире научных открытий.– 2012.– №1.1(25).– С. 98-112.

В настоящее время волоконно-оптические линии связи (ВОЛС) занимают лидирующие позиции в системах передачи сообщений и стремительно развиваются. Передача информации по волоконно-оптическим кабелям основана на эффекте полного внутреннего отражения [1,2]. На границе раздела волокно – внешняя среда луч полностью отражается и распространяется по волноводу. Вместе с тем известно, что при отражении от границы раздела двух сред наблюдается эффект смещения (эффект Гуса –Хенхена (Goos-Hanchen-Effekt) [3,4] ) отраженного луча вдоль границы раздела сред по отношению к падающему лучу, что приводит к дополнительным фазовым сдвигам, влияющим на характеристики оптических систем. Этот эффект можно объяснить влиянием на процесс отражения переходного слоя на границе раздела сред. Этот слой может быть связан как с изменением на границе сред характера атомной структуры вещества, так и с нанесением на поверхность оптоволокна пленок различного назначения (управление параметрами структуры, защитное покрытие и др.). Рассмотрим эффект поперечного смещения волн за счет влияния оболочки (пленки) оптического слоя. В качестве этой пленки может выступать переходной слой на границе раздела двух сред. На рис. 1 показана структура оптического кабеля и ход лучей в волокне и оболочке.

akt20.tif

Рис. 1. Структура оптического волокна с пленкой на поверхности

При каждом отражении волн от границы раздела сред наблюдается смещение отраженного луча на расстояние D. Рассчитаем величину этого смещения. При прохождении первой границы раздела сред (волокно-пленка) угол падения и преломления связаны известным соотношением:

aktual35.wmf. (1)

На второй границе раздела сред пленка – внешняя среда (воздух) выполняется условие:

aktual36.wmf. (2)

При

aktual37.wmf

наблюдается полное внутреннее отражение, критический угол определяется соотношением:

aktual38.wmf.

Произведение (1) и (2) приводит к известному соотношению:

aktual39.wmf

и показывает, что при выполнении условия полного внутреннего отражения на границе раздела первой и второй сред наличие между ними переходного слоя или пленки с любыми параметрами не влияет на условие отражения. Предельный угол полного внутреннего отражения не зависит от параметров (в частности, показателя преломления) среднего слоя (оболочки). Из рис. 1 видно, что aktual40.wmf. Отсюда смещение луча вдоль оси волновода за счет пленки на его поверхности определяется соотношением:

aktual41.wmf, (3)

где угол падения лежит в диапазоне

aktual42.wmf.

Здесь aktual43.wmf, aktual44.wmf – углы полного внутреннего отражения на границах разделов: первая – вторая среды (aktual45.wmf) и вторая среда – пленка (aktual46.wmf). Зависимость параметра смещения нормированного на толщину пленки (3) от угла падения показана на рис. 2.

Из рис. 2 следует, что величина смещения луча при отражении уменьшается при увеличении показателя преломления пленки. Величина смещения луча линейно растет при увеличении толщины пленки d. На рис. 3 показана зависимость величины смещения D от показателя преломления переходного слоя nf при aktual51.wmf, превышающем угол полного внутреннего отражения. С ростом показателя преломления переходного слоя величина смещения D уменьшается.

(aktual47.wmf)

akt21.tif

Рис. 2. Зависимость смещения от угла падения для пленок с различными параметрами

akt22.tif

Рис. 3. Зависимость величины смещения от показателя преломления пленки

Таким образом, величина смещения зависит от угла q ввода излучения в оптическое волокно, показателя преломления пленки nf на поверхности оптоволокна и может существенно превышать толщину переходного слоя (aktual55.wmf), что необходимо учитывать при разработке устройств оптоэлектроники. Представляет интерес рассмотреть в волоконных структурах особенности обратного эффекта Гуса –Хенхена [5] и эффекты влияния подвижности сред [6] на величину параметра смещения D.


Библиографическая ссылка

Слипуха В.А., Глущенко Е.П. ЭФФЕКТ СМЕЩЕНИЯ ЛУЧЕЙ В ОПТИЧЕСКИХ ВОЛОКОННЫХ ЛИНИЯХ ЗА СЧЕТ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ // Международный студенческий научный вестник. – 2016. – № 3-3. ;
URL: https://eduherald.ru/ru/article/view?id=15003 (дата обращения: 30.11.2022).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074