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.
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:
. (1)
На второй границе раздела сред пленка – внешняя среда (воздух) выполняется условие:
. (2)
При
наблюдается полное внутреннее отражение, критический угол определяется соотношением:
.
Произведение (1) и (2) приводит к известному соотношению:
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 
. Отсюда смещение луча вдоль оси волновода за счет пленки на его поверхности определяется соотношением:
, (3)
где угол падения лежит в диапазоне
.
Здесь 
, 
– углы полного внутреннего отражения на границах разделов: первая – вторая среды (
) и вторая среда – пленка (
). 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 
, превышающем угол полного внутреннего отражения. С ростом показателя преломления переходного слоя величина смещения D уменьшается.
(
)
Рис. 2. Зависимость смещения от угла падения для пленок с различными параметрами
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 (
), 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: 21.11.2024).