VIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2016

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 . 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.

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

_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 . На рис.3 показана зависимость величины смещения от показателя преломления переходного слоя при _{, превышающем угол полного внутреннего отражения. С ростом показателя преломления переходного слоя величина смещения уменьшается.}

Рис.3. Зависимость величины смещения от показателя преломления пленки.

Таким образом, величина смещения зависит от угла ввода излучения в оптическое волокно, показателя преломления пленки 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 _.

Список литературы.

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. , Hänchen H., Ann. Physik. 1947. –436. – p. 333.

4. Bliokh K. Y., Aiello A. Goos–Hänchen 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.

Код для цитирования: Скопировать