Введение к работе
Актуальность. В последние годы интенсивно исследуются номинально одномодовыэ. а фактически Сс учетом двух поляризаций) двухмодовыа волоконные световоды. Чтобы такие световоды были реально одномодовыми необходимо свести к минимуму преобразование моды с рабочей поляризацией в паразитную. Это мохно сделать с помошью создания анизотропии материала, например за счет остаточных термоупругих напряаений. Анизотропию можно также реализовать с помощью неоднородной частопериодическсй среды. Анизотропные световоды. способные поддерживать неизменным состояние поляризации излучения, находят применение в системах волоконно- оптической связи, датчиках физических полей.
Электродинамический расчет таких световодов достаточно сложен, поэтому на практике часто пользуются упрощенной моделью, в которой анизотропия предполагается однородной. Поперечный тензор диэлектрической проницаемости в этом случае содеряит только две диагональные компоненты, которые не зависят от координат. При всем удобстве и простоте однородней анизотропной модели она не позволяет учесть такие важные явления, как связь поляризаций и преобразование поляризаций. Однако, как показывает практика в реально изготовляемых световодах поле термоупругих механических напряжений и. соответственно, анизотропия материала неоднородны по течению. Это приводит к ошибкам в теоретических расчетах.
В настоящее время теория и расчет неоднородных анизотропных ииэлектрических волноводов Сволоконных световодов) отсутствуют, сделаны лишь оценки мощности неосновной поляризации в сильно анизотропных напряженных световодах. Таким образом возникает задача исследовать волоконные световоды с неоднородными анизотропными сердцевиной и оболочкой. Кроме того неоднородная анизотропия встречается в компонентах и устройствах интегральной )птики, где широкое применение находят слоистые структуры, исследование неоднородной анизотропии такге могет представлять інтерес при проектировании слоистых градиентных линз и других гстройств СВЧ диапазона.
Цеяь работы - разработка методики расчета дисперсионных характеристик и полей мод в поперечно - неоднородных анизотропных волоконных световодах, проведение исследования поляризационных свойств полей мод в таких световодах.
Научная новизна
- разработана численная методика исследования мод в
неоднородных анизотропных волоконных световодах на основе метода
формул сдвига, обоснована возможность использования приближенной
квази- скалярной постановки задачи для расчета параметров мод в
поперечно-анизотропном волоконном световоде Сквази
LP-приближение);
- рассчитаны критические частоты, дисперсионные зависимости
постоянных распространения и поля мод неоднородных анизотропных
волоконных световодов с круглой и некруглой формами сердцевин, на
моделях световодов со слоистой сердцевиной, а также с
эллиптической напрягающей оболочкой;
обнаружены новые векторно-поляризационные свойства световодов, состоящие в изменении однородной поляризации мод и перераспределении мощности поля моды в сечении сердцевины, которые отсутствуют в случае однородной анизотропии.
Практическая значимость.
Показано, что метод формул сдвига является эффективным методом исследования свойств мод волоконных световодов с неоднородной анизотропией.
Исследованные модели описывают свойства, присущие различным типам световодов, выполненным как по известным технологиям (напрягающая оболочка). так и по перспективным Счасто-периодическая слоистая структура)
Создан пакет прикладных программ, охватывающий все стадии расчета параметров анизотропных световодов, вплоть до построения трехмерных графиков распределения интенсивности полей мод.
Достоверность результатов определяется строгим, в рамках рассматриваемой модели, расчетом параметров мод. а также совпаденнием результатов с результатами, полученными другими методами в тех случаях, когда такое сравнение казалось возможным.
Защищаемые положения.
-
Создана методика расчета и исследования дисперсионных и поляризационных характеристик и полей мод в поперечно-анизотропных неоднородных волоконных световодах, использующая метод формул сдвига и результаты метода разделения переменных, что существенно упрощает исследование векторно-поляризационных свойств мод с /четом всех четырех компонент тензора диэлектрической проницаемости в поперечном сечении волокна.
-
На моделях волоконных световодов, анизотропия которых реализуется с помощью частопериодической слоистиой среды или с помощью напрягающей оболочки, вперыые рассчитаны критические частоты, постоянные распространения и структуры полей нескольких первых мод волоконных световодов с неоднородными анизотропными сердцевиной и оболочкой, получены дисперсионные зависимости постоянных распространения при снятии вырождения основных и первых высших мод.
-
Показано, что при наличии недиагональных составляющих неоднородного поперечного тензора диэлектрической проницаемости волокна поле моды оказывается неоднородно поляризованным и с увеличением частоты вектор электрического поля в каждой точке стремится соориентироваться в направлении компоненты тензора диэлектрической проницаемости с максимальным значением. Происходит также концентрация поля в областях поперечного сечения с наибольшим значением проницаемости для соответствующей поляризации.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы аокладывались на заседаниях научного семинара 13 отдела ИРЭ АН Х!СР. заседании научного совета АН УССР по проблеме "Физика и техника миллиметровых и субмиллиметровых волн" С 1990г. г.Харьков), ручном симпозиуме по волоконной оптике на XXIII Генеральной ассамблее УРСИ С 1990г. г.Прага). X Всесоюзном симпозиуме по іифракции и распространению волн С 1990г. г.Винница}.
Публикации. Основные результаты опубликованы в четырех статьях С в журналах "Радиотехника и электроника" и 'Радиотехника") и в двух тезисах докладов.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заклочения и приложения. 0<5ьем диссертации составляет 123 страницы, из них 35 рисунков, список литературы на 8 страницах, вклсчащий 61 наименование, приложение на 12 страницах.
