Введение к работе
Актуальность темы
Улучшение характеристик оборудования цифровых волоконно-оптических систем передачи, применяемых на сетях связи различного назначения, является одной из актуальных задач развития современных сетей связи и позволяет повысить технико-экономические показатели линий связи.
В настоящее время существует множество вариантов реализации пассивных компонентов волоконно-оптических линий связи. Вопросам, связанным с этой тематикой, посвящено значительное количество работ, опубликованных в последнее время, однако многие задачи до сих пор остаются нерешенными. Существенное значение в таких системах имеют явления отражения и преломления оптической волны на границе раздела двух сред с различными оптическими свойствами. Однако многие явления отражения и преломления еще недостаточно детально изучены, что ограничивает возможности применения некоторых оптических материалов на сетях ВОЛС.
Явление многолучевого отражения, обнаруженное на кристаллах LiJ03 и ТеСЬ, дает большие возможности для создания быстродействующих и малогабаритных пассивных устройств для волоконной оптики. В работах Л.В. Алексеевой и И.В. Повх были приведены результаты исследования этого явления. Несмотря на очевидную перспективность обнаруженного эффекта в развитии теории пассивных устройств ВОЛС, в изученных литературных источниках не было обнаружено предложений по его использованию, а также не были детально рассмотрены многие его полезные особенности. Так, например, до начала работ автора диссертации не проводилось детальное исследование интенсивностей отраженных лучей при многолучевом отражении, не существовало теоретического обоснования причин отклонения отраженных лучей в двух несовпадающих плоскостях, не существовало математических выражений для определения величин углов отражения лучей. Таким образом, вопросы исследования и применения явления многолучевого отражения в анизотропных кристаллах являются весьма актуальными.
Среди современных проблем статистической оптики одной из актуальных и трудных для решения является задача о распространении и рассеянии электромагнитного излучения в частично упорядоченных дисперсных системах. К числу таких систем относятся композиты. Многообразие видов частично упорядоченных дисперсных сред и возможность изменения в широких пределах характеризующих их многочисленных оптико-геометрических параметров позволяет рассматривать такие среды как перспективные оптические материалы для решения самых разнообразных задач прикладной опти-
рос. национальная"! БИБЛИОТЕКА I
ки, оптоэлектроники и лазерной техники. Несмотря на очевидную перспективность композиционных материалов, до настоящего времени не проводилось исследований, подтверждающих возможность их применения в технике пассивных компонентов оптических систем передачи. Например, отсутствовало полное теоретическое обоснование правила Урбаха, установившего температурную зависимость спектра на краю основного поглощения. Не рассматривался вопрос о возможности применения композиционных материалов в составе пассивных компонентов ВОЛС.
Таким образом, выявление особенностей протекания вышеуказанных процессов, учет неизвестных деталей этих процессов вызывают глубокий интерес и требуют дальнейшего изучения.
Цель и задачи работы
Основной целью работы являются исследования закономерностей и особенностей многолучевого отражения в анизотропных кристаллах, а также выявление особенностей поглощения оптического излучения в композиционных материалах.
Для достижения указанной цели в работе поставлены следующие задачи.
Провести теоретическое рассмотрение принципов построения и методов реализации различных типов пассивных компонентов ВОЛС, эффектов отражения лучей в кристаллах LiJ03, Те02, СаСОз, а также особенностей и оптических свойств пленок композита сульфид кадмия - политетрафторэтилен (CdS-ПТФЭ).
Разработать методику проведения оптических измерений интенсивности отраженных лучей в анизотропных кристаллах.
Провести исследование особенностей многолучевого отражения в кристаллах ШОз, Те02 на длине волны X = 0,6328 мкм, исследовать характер изменения интенсивности отраженных лучей при различных условиях падения излучения на кристалл.
Исследовать спектр поглощения CdS-ПТФЭ композита и зависимость спектра поглощения композита от температуры.
Научная новизна работы
Основные научные результаты работы.
1. Обнаружена возможность управления интенсивностью и взаимным расположением отраженных лучей, позволяющая реализовать эффект «переключения» в одноосных анизотропных кристаллах LiJ03 и Те02. Экспериментально и теоретически обнаружено необычное смещение одного из отраженных лучей в плоскости отражения при изменении угла падения излучения на кристалл в
кристаллах LiJ03, Те02, LiNb03 и LiTa03 на длине волны X = 0,6328 мкм. При угле падения луча на кристалл 45 и более этот отраженный луч составляет с лучом оо угол в два и более раз больше, чем остальные лучи. Установлено, что наибольшее отклонение луча от остальных при увеличении угла падения излучения происходит у кристаллов, для которых больше разность показателей преломления обыкновенного (о) и необыкновенного (е) лучей. Обнаружено смещение отраженных лучей в плоскости, перпендикулярной плоскости отражения, которое также зависит от разности \п0 -пе\.
Предложена методика расчета величин углов отражения для кристаллов LiJOs, Те02, LiNb03, LiTa03. Получены формулы для расчета углов отражения лучей оо, ое, ее и ео.
Экспериментально исследован спектр поглощения CdS-ПТФЭ композита. Предложен метод компьютерного моделирования спектра поглощения, позволяющий рассчитать этот спектр, не искаженный эффектами рассеяния.
Установлено, что температурная зависимость длинноволнового края полосы поглощения полупроводникового композита CdS-ПТФЭ позволяет фиксировать слабый фазовый переход первого рода в диэлектрической полимерной компоненте ПТФЭ.
Установлено, что наклон длинноволнового края полосы поглощения композита в рамках предлагаемой модели туннельного перехода электрона в процессе поглощения света полупроводником определяется возмущением в области туннелирования и, в том числе, энергией фононов. Показано, что учет принципа линейности свободных энергий, электронного туннелирования и относительной высоты барьеров позволяет качественно интерпретировать необычные оптические свойства CdS-ПТФЭ композита.
Практическая ценность работы
Все полученные в диссертационной работе научные результаты и используемые методы могут служить основой для создания новых оптических элементов, и на их основе - пассивных компонентов и приборов нового типа, применяемых на волоконно-оптических сетях связи.
Апробация работы
Основные результаты диссертационной работы опубликованы в работах [1-18] и докладывались автором:
1)на 1-й и 2-й международных научных конференциях творческой молодежи "Научно-техническое и экономическое сотрудничество стран АТР в XXI веке», Хабаровск, 1999, 2001;
2)III Международном форуме стран АТР, Владивосток, 1999;
3)58-й научной конференции студентов, аспирантов, молодых ученых и новаторов производства «Научно-технические и экономические проблемы транспорта», Хабаровск, 2000;
1-й, 2-й и 3-й международных конференциях «АРСОМ'2000», «АРСОМ'2002» и «АРСОМ'2003: «Фундаментальные проблемы оптики и микроэлектроники», Владивосток, 2000, 2002, 2003;
Международной конференции по телекоммуникациям 1ЕЕЕ/1СС2001/ St.Petersburg, Санкт-Петербург, 2001;
Юбилейной научно-практической конференции «100 лет Транссибу», Хабаровск, 2001;
7)11, III и IV региональных научных конференциях «Физика: Фундаментальные и прикладные исследования, образование», Хабаровск, 2001; Благовещенск, 2002; Владивосток, 2003;
8)60-й и 61-й региональных научно-практических конференциях творческой молодежи, Хабаровск, 2002,2003;
9) Международном оптическом конгрессе «Оптика XXI век», Санкт-
Петербург, 2002;
Международном симпозиуме (Вторые Самсоновские Чтения): Принципы и процессы создания неорганических материалов, Хабаровск, 2002;
На региональной школе-симпозиуме «Физика и химия твердого тела», Благовещенск, 2003;
V, между народной конференции «Оптика, оптоэлектроника и технологии», Ульяновск, 2003;
Третьей международной конференции молодых ученых и специалистов «Оптика-2003», Санкт-Петербург, 2003.
Структура и объём работы
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы из 147 наименований. Общий объём работы составляет 115 страниц, включая 47 рисунков, 6 таблиц.
І.При многолучевом отражении в анизотропном одноосном кристалле возможно реализовать режим «переключения», то есть управлять как интенсивностью, так и взаимным расположением отраженных лучей.
2. В одноосном положительном кристалле парателлурита при многолучевом отражении при угле падения излучения на кристалл 45 и более отраженный луч ео составляет с лучом оо угол в два и более раз больше, чем лу-
чи ее и ое. Величина этого угла возрастает с увеличением разности показателей преломления п0 и пе падающих лучей.
Угол отклонения лучей ое и ее от плоскости нормалей в кристалле па-рателлурита зависит, во-первых, от положения оптической оси в кристалле (угла ее наклона относительно плоскости нормалей), во-вторых, от разности показателей преломления п0 и пе падающих лучей.
Температурная зависимость длинноволнового края полосы поглощения полупроводникового композита сульфид кадмия - политетрафторэтилен позволяет фиксировать слабый фазовый переход первого рода в диэлектрической полимерной компоненте ПТФЭ.
Наклон длинноволнового края полосы поглощения композита в рамках предлагаемой модели определяется возмущением в области туннелирования и, в том числе, энергией фононов.
