Введение к работе
Актуальность работы
Расширение элементной базы устройств передачи и обработки оптической информации является одним из актуальных условий повышения пропускной способности волоконно-оптических линий связи, совершенствования выпускаемых и разработки новых волоконно-оптических датчиков и приборов на их основе. Широкое применение в этих устройствах нашли волоконные световоды (ВС) как в качестве направляющих излучения, так и в качестве чувствительного элемента.
Волоконные световоды из-за нециркулярности сердечника, наличия в них микро- и макроизгибов, других неоднородностей являются анизотропными средами, в которых проявляются различные поляризационные явления. Знание условий возникновения, природы этих явлений позволяет бороться с нежелательным их проявлением, или наоборот использовать их полезные свойства.
Поляризационные явления в волоконно-оптических линиях связи, еще недавно считавшиеся незначительными, стали играть роль основного фактора, сдерживающего дальнейшее увеличение скорости и дальности передачи информации. В качестве способа прокладки волоконно-оптических линий связи все чаще выбирается подвеска оптического кабеля на опорах контактной сети железных дорог, высоковольтных линий электропередачи. В этом случае волоконные световоды оказываются в поле действия сильных магнитных полей. В оптических компонентах поле может создаваться искусственно для управления поляризацией излучения, распространяющегося по волокну.
В этой связи исследования поляризационных явлений в ВС являются актуальными.
Цель работы - исследование закономерностей и особенностей поляризационных явлений в стандартных волоконных световодах при воздействии на них постоянного магнитного поля и изменении температуры.
Задачи работы
Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи.
Разработан метод исследований поляризационных явлений в волоконных световодах со случайными неоднородностями при воздействии внешнего магнитного поля и изменении температуры.
Исследованы поляризационные явления в волоконных световодах при воздействии внешнего магнитного поля и изменении температуры.
Выявлены закономерности эволюции состояния поляризации излучения на выходе ВС при воздействии внешнего магнитного поля.
Исследована способность волоконного световода под действием магнитного поля и температуры дискретно поворачивать плоскость поляризации оптического излучения.
Методы исследования
Для достижения поставленной цели использованы теоретические, экспериментальные, эллипсометрические методы исследования; статистические методы обработки результатов измерений.
Научная новизна работы
Научная новизна работы состоит в том, что в ходе экспериментальных и теоретических исследований получены следующие результаты.
1. Разработан метод исследований поляризационных явлений в волоконных световодах при воздействии постоянного магнитного поля, который отличается от других введением дополнительных элементов в тракт распространения оптического излучения - скремблера и преобразователя поляризации, позволяющих обеспечить стабильность результатов исследований и влиять на двулучепрелом-ление в ВС.
Впервые установлено, что угол поворота плоскости поляризации оптического излучения на выходе волоконного световода при воздействии постоянного магнитного поля зависит от начальных условий: эллиптичности оптического излучения на выходе ВС до воздействия магнитного поля.
На примере линейно-поляризованного излучения показано, что угол поворота плоскости поляризации оптического излучения на выходе волоконного световода подчиняется формуле Фарадея при условии, если волоконный световод обеспечивает сохранение состояния поляризации.
Впервые выявлена зависимость между эллиптичностью, направлением вращения плоскости эллиптически поляризованного излучения на выходе волоконного световода и магнитным полем, действующим на ВС.
Если до воздействия магнитного поля на выходе ВС имеет место левостороннее вращение плоскости эллиптически поляризованного излучения, то с ростом напряженности магнитного поля эллиптичность излучения убывает, стремясь к нулю, т.е. к установлению состояния линейной поляризации. Это происходит тем быстрее, чем больше значение эллиптичности до воздействия магнитного поля.
В случае первоначального правостороннего вращения эллипса поляризации, эллиптичность излучения сначала возрастает, затем убывает, стремясь к нулю. Это явление сопровождается изменением направления вращения плоскости поляризации на левостороннее.
Впервые обнаружена возможность управления магнитным полем и изменением температуры дискретным поворотом плоскости поляризации оптического излучения на выходе ВС. В ходе экспериментов угол поворота плоскости поляризации достигал ПО градусов при изменении напряженности магнитного поля на 80 А/м, температуры на 10 С.
Впервые установлено, что при изменении температуры волоконного световода, на вход которого подано линейно поляризованное излучение, траектории изменения угла поворота плоскости поляризации излучения на выходе ВС при нагревании и остывании различны. Первоначальное состояние поляризации не восстанавливается.
7. Получена и исследована система уравнений, позволившая построить математическую модель, соответствующую условиям эксперимента, для исследования эволюции состояния поляризации излучения на выходе ВС при наличии внешнего магнитного поля и изменении температуры.
Практическая ценность работы
Все полученные в диссертационной работе результаты могут служить основой для создания магнитооптических датчиков, новых компонентов и устройств для волоконно-оптическихлиний связи.
Связь с государственными программами и НИР
Диссертационная работа автора связана с научно-исследовательской госбюджетной темой Министерства путей сообщения РФ «Влияние внешних магнитных полей тяговых сетей железных дорог на поляризационное состояние модулированных сигналов в оптических кабелях», выполненной на кафедре «Высшая математика» Дальневосточного государственного университета путей сообщения.
Апробация работы
Результаты, представленные в диссертационной работе, докладывались на следующих конференциях:
Всероссийской научно-практической конференции «Повышение эффективности работы железнодорожного транспорта Сибири и Дальнего Востока. Хабаровск-Владивосток, 18-21 октября 2001 г.;
Третьей региональной научной конференции «Физика: фундаментальные и прикладные исследования, образование». Благовещенск, 27-29 мая 2002 г.;
Международном симпозиуме (вторых Самсоновских чтениях) «Принципы и процессы создания неорганических материалов. Хабаровск, 4-6 ноября 2002 г.;
Научно-практической конференции, посвященной завершению электрификации Транссибирской магистрали «Электрификация железнодорожного транспорта - техника и технологии нового поколения». Хабаровск, 24 декабря 2002 г.;
Третьей международной конференции молодых ученых и специалистов «Оптика-2003». Санкт-Петербург, 20-23 октября 2003 г.;
Всероссийской, с международным участием, научно-практической конференции ученых транспортных вузов, инженерных работников и представителей академической науки «Информационные технологии в системах управления на железнодорожном транспорте». Хабаровск, 25-26 марта 2004 г.;
Третьей международной конференции «Фундаментальные проблемы оптики». Санкт-Петербург, 18-21 октября 2004 г.
Публикации и вклад автора
По результатам работы лично автором и в соавторстве опубликовано 15 научных работ. Большая часть работ и все эксперименты проведены автором самостоятельно.
Структура и объем работы