Введение к работе
Актуальность работы. Волоконно-оптическая связь является перспективной и бурно-развивающейся областью науки и техники. Благодаря широкополосное одномодовых оптических волокон, обеспечивающих полосу частот 60 ТГц в диапазоне длин волн 1,2 + 1,6 мкм, низким потерям и защищенности от электромагнитных помех возможна реализация широкополосных телекоммуникационных сетей с ультравысокой скоростью передачи сообщений на дальние расстояния. Имеется растущий интерес в развитии широкополосных сетей связи для обеспечения будущих мультимедийных применений, включающих в себя медицину, образование, банковское дело, каталоги, систему страхования, оффисную автоматизацию, рекламу, библиотеки и т.д.
В современных системах волоконно-оптической связи актуально ' применение многопользовательского доступа с частотным разделением каналов (МДЧР). Каналы в МДЧР полностью независимы друг от друга, а также от форматов и скоростей данных. Осуществление оптической фильтрации (т.е. различение сообщений отдельных пользователей) является важной задачей в системе связи с МДЧР. В настоящее время с ужесточением требований к пропускной способности и дальности передачи информации актуальным является разработка узкополосных оптических фильтров. Использование передатчиков с большой мощностью излучения приводит к проявлению нелинейных явлений в частности и в оптических фильтрах.
Таким образом, актуально теоретическое исследование узкополосных частотно-избирательных оптических фильтров путем компьютерного моделирования для их анализа и оптимизации параметров перед дорогостоящим процессом изготовления.
Цель работы. Целью диссертационной работы является разработка и исследование электродинамических моделей узкополосных частотно-избирательных оптических фильтров, в том числе нелинейных, для нужд многоканальных систем волоконно-оптической связи с частотным разделением каналов.
Научная новизна.
-
Развитие нетрадиционного метода решения волнового уравнения, основанного на представлении его решения в виде единого выражения, для исследования особенностей взаимодействия плоской электромагнитной волны с нелинейными слоистыми и модулированными средами.
-
Разработка алгоритмов расчета и их реализация в виде соответствующих программ для компьютерного моделирования взаимодействия плоской электромагнитной волны с нелинейными слоистыми и модулированными средами.
-
Детальное исследование отражательных и пропускательных характеристик одиночного диэлектрического слоя, в том числе корректный учет влияния потерь в слое, а также самовоздействие в ней электромагнитной волны.
-
Детальное исследование отражательных и пропускательных характеристик одиночного металлического слоя.
-
Корректное исследование фильтрационных свойств периодически повторяющихся двухслоек линейного и нелинейного диэлектрика, микроинтерферометров Фабри-Перо в конфигурациях: металл-диэлск-трик-металл и диэлектрик, ограниченный с обеих сторон периодически повторяющимися двухслойками диэлектриков.
-
Детальное исследование фильтрационных свойств периодических и непериодических синусоидально модулированных сред - линейных и нелинейных волоконно-оптических решеток Брегга.
Практическая ценность. Для современных волоконно-оптических систем связи актуально предварительное компьютерное моделирование и проектирование современных узкополосных оптических фильтров.
Примененный нетрадиционный метод теоретического исследования позволил детально исследовать характеристики нелинейных неоднородных фильтров, и полученные результаты могут быть полезны для оптимизации и проектирования широкого класса фильтров, используемых в современных, а также будущих системах волоконно-оптической связи.
Методы исследований. Представление решения волнового уравнения в виде единого выражения, переформулировка уравнения Гельмгольца в систему дифференциальных уравнений и их решение численным интегрированием методом Рунгс-Кутта.
