Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Вайнштейн Л.А. -> "Электромагнитные волны" -> 93

Электромагнитные волны - Вайнштейн Л.А.

Вайнштейн Л.А. Электромагнитные волны — М.: АСТ, 1988. — 440 c.
Скачать (прямая ссылка): elektromagnitnievolni1988.djvu
Предыдущая << 1 .. 87 88 89 90 91 92 < 93 > 94 95 96 97 98 99 .. 182 >> Следующая


Антиповерхностные и втекающие волны фактически не возбуждаются и имеют лишь математический смысл. Вытекающие волны имеют четкий физический смысл и могут быть применены на практике.

На рис. 68 схематически изображено возбуждение поля в диэлектрической пластине источником, находящимся в точке 0. Лучи типа 1, полностью отражающиеся от границ х = ±а, дают начало медленным (поверхностным) волнам. Лучи типа 2, испытывающие лишь частичное отражение, ответственны за формирование быстрых волн, затухающих из-за излучения (уходящие волны изображены лучами 2'), т. е. вытекающих волн.

При возбуждении волн в диэлектрической пластине, диэлектрическом стержне и во многих других системах вытекающие волны не играют сколь-нибудь заметной роли, поскольку они довольно быстро затухают при удалении от 8*

Рис. 68. Формирование волн в диэлектрической пластине источника, и на значительном расстоянии преобладают поверхностные волны. Из-за неизбежных потерь в диэлектрике поверхностные волны тоже затухают, но эти потери увеличивают и затухание вытекающих волн. Однако так бывает не всегда: существуют системы, в которых затухание вытекающих (!быстрых) волн /меньше, чем затухание поверхностных волн, если учесть потери в диэлектрике. Это — диэлектрические трубки, которые будут рассмотрены в § 64.

Задача о диэлектрической пластине обрела новую жизнь с появлением планарных оптических волноводов (световодов) в интегральной оптике. Такие волноводы состоят из тонкой диэлектрической пленки на подложке, имеющей чуть меньший показатель преломления. Применяются также пленки с переменным по толщине показателем преломления; в такой пленке свет распространяется примерно так же, как в пустыне при образовании миража. Применяются также полосковые структуры, целиком диэлектрические.

Не останавливаясь на всех этих сложных системах, заметим лишь следующее. В оптическом диапазоне, где длина волны мала, диэлектрический слой будет поддерживать распространение многих поверхностных волн. Если же диэлектрический слой с проницаемостями е, р окружен средой, проницаемости е0, ро которой близки к е, р, то согласно § 21 параметр (61.114) примет вид

p= ka Kep-е0 P0 (61.21)

и добиться условия р<я/2, при котором существуют лишь поверхностные волны Eоо и Яоо, при єр~єоро уже нетрудно. В случае, когда среда с проницаемостями, близкими к е, р, примыкает к одной стороне слоя, а по другую сторону — пустота, поверхностные волны высших номеров отсутствуют при р<Зя/4, но сами волны Eqo и Hoo имеют критические частоты: они существуют как поверхностные лишь при р>я/4 (см. задачу 2).

§ 62. ,Волны в диэлектрических структурах

Из диэлектрических линий передачи наибольший практический интерес в настоящее время представляют световоды (оптические волокна). Планарные световоды, о !которых говорилось їв конце § 61, применяются для передачи световых сигналов на небольшие расстояния (не длиннее нескольких миллиметров) — как соединительные линии планарных оптических цепей. Волоконные светоды, предназначенные для передачи оптических сигналов на большие расстояния, должны иметь затухание не более нескольких децибел на километр. По мере усовершенствования технологии (а этот процесс происходит непрерывно ввиду большой важности волоконных линий связи) было достигнуто затухание около 0,1 дБ/км.

В оптическом диапазоне применяются как многоволновые, так и одноволновые волоконные световоды. В волоконных световодах

228 показатель преломления в зависимости от радиальной координаты часто изменяется не скачком, а непрерывно; это обусловлено диффузионными процессами, сопровождающими изготовление волокна. Надлежащее непрерывное распределение не ухудшает свойств !волоконных световодов, а даже улучшает их.

В настоящее время имеется технология изготовления оптических волокон и пленок с минимальными поперечными размерами порядка микрона; практически применяются волокна немного толще человеческого волоса. Теория световодов разработана весьма детально. Однако ниже мы ограничимся простейшим случаем однородного диэлектрического волновода, окруженного однородной средой с иным показателем преломления; сначала для простоты можно считать, что диэлектрический волновод расположен в пустоте, к произвольной окружающей среде легко перейти с помощью леммы § 21.

Задача о диэлектрическом цилиндре рассматривалась еще в начале нашего века и затем применялась к сравнительно длинным радиоволнам (метровым, дециметровым). Решение этой задачи довольно громоздко; оно будет изложено в следующем параграфе, а здесь будут приведены лишь основные результаты.

Распространение электромагнитных волн вдоль диэлектрических цилиндров с физической точки зрения обусловлено отражением волны в диэлектрике от границы диэлектрика. В диэлектрической пластине (§ 61) все явления проще, поскольку волны и границы плоские, для цилиндрической волны и цилиндрической границы анализ усложняется. Однако в качественном отношении волны диэлектрического стержня имеют те же свойства, что и волны Emо и Hmо (т=1, 2, ...) в диэлектрической пластине: каждая такая волна существует лишь при частотах, превышающих некоторую критическую частоту; при частотах, значительно превышающих критическую частоту, поле волны в основном расположено в стержне, и InakyrBii-, при частотах, близких к критической, — в окружающем пространстве, и h^k. Помимо этих волн существует волна, аналогичная волнам ?00 и H00 в диэлектрической пластине и существующая при любых частотах. Эта волна — несимметричная, при весьма низких частотах структура ее поля вблизи стержня приобретает вид, изображенный на рис. 69. Данную волну можно рассматривать как обычную плоскую волну, возмущенную и замедленную диэлектрическим стержнем, вследствие чего она превращается в поверхностную волну с продольными составляющими электрического и магнитного поля.
Предыдущая << 1 .. 87 88 89 90 91 92 < 93 > 94 95 96 97 98 99 .. 182 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed