بخشی از مقاله
چکيده – در اين نوشتار، ساختار يک فيبر نوري کنار- ساييده با پوشش نازک فلزي بررسي مي شود. خواص مدهاي متفاوت اين فيبرها مطالعه مي شود و نشان داده مي شود که برخي مدهاي خاص مي توانند به امواج پلاسمون سطحي تبديل شوند. همچنين نشان داده مي شود که با استفاده از تفاوت ضريب افت مدهاي درون فيبر، مي توان پلاريزور و جداکننده مد ساخت .
کليد واژه - پلاسمون سطحي ، تمام فيبر، پلاريزور
١-مقدمه
کنترل قطبش در مخابرات نوري و حسگرهاي تداخلي ، ژايروسکوپ هاي نوري ، بخشي از موضوعات مهم مورد بحث براي جلوگيري از محو شدگي سيگنالهاي آشکار شده است .
به صورت کلي ، براي افزايش دقت هميشه سعي مي شود که نور در آشکارساز داراي يک پلاريزاسيون باشد .از آنجا که استفاده از قطبش گرهاي خارج از فيبر هميشه اتلاف زيادي را در سيستم هاي فيبري در بر دارد، تلاش بر اين بوده است تا اين المان اپتيکي به نحوي بر روي فيبر نوري ايجاد شود .
در اينجا با استفاده از اثر پلاسمون سطحي روي يک فيلم فلزي ، که بر روي سطح جانبي فيبر لايه نشاني مي شود، قسمتي از انرژي منتشر شده در فيبر به صورت پلاسمون سطحي بر روي فيلم فلزي تزويج مي شود.بدين منظور مي بايست به مد ميرا شونده در داخل فيبر دسترسي پيدا کرد. اين کار از طريق سايش سطح جانبي فيبر و نزديک شدن به ناحيه مغزي فيبر صورت مي گيرد. اين تکنيک امروزه در ساختار بسياري از المانهاي اپتيکي تک - مد، تزويجگرهاي جهتي فيبري ، پلاريزورها، مدولاتورها، سوئيچها، تقويت کنندها و فيلترها مورد استفاده قرار مي گيرد.در پياده سازي سايش جانبي فاصله سطح سايش باخشوردد.ه ايان ز نماغحزييه ازفيفبيربرپارماامننتديک استت يغه که موباجيبدر تعحمل ت مکيتکرنل که از دو طرف به فيبر کوپل شده است .
پلاسمون سطحي يک موج الکترومغناطيسي است که در طول سطح مشترک دو ماده که يکي ثابت دي الکتريک منفي دارد منتشر مي شود. اين امواج که ناشي از نوسان الکترونها هستند در سطوحي که الکترونهاي آزاد وجود داشته باشد منتشر مي شوند. هنگامي که يک ميدان الکتريکي خارجي به سطح مشترک يک دي الکتريک و يک فلز اعمال شود، در الکترونهاي آزاد سطح فلز پلاسما ايجاد مي شود. ثابت انتشار اين موج پلاسمايي به ثابت دي الکتريک و رسانندگي فلز بستگي دارد.
٢-اصول نظري
براي بررسي انتشار امواج پلاسمونيک سطحي ، سطح يک فلز و يک دي الکتريک را مطابق شکل ١ در نظر مي گريم . در اين شکل ناحيه I فلز و ناحيه II دي الکتريک بدون جذب ذاتي ( حقيقي و مثبت ) در نظر گرفته شده است .
شکل ١: سطح تماس فلز و دي الکتريک
در واقع امواج پلاسمونيک سطحي امواجي هستند که در امتداد صفحه تماس فلز- دي الکتريک منتشر مي شوند و در جهت عمود بر آن به صورت نمايي افت مي کنند.با کمک معادلات ماکسول مي توان امواج با قطبش S و P را بررسي کرد. با توجه به شکل ، مي توان نشان داد که قطبش P با مولفه هاي Ex،Ez و Hy و قطبش S با مولفه هاي Hx،Hz و Ey به طور کامل مشخص مي شوند[٢]. به دنبال امواجي هستيم که در سطح تماس فلز- دي الکتريک محدود شده اند، بنابراين در قطبش P
که ١٢=j شاخص محيط و A دامنه موج مي باشد. با کمک شرايط مرزي ، (پيوستگي ( مي توان نشان داد
که و:
اگر حقيقي و مثبت باشد، (دي الکتريک بدون جذب )، آنگاه رابطه (٤) بيان مي کند که امواج سطحي در صورتي منتشر مي شوند که اين رابطه براي فلزات در محدوده اي از فرکانس ها برقرار است [٢]. بنابراين نور با قطبش P نسبت به سطح تماس مي تواند به صورت امواج پلاسمونيک سطحي منتشر شود. روابط معادل با (١) تا (٣)
١ معمولا قطبش P،TM و قطبش S،TE ناميده مي شوند، اما در اين متن قطبش هاي TM و TE براي مدهاي فيبر به کار مي روند.
در قطبش S براي نوشته مي شوند. با کمک شرايط مرزي روي E و H مي توان نشان داد که :
از آنجا که براي محدود شدن امواج به سطح تماس لازم است رابطه (٥) در صورتي برقرار است که و بنابراين نتيجه حاصل اين است که امواج با قطبش S نمي توانند به صورت امواج سطحي در امتداد سطح تماس فلز-دي الکتريک منتشر شوند.
بنابر بحث ارايه شده ، سطح تماس فلزو دي الکتريک نسبت به قطبش S و P متفاوت است . از اين خاصيت مي توان در ساخت ادوات مختلف نوري استفاده کرد.
٣-محاسبات عددي
براي بررسي مدهاي واقعي منتشر شده در فيبر کنار- ساييده لازم است معادلات ماکسول با توجه به شرايط مرزي و شکل هندسي حل شوند. اين معادلات در حالت TM درون فيبر عبارتند از:
و در حالت TE به صورت زير هستند
