Galev R. Kudryavtsev A. Трашкеев С.И.
Численное моделирование взаимодействия пучка лазерного излучения с жидкокристаллической средой в миниатюрной оптоволоконной системе
Reporter: Galev R.
Недавно было предложено использовать жидкие кристаллы (ЖК) для динамического управления свойствами интегральных волоконно-оптических систем [1]. Управляющее устройство представляет собой миниатюрную полость в оптоволокне, заполненную ЖК. Выбор оптимальных параметров такой полости может быть сделан на основе результатов численного моделирования взаимодействия распространяющегося по оптоволокну пучка лазерного излучения с ЖК средой. Поскольку размеры полости сравнимы с длиной световой волны, моделирование должно основываться на решении полных уравнений Максвелла.
В настоящей работе выполнено моделирование для двух конфигураций подобной оптоволоконной системы — для полости в форме поперечного цилиндрического отверстия и для зазора между параллельными торцами оптоволокна. Распределение поля директора в объеме ЖК материала включает линейную особенность (дисклинацию). Уравнения Максвелла для анизотропной сплошной среды решались методом FDTD на расчетных сетках, насчитывавших до 500 млн. ячеек, в расчетах использовалось до 144 узлов вычислительного кластера ИВЦ НГУ.
В результате проведенных расчетов получены данные о распределении интенсивности и направленности лазерного излучения, прошедшего через микроскопический объем ЖК, вычислено, какая часть излучения теряется в результате рассеяния в окружающую внешнюю среду, и какая сохраняется внутри оптического волокна. На основании расчетов можно заключить, что в случае полости в виде поперечного отверстия значительная часть энергии светового пучка рассеивается вследствие фокусировки и дифракции, вызванными кривизной поверхности и ограниченностью поперечного размера отверстия. Кроме того в теле оптоволокна за отверстием имеются области с повышенной плотностью энергии, что может привести к разрушению оптоволокна при предельной нагрузке, которая может иметь место в импульсном режиме. В отличие от системы с отверстием, в оптоволоконной системе с зазором отклонение излучения поверхностью от прямолинейного распространения достаточно мало. Установлен характер зависимости доли отраженной энергии от ширины зазора. Показано, что взаимодействие излучения с ЖК приводит к появлению в прошедшем пучке новых оптоволоконных мод.
[1] Nyushkov B.N., Pivtsov V.S., Trashkeev S.I., Denisov V.I., Bagayev S.N. Fiber laser systems for applied metrology and photonics // Russian-Chinese Workshop on Laser Physics and Photonics (Novosibirsk, Russia, August 26-30, 2015). Tech. digest. P. 69-70.
To reports list