Диэлектрический волновод

ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ВОЛНОВОД, стержень из диэлектрика или канал в диэлектрической среде, обеспечивающий направленную передачу электромагнитных волн. В зависимости от формы поперечного сечения различают прямоугольные, круглые, слоистые и другие типы диэлектрических волноводов. Переход от сердцевины к оболочке может быть  резким (ступенчатые диэлектрические волноводы) или плавным (градиентные диэлектрические волноводы). Направленная волна внутри диэлектрического волновода сохраняет распределение электрической и магнитного полей в виде моды и не выходит наружу благодаря эффекту полного внутреннего отражения. Волны, идущие внутри и вне стержня, имеют одинаковую фазовую скорость. Однако моды разного порядка распространяются с разными фазовыми скоростями, что создаёт межмодовую дисперсию. В зависимости от разности показателей преломления стержня и  оболочки  (воздух,  другой диэлектрик)  в диэлектрических волноводах может распространяться только одна мода или несколько (десятки и сотни) мод. В одномодовых диэлектрических волноводах разность внутреннего и внешнего показателей преломления мала; при этом мода заходит достаточно глубоко в оболочку. Благодаря этому эффекту можно создавать связанные диэлектрические волноводы, когда поле одного проникает в другой, параллельно идущий диэлектрический волновод. Связанные диэлектрические волноводы используются как направленные ответвители электромагнитной энергии. Если таких волноводов много (до нескольких десятков), то говорят о структуре дискретных волноводов. Слоистые диэлектрические волноводы обычно состоят из трёх слоёв: основного волноведущего слоя и двух внешних слоёв с разными показателями преломления.

Потери энергии в диэлектрических волноводах обусловлены собственным поглощением в диэлектрике и рассеянием мод на структурных неоднородностях диэлектрика. В миллиметровом и сантиметровом диапазонах длин волн потери в диэлектриках достаточно велики, поэтому диэлектрические волноводы используются для передачи микроволнового излучения на сравнительно короткие расстояния (метры, десятки метров).

В оптическом диапазоне широко применяются диэлектрические волноводы, представляющие собой  волокна, поэтому они получили название оптических волокон или волоконных световодов (смотри Волоконная оптика). Оптические диэлектрические волноводы из кварцевого стекла с предельно малыми потерями энергии используются для кабельного телевидения и дальней ИК-связи (на десятки тысяч километров). Многомодовые волокна применяются в видимом диапазоне для передачи изображений в медицине, системах видеонаблюдения и т. п. Поскольку в этих случаях расстояния невелики, часто используются волокна, изготовленные из специального прозрачного пластика.

Лит.: Взятышев В. Ф. Диэлектрические волноводы. М., 1976; Нефедов Е. И., Фиалковский А. Т. Полосковые линии передачи. 2-е изд. М., 1980; Унгер Х. -Г. Планарные и волоконные оптические волноводы. М., 1980.