Preview

Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника

Расширенный поиск

Аналитическая теория дисперсии оптических волн регулярных микроволноводов

https://doi.org/10.32603/1993-8985-2018-21-3-71-78

Полный текст:

Аннотация

Разработан метод анализа дисперсионных характеристик направляемых мод в регулярных оптических микроволноводах малого поперечного сечения. Метод основан на введении поправок к продольному волновому числу мод прямоугольного волновода, выбранного в качестве базового, при искажении формы его поперечного сечения. Распределения электромагнитного поля и продольного волнового числа базового волновода рассчитываются методом разделения переменных. Поправка к продольному волновому числу рассчитывается аналитически в терминах теории связанных мод. Указанная поправка в виде коэффициента межмодовой связи возникает на основании совместного использования полной системы уравнений Максвелла при введении понятия об эффективных источниках. Показано, что последовательный учет граничных условий электродинамики приводит к форме коэффициента связи, включающей объемную и поверхностную составляющие. Разработанный метод применен для расчета дисперсионных характеристик низших волноводных мод, распространяющихся в микроволноводах трапециевидного сечения, применяемых на практике. Продемонстрировано влияние поперечного сечения микроволновода на дисперсионные характеристики мод в зависимости от соотношения сторон, а также от отношения значений диэлектрических проницаемостей сердцевины микроволновода и его оболочки. Показана необходимость учета влияния формы микроволновода на дисперсионные характеристики мод в широком диапазоне значений рабочих длин волн и при различных распределениях диэлектрической проницаемости волноведущей структуры.

Об авторах

Н. А. Чеплагин
Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В. И. Ульянова (Ленина) .
Россия
Чеплагин Николай Анатольевич – магистр техники и технологии по направлению "Электроника и микроэлектроника" (2012), аспирант кафедры физической электроники и технологии. Автор одной научной публикации. Сфера научных интересов – радиофотоника. 

 

ул. Профессора Попова, д. 5, Санкт-Петербург, 197376.



Г. А. Зарецкая
Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В. И. Ульянова (Ленина) .
Россия

Зарецкая Галина Александровна – магистр техники и технологии по направлению "Электроника и микроэлектроника" (2012), аспирантка кафедры физической электроники и технологии . Автор шести научных публикаций. Сфера научных интересов – радиофотоника.  

ул. Профессора Попова, д. 5, Санкт-Петербург, 197376.



Б. А. Калиникос
Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В. И. Ульянова (Ленина) .
Россия

Калиникос Борис Антонович – доктор физико-математических наук (1985), профессор (1989), заведующий кафедрой физической электроники и технологии . Автор более 300 научных работ. Сфера научных интересов – cверхвысокочастотные линейные и нелинейные волновые процессы в магнетиках, а также смежные явления; cолитоны, нелинейная волновая динамика и хаос; сверхвысокочастотная микроэлектроника; радиофотоника. 

ул. Профессора Попова, д. 5, Санкт-Петербург, 197376.



Список литературы

1. Capmany J., Novak D. Microwave Photonics Combines Two Worlds // Nature Photonics. 2007. Vol. 1. P. 319–330. doi: 10.1038/nphoton.2007.89.

2. Capmany J. Microwave Photonic Signal Processing // J. of Lightwave Technology. 2013. Vol. 31, № 4. P. 571–586. doi: 10.1109/JLT.2012.2222348.

3. RF Engineering Meets Optoelectronics: Progress in Integrated Microwave Photonics / S. Iezekiel, M. Burla, J. Klamkin, D. Marpaung, J. Capmany // IEEE Microwave Magazine. 2015. Vol. 16, № 8. P. 28–45. doi: 10.1109/MMM.2015.2442932.

4. Microwave Photonic Integrated Circuits for Millimeter-Wave Wireless Communications / G. Carpintero, K. Balakier, Z. Yang, R. C. Guzmán, A. Corradi, A. Jimenez, G. Kervella, M. J. Fice, M. Lamponi, M. Chitoui, F. van Dijk, C. C. Renaud, A. Wonfor, E. A. J. M. Bente, R. V. Penty, I. H. White, A. J. Seeds // J. of Lightwave Technology. 2014. Vol. 32, № 20. P. 3495–3501.

5. Zhang W., Yao J. Silicon-Based Integrated Microwave Photonics // IEEE J. of Quantum Electronics. 2016. Vol. 52, № 1. P. 1–12. doi: 10.1109/JQE.2015.2501639.

6. Dual-Pump Generation of High-Coherence Primary Kerr Combs with Multiple Sub-Lines / C. Bao, P. Liao, A. Kordts, L. Zhang, M. Karpov, M. H. P. Pfeiffer, Y. Cao, Y. Yan, A. Almaiman, G. Xie, A. Mohajerin-Ariaei, L. Li, M. Ziyadi, S. R. Wilkinson, M. Tur, T. J. Kippenberg, A. E. Willner // Optics Letters. 2017. Vol. 42. P. 595–598. doi: 10. 1364/OL.42.000595.

7. CMOS-Compatible Multiple-Wavelength Oscillator for On-Chip Optical Interconnects / J. S. Levy, A. Gondarenko, M. A. Foster, A. C. Turner-Foster, A. L. Gaeta, M. Lipson // Nature Photonics. 2010. Vol. 4, № 1. P. 37–40. doi:10.1038/nphoton.2009.259.

8. Goell J. E. A Circular‐Harmonic Computer Analysis of Rectangular Dielectric Waveguides // Bell Labs Technical J. 1969. Vol. 48, № 7. P. 2133–2160. doi: 10. 1002/j.1538-7305.1969.tb01168.x.

9. Wang Y., Vassallo C. Circular Fourier Analysis of Arbitrarily Shaped Optical Fibers // Optics Letters. 1989. Vol. 14, № 24. P. 1377–1379. doi: 10.1364/OL.14.001377.

10. Eyges L., Gianino P., Wintersteiner P. Modes of Dielectric Waveguides of Arbitrary Cross Sectional Shape // J. of the Optical Society of America. 1979. Vol. 69, № 9. P. 1226–1235. doi: 10.1364/JOSA.69.001226.

11. Clark D. F., Dunlop I. Method For Analyzing Trapezoidal Optical Waveguides By An Equivalent Rectangular Rib Waveguide // Electronics Letters. 1988. Vol. 24, № 23. P. 1414–1415. doi: 10.1049/el:19880966.

12. Барыбин А. А. Электродинамика волноведущих структур. М.: Физматлит, 2007. 512 с.

13. Chiang K. S. Review of Numerical and Approximate Methods for the Modal Analysis of General Optical Dielectric Waveguides // Optical and Quantum Electronics. 1994. Vol. 26, № 3. P. S113–S134. doi: 10.1007/BF00384667.

14. Czendes Z. J., Silvester P. Numerical Solution of Dielectric Loaded Waveguides: I-Finite-Element Analysis // Microwave Theory Tech. IEEE Trans. 1970. Vol. MTT-18. P. 1124.

15. Xu F., Zhao K., Lu M. Analysis for Dispersion Characteristics of Trapezoidal-Groove Waveguide // International J. of Infrared and Millimeter Waves. 1996. Vol. 17, № 2. P. 403–413. doi: 10.1007/BF02088163.

16. Marcatili E. A. J. Dielectric Rectangular Waveguide and Directional Coupler for Integrated Optics // Bell Labs Technical J. 1969. Vol. 48, № 7. P. 2071–2102. doi: 10.1002/j.1538-7305.1969.tb01166.

17. Menon V. J., Bhattacharjee S., Dey K. K. The Rectangular Dielectric Waveguide Revisited // Optics Communications. 1991. Vol. 85, № 5–6. P. 393–396. doi: 10.1016/0030-4018(91)90570-4.

18. Вайнштейн Л. А. Электромагнитные волны. М.: АСТ, 1988. 440 с.

19. Каценельбаум Б. З. Высокочастотная электродинамика. М.: Наука, 1966. 240 с.

20. Ярив А., Юх П. Оптические волны в кристаллах. М.: Мир, 1987. 616 с.

21. Haus H.A., Huang W. Coupled-Mode Theory // Proceedings of the IEEE. 1991. Vol. 79, № 10. P. 1505– 1518. doi: 10.1109/5.104225.


Для цитирования:


Чеплагин Н.А., Зарецкая Г.А., Калиникос Б.А. Аналитическая теория дисперсии оптических волн регулярных микроволноводов. Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника. 2018;(3):71-78. https://doi.org/10.32603/1993-8985-2018-21-3-71-78

For citation:


Cheplagin N.A., Zaretskaya G.A., Kalinikos B.A. Analytical Dispersion Theory for Optical Waves in Regular Microwaveguides. Journal of the Russian Universities. Radioelectronics. 2018;(3):71-78. https://doi.org/10.32603/1993-8985-2018-21-3-71-78

Просмотров: 85


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1993-8985 (Print)
ISSN 2658-4794 (Online)