Analiza pola falowego typu TM w planarnych falowodach dielektrycznych

• Autorzy: Gniadek K.
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy zbadano właściwości prowadzonego pola elektromagnetycznego typu TM w planarnych falowodach dielektrycznych. Rozważono liniowe i nieliniowe trójwarstwowe układy falowodowe o geometrii pozwalającej na rozseparowanie pola falowego na propagujące się niezależnie rodzaje TE i TM. Przeprowadzono analizę wpływu kontrolowanych oraz przypadkowych zmian kierunku osi optycznej na przestrzenną strukturę prowadzonego pola TM. Wyznaczono funkcję Greena dla trójwarstwowego światłowodu jednoosiowo anizotropowego. W analizie liniowych struktur anizotropowych stosowano metodę funkcji Greena, metodę modów sprzężonych oraz rachunek zaburzeń. Uzyskano analityczne rozwiązania dla światłowodu anizotropowego z periodycznymi zmianami kierunku osi optycznej. Odcinek tak zaburzonego światłowodu może spełniać rolę zwierciadła braggowskiego selektywnego ze względu na polaryzację. Zbadano wpływ skokowej zmiany kierunku osi anizotropii na konwersję modów prowadzonych oraz na straty radiacyjne na granicy nieciągłości. Za pomocą znalezionej funkcji Greena oraz przybliżenia Rytowa otrzymano wyrażenia opisujące fluktuacje amplitudy i fazy modów TM, spowodowane przypadkowymi odchyleniami kierunku osi optycznej od położenia średniego. W grupie nieliniowych układów światłowodowych zbadano światłowód anizotropowy, którego podłoże i pokrycie stanowią nieliniowe ośrodki Kerra i przedyskutowano wpływ kierunku osi anizotropii na maksimum transmitowanej mocy. Układ taki może spełniać funkcje nieliniowego ogranicznika mocy świetlnej. Zbadano i przedyskutowano właściwości transmisyjne sprzęgacza magnetooptycznego z nieliniowym ośrodkiem Kerra. Wykazano, że taki układ może pełnić funkcję izolatora optycznego, którego charakterystyki transmisyjne mogą być kontrolowane intensywnością wprowadzonego światła.

EN

In this paper TM type electromagnetic fields propagating in linear and nonlinear planar waveguides are analytically investigated. In the structures considered the electromagnetic field splits into pure TE and TM modes. Analytical expressions for Green's function of the anisotropic three-layer structure with misaligned optical axes are derived. The problem of the coupling between the forward and the backward TM modes in an anisotropic planar waveguide with periodic variation optic axis direction is investigated theoretically. It is shown that the perturbed section of an anisotropic waveguide acts as a frequency selective reflection filter for TM modes only. The approximate analytical expressions for the reflection, transmission and radiation coefficients of the TM mode impinging upon a jump discontinuity of the optical axis direction in an anisotropic waveguide are derived. Green's function method together with the Rytow aproximation is used to analyse of the mean-square fluctuations of log-amplitude and phase in an anisotropic planar waveguide caused by random deviation in space of the optical axis direction to the mean direction. The influence of the optical axis direction on propagation of TM-polarized waves guided by linear anisotropic film bounded by the Kerr-type nonlinear medium is analysed theoretically and numerically. In such a configuration, the film acts as a polarization-selective optical-power-limiting device controlled by the axis direction. A new approach to the problem of propagation TM-polarized waves in a nonlinear Kerr-like medium is presented. It is shown exact analytical solution of Maxwell's equations for the TM waves described by hiperbolic function l/cosh(~) do exist in a Kerr-like nonlinear medium with the permittivity profile given by a hypergeometric function. An intensity-controlled nonreciprocal coupler is studied analytically and numrically. The operation of the coupler utilizes the nonreciprocal phase shift of the TM modes in a magnetooptic waveguide. The coupled mode equations aresolved analytically in terms of Jacobian elliptic functions. It is shown that the transmission characteristics of the coupler are more sensitive to the input power for the direction of propagation for which the linear propagation constants mismatch between the waveguides is smaller.

Słowa kluczowe

PL

pole falowe; falowody dielektryczne

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej
• Czasopismo: Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Fizyka
• Rocznik: 1999
• Tom: z. 47
• Strony: 3--79
• Opis fizyczny: Bibliogr. 73 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Gniadek K.

• Instytut Fizyki Politechniki Warszawskiej