Дисперсия и оптические потери в многослойном диэлектрическом полом световоде
![Диссертация: Дисперсия и оптические потери в многослойном диэлектрическом полом световоде](https://westud.ru/work/3556032/cover.png)
Диссертация
Положенные в основу диссертационной работы поиск и применение численных методов и результаты исследований докладывались на научных сессиях МИФИ в секции «Фотоника» (Москва, 2004, 2005), на Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых по фундаментальным наукам «Ломоносов — 2005» в секции «Физика» (Москва, 2005), на Международной научно-технической конференции «Наука… Читать ещё >
Содержание
- ГЛАВА I. НЕДОСТАТКИ СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ АНАЛИЗА БРЭГГОВСКИХ СВЕТОВОДОВ И ПОСТРОЕНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ БРЭГГОВСКОГО ВОЛОКОННОГО СВЕТОВОДА
- 1. 1. Недостатки основных методов теоретического анализа Брэгговских световодов
- 1. 2. Построение теоретической модели Брэгговского световода
- ГЛАВА II. РАЗРАБОТКА МЕТОДА ОПТИМИЗИЦИИ СТРУКТУРЫ И МОДЕЛИРОВАНИЕ ВОЛНОВОДНЫХ СВОЙСТВ БРЭГГОВСКОГО СВЕТОВОДА
- 2. 1. Применение генетического алгоритма в создании численного метода оптимизации Брэгговского световода
- 2. 2. Моделирование волноводных свойств Брэгговского световода
- 2. 2. 1. Классификация мод и сравнение результатов
- 2. 2. 2. Влияние цилиндрической симметрии на решение задачи
- 2. 2. 3. Оптимизация структуры Брэгговского световода. Пример расчета структуры Брэгговского световода с волноводными характеристиками сравнимыми с традиционными волоконными световодами
- 2. 2. 4. Зависимость величин потерь и эффективного показателя преломления мод от числа слоев оболочки и радиуса воздушной сердцевины
- 2. 2. 5. Зависимость величин потерь и эффективного показателя преломления мод от показателя преломления материала сердцевины
Список литературы
- Tyndall J. Proc. Roy. Inst., 1,446, (1854).
- Lamm H., Z. Instrumentenk, 50, 579, (1930).3. van Hell A.C.S., Nature, 173,39 (1954).
- Hirschowitz B.I. et al., Gastroenterology, 35, 50 (1958).
- Kapany N.S., J. Opt. Soc. Am., 49, 779 (1959).
- R.F. Cregan B.J. Mangan, J.C. Knight et al. Science, 285,1537 (1999).
- P. Russell, «Photonic crystal fibers,» Science 299,358−62 (2003).
- Yeh P., Yariv A., Marom E, «Theory of Bragg fiber,» J. Opt. Soc. Am. 1978. V. 68. P. 1196−1201.
- G. Dellemann, Dr. T.D. Engeness, Dr. M. Skorobogatiy, U. Kolodny, «Perfect Mirrors Extend Hollow-Core Fiber Applications», June 2003 PHOTONICS SPECTRA
- M. Skorobogatiy, S.A. Jacobs, S.G. Johnson, Y. Fink, «Geometric variations in high index-contrast waveguides, coupled mode theory in curvilinear coordinates», 21 October 2002 / Vol. 10, No. 21 / OPTICS EXPRESS 1227−1243.
- M. Skorobogatiy, S.G. Johnson, S.A. Jacobs, Y. Fink, «Dielectric profile variations in high-index-contrast waveguides, coupled mode theory and perturbation expansions», PHYSICAL REVIEW E 67, 46 613 (2003).
- M. Yan and P. Shum, «Analysis of perturbed Bragg fibers with an extended transfer matrix method», 3 April 2006 / Vol. 14, No. 7 / OPTICS EXPRESS 25 962 610.
- I.M. Bassett and A. Argyros, «Elimination of polarization degeneracy in round waveguides», 18 November 2002 / Vol. 10, No. 23 / OPTICS EXPRESS 13 421 346.
- A. Argyros, I.M. Bassett, M.A. van Eijkelenborg, M.C. J. Large, «Analysis of ring-structured Bragg fibres for single ТЕ mode guidance», 14 June 2004 / Vol. 12, No. 12 / OPTICS EXPRESS 2688−2698.
- Xu Y., Lee R.K., Yariv A., «Asymptotic analysis of Bragg fibers,» Opt. Lett. 2000. V. 25. P. 1756−1758.
- Xu Y., Yariv A., Fleming J.G., Lin S.Y., «Asymptotic analysis of silicon based Bragg fibers,» Opt. Express 2003. V. 11. P. 1039−1049.
- B.P. Pal, S. Dasgupta and M. R. Shenoy, «Bragg fiber design for transparent metro networks», 24 January 2005 / Vol. 13, No. 2 / OPTICS EXPRESS 621 -626.
- Б. Кацеленбаум, «Электромагнитные колебания диэлектрических цилиндров», д. к. ф.-м. н., Москва, 1948.
- А.С. Беланов, «Исследование многослойных волоконных световодов», дис. д. ф.-м. н., Москва, 1980.
- М. Skorobogatiy, «Hollow Bragg fiber bundles: when coupling helps and when it hurts», July 1,2004 / Vol. 29, No. 13 / OPTICS LETTERS 1479 1481.
- M. Skorobogatiy, K. Saitoh, M. Koshiba, «Resonant directional coupling of hollow Bragg fibers», OPTICS LETTERS / Vol. 29, No. 18 / September 15, 2004, 2112−2114.
- G. Ouyang, Y. Xu, A. Yariv, «Theoretical study on dispersion compensation in air-core Bragg fibers», 26 August 2002 / Vol. 10, No. 17 / OPTICS EXPRESS 899−908.
- S. Dasgupta, B.P. Pal, M.R. Shenoy, «Design of a Low Loss Bragg Fiber with High Negative Dispersion for the TE01 Mode», in Frontiers in Optics 2004 Technical Digest, FWH49 (Rochester, USA, 2004).
- G. Ouyang, Y. Xu, A. Yariv, «Comparative study of air-core and coaxial Bragg fibers: single-mode transmission and dispersion characteristics», 17 December 2001 / Vol. 9, No. 13 / OPTICS EXPRESS 733−747.
- M. Ibanescu, Y. Fink, S. Fan, E.L. Thomas, J.D. Joannopoulos, «An All-Dielectric Coaxial Waveguide», SCIENCE VOL 289 21 JULY 2000 415−419.
- N. Yi, Z. Lei, G. Chong, J. Shu, P. Jiangde, «A novel design for all-solid silica Bragg fiber with zero-dispersion wavelength at 1550 nm», 20 September 2004 / Vol. 12, No. 19 / OPTICS EXPRESS 4602−4607.
- С. Palavicini et al., «Chromatic dispersion measurement of a Bragg fibre», ECOC 2004,30th European Conference on Optical Communication.
- E. Pone, C. Dubois, N. Guo, Y. Gao, A. Dupuis, F. Boismenu, S. Lacroix, M. Skorobogatiy, «Drawing of the hollow all-polymer Bragg fibers», 26 June 2006 / Vol. 14, No. 13 / OPTICS EXPRESS 5838−5852.
- Y. Fink, D.J. Ripin, S. Fan, C. Chen, J.D. Joannopoulos, E.L. Thomas, «Guiding Optical Light in Air Using an All-Dielectric Structure», JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, VOL. 17, NO. 11, NOVEMBER 1999 20 392 041.
- K. Kuriki, O. Shapira, S.D. Hart, G. Benoit, Y. Kuriki, J. F Viens, M. Bayindir, J.D. Joannopoulos, Y. Fink, «Hollow multilayer photonic bandgap fibers for NIR applications», 19 April 2004 / Vol. 12, No. 8 / OPTICS EXPRESS 1510−1517.
- B. Temelkuran, S.D. Hart, G. Benoit, J.D. Joannopoulos, Y. Fink, «Wavelength-scalable hollow optical fibres with large photonic bandgaps for C02 laser transmission», NATURE | VOL 4201 12 DECEMBER 2002, 650−653.
- F.M. Cox, A. Argyros, M.C. J. Large, «Liquid-filled hollow core microstructured polymer optical fiber», 1 May 2006 / Vol. 14, No. 9 / OPTICS EXPRESS 4135−4140.
- G. Vienne, Y. Xu et al., «Ultra-large bandwidth hollow-core guiding in all-silica Bragg fibers with nano-supports», 26 July 2004 / Vol. 12, No. 15 / OPTICS EXPRESS 3500−3508.
- S.D. Hart, G.R. Maskaly, B. Temelkuran, P.H. Prideaux, J.D. Joannopoulos, Y. Fink, «External Reflection from Omnidirectional Dielectric Mirror Fibers», 19 APRIL 2002 VOL 296 SCIENCE 510−513.
- D. Yin, J.P. Barber, A.R. Hawkins, H. Schmidt, «Waveguide loss optimization in hollow-core ARROW waveguides», 14 November 2005 / Vol. 13, No. 23 / OPTICS EXPRESS 9331−9336.
- D. Yin, H. Schmidt, J.P. Barber, A.R. Hawkins, «Integrated ARROW waveguides with hollow cores», 14 June 2004 / Vol. 12, No. 12 / OPTICS EXPRESS 2710−2715.
- Y. Yi, S. Akiyama, P. Beimel, X. Duan, L.C. Kimerling, «On-chip Si-based Bragg cladding waveguide with high index contrast bilayers», 4 October 2004 / Vol. 12, No. 20 / OPTICS EXPRESS 4775−4780.
- M. Hisatomi, M.C. Parker, S.D. Walker, «Novel Fresnel-zoned microstructured fibre for light waveguiding and efficient coupling between SMF and photonic crystals», 2003.
- M.C. Parker, M. Hisatomi, S.D. Walker, «Binary Radially-Chirped Bragg Fibre Featuring Low Dispersive Phase-Locked Spatial Modes», 2004.
- A.H. Лазарчик. Радиотехника и электроника, 33,36 (1988).
- A.N.Lazarchik, «Bragg fiber lightguides,» Radiotekhnika i lectronika 1, 36 -43 (1988).
- N.J. Doran, K.J. Blow, «Differential Loss in Bragg fibers», J. Lightwave Technol., 1, 588(1983).
- B.H. Мелехин, А. Б. Маненков. ЖТФ, 38, 2113 (1968).
- B.H. Мелехин, А. Б. Маненков. Сб. Электроника больших мощностей, Вып.6 (М.: Наука, 1969, с. 161).
- А.Б. Маненков. Изв. ВУЗ’ов, Радиофизика, 14, 606 (1971).
- А.Б. Маненков. Радиотехника и электроника, 22,2043 (1977).
- А.Б. Маненков, В. Н. Мелехин. Радиотехника и электроника, 24, 1282 (1979).
- С.М. Sterke, I.M. Bassett, A.G. Street, «Differential losses in Bragg fibers,» J.Appl.Phys. 1994. V. 76. № 2. P. 680−688.
- Y. Xu, R.K. Lee, A.Yariv. Opt. Lett., 25,1756 (2000). OFC '2001, TuC7
- A. Argyros, I.M. Bassett, M.A. Eijkelenborg, M.C.J. Large, J. Zagari, N.A.P. Nicorovici, Ross C. McPhedran, С. M. de Sterke, «Ring structures in microstructured polymer optical fibres», 17 December 2001 / Vol. 9, No. 13 / OPTICS EXPRESS 813−820.
- A. Argyros, «Guided modes and loss in Bragg fibres», 2 December 2002 / Vol. 10, No. 24 / OPTICS EXPRESS 1411−1417.
- M. C. J. Large, M. A. van Eijkelenborg, A. Argyros, J. Zagari, S. Manos, N.A. Issa, I. Bassett, S. Fleming, R.C. McPhedran, C.M. de Sterke, N.A.P. Nicorovici, «Microstructured Polymer Optical Fibres: Progress and Promise», 2004.
- M. Ibanescu, S.G. Johnson, M. Soljacvic', J. D. Joannopoulos, Y. Fink, «Analysis of mode structure in hollow dielectric waveguide fibers», PHYSICAL REVIEW E 67,46 608,2003.
- W.C. Chew, «Waves and fields in inhomogeneous media,» Chapter 3 Van Nostrand Reinhold, New York, 1990.
- A. Argyros, I. Bassett, M. van Eijkelenborg, M. Large, «Single-polarisation mode in air-core holey fibre», In Australian Conference on Optical Fibre Technology ACOFT, Hilton on the Park, Melbourne, Australia, 13−16 July, 2003, pp. 508−510.
- Argyros A., Issa N., Bassett I., Eijkelenborg M.A., «Microstructured optical fiber for single-polarization air guidance», Opt. Lett. 2004. V. 29. P. 20−22.
- S. Guo, S. Albin, R.S. Rogowski, «Comparative analysis of Bragg fibers», 12 January 2004 / Vol. 12, No. 1 / OPTICS EXPRESS 198−207.
- B.B. Николаев, Г. С. Соколовский, M.A. Калитеевский, «Брэгговские отражатели для цилиндрических волн», Физика и техника полупроводников, 1999, том 33, вып. 2.
- М.А. Калитеевский, В. В. Николаев, R.A. Abram, «Статистика собственных состояний и оптические свойства одномерных разупорядоченных фотонных кристаллов», Физика твердого тела, 2005, том 47, вып. 10.
- М.А. Калитеевский, «Распространение и локализация света в фотонных микроструктурах», дис. д. ф.-м. н., Санкт-Петербург, 2004, 300с.
- J Marcou, F Brechet, Ph. Roy, «Design of weakly guiding Bragg fibres for chromatic dispersion shifting towards short wavelengths», J. Opt. A: Pure Appl. Opt. 3 (2001) S144-S153.
- T. Kawanishi and M. Izutsu, «Coaxial periodic optical waveguide», 3 July 2000 / Vol. 7, No. 1 / OPTICS EXPRESS 10−22.
- A. K. Abeeluck, N. M. Litchinitser, C. Headley, and B. J. Eggleton, «Analysis of spectral characteristics of photonic bandgap waveguides», 18 November 2002 / Vol. 10, No. 23 / OPTICS EXPRESS 1320−1333.
- N.M. Litchinitser, S.C. Dunn, B. Usner, B.J. Eggleton, T.P. White, R.C. McPhedran, C.M. de Sterke, «Resonances in microstructured optical waveguides», 19 May 2003 / Vol. 11, No. 10 / OPTICS EXPRESS 1243−1251.
- A. Mizrahi and L. Schachter, «Bragg reflection waveguides with a matching layer», 12 July 2004/Vol. 12, No. 14/OPTICS EXPRESS 3156−3170.
- W. Zhi, R. Guobin, L. Shuqin, L. Weijun, S. Guo, «Compact supercell method based on opposite parity for Bragg fibers», 29 December 2003 / Vol. 11, No. 26 / OPTICS EXPRESS 3542−3549.
- Xu Y., Ouyang G.X., Lee R.K., Yariv A., «Asymptotic matrix theory of Bragg fibers,» J. Lightwave Technol. 2002. V. 20. P. 428−440.
- W. Liang, Y. Xu, Y. Huang, A. Yariv, J.G. Fleming, S.-Y. Lin, «Mie scattering analysis of spherical Bragg „onion“ resonators», 23 February 2004 / Vol. 12, No. 4 / OPTICS EXPRESS 657−669.
- Y. Fink, J.N. Winn, S. Fan, C. Chen, J. Michel, J.D. Joannopoulos, E.L. Thomas, «A Dielectric Omnidirectional Refector», SCIENCE VOL 282 27 NOVEMBER 1998 1679−1682.
- P. Bermel, J.D. Joannopoulos, Y. Fink, P.A. Lane, C. Tapalian, «Properties of radiating pointlike sources in cylindrical omnidirectionally reflecting waveguides», PHYSICAL REVIEW В 69, 35 316 (2004).
- S. Dasgupta, B.P. Pal, M.R. Shenoy, «Dispersion tailoring in Bragg fibers», 7th International Conference on Optoelectronics, Fiber Optics and Photonics (PHOTONICS'2004), Cochin (India), December 10−14,2004.
- B.R. West, A.S. Helmy, «Dispersion tailoring of the quarter-wave Bragg reflection waveguide», 1 May 2006 / Vol. 14, No. 9 / OPTICS EXPRESS 40 734 086.
- A.S. Helmy, «Phase matching using Bragg reflection waveguides for monolithic nonlinear optics applications», 6 February 2006 / Vol. 14, No. 3 / OPTICS EXPRESS 1243−1252.
- D.B. Burckel, S.R.J. Brueck, «Generalized transverse Bragg waveguides», 14 November 2005 / Vol. 13, No. 23 / OPTICS EXPRESS 9202−9210.
- J.A. Monsoriu, E. Silvestre, A. Ferrando, P. Andres, J.J. Miret, «High-index-core Bragg fibers: dispersion properties», 16 June 2003 / Vol. 11, No. 12 / OPTICS EXPRESS 1400−1405.
- Y. Sakurai, F. Koyama, «Tunable hollow waveguide distributed Bragg reflectors with variable air core», Optics Express, vol. 12, Issue 13, p.2851, 2004.
- L. Persano, A. Camposeo, P. Del Carro, E. Mele, R. Cingolani, D. Pisignano, «Very high-quality distributed Bragg reflectors for organic lasing applications by reactive electron-beam deposition», 6 March 2006 / Vol. 14, No. 5 / OPTICS EXPRESS 1951−1956.
- O.H. Козина, «Теоретическое исследование особенностей дисперсионных характеристик и собственных волн, вызванных усилением или поглощением в одно- и двухмерных фотонно-кристаллических структурах», дис. к. ф.-м. н., Саратов, 2003,153с.
- А.В. Тарасишин, «Теоретическое исследование взаимодействия световых импульсов и пучков с фотонными кристаллами», дис. к. ф.-м. н., Москва, 2000.
- Т. Hon, «Enhancement of field confinement by deforming perfectly periodic structures in one-dimensional slab waveguides», Optics Communications 230 (2004) 161−165.
- Z. Wang, G. Ren, S. Lou, W. Liang, «Investigation of the supercell based orthonormal basis function method for different kinds of fibers», Optical Fiber Technology 10(2004) 296−311.
- A. Zamudio-Lara, J. Escobedo-Alatorre, J. Sanchez-Mondragon, M. Tecpoyotl-Torres, «A comparison between unidimensional, circular and spherical photonic crystal stacks», Optical Materials 27 (2005) 1255−1259.
- R. Guobin, W. Zhi, L. Shuqin, J. Shuisheng, «Analysis of dispersion properties of high-index-core Bragg fibers», Optical Fiber Technology 11 (2005) 81−91.
- I. Alam, J. Sakai, «Classification and properties of radiation and guided modes in Bragg fiber», Optics Communications 250 (2005) 84−94.
- F. Wu, S. Guo, K. Ikram, S. Albin, H. Tai, R.S. Rogowski, «Erratum to „Numerical analysis of Bragg fibers using a compact ID finite-difference frequency-domain method“ Opt. Commun. 249 (2005) 165−174.», Optics Communications 255 (2005) 167.
- C. Jinga, W.M. Liua, W. Gaia, J.G. Powera, T. Wong, «Mode analysis of a multilayered dielectric-loaded accelerating structure», Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 539 (2005) 445154.
- F. Wu, S. Guo, K. Ikram, S. Albin, H. Tai, R.S. Rogowski, «Numerical analysis of Bragg fibers using a compact ID finite-difference frequency-domain method», Optics Communications 249 (2005) 165−174.
- G.R. Hadley, «Numerical Simulation of Waveguides of Arbitrary Cross-Section», Int. J. Electron. Commun. (АЕЁЦ) 58 (2004): 86−92.
- A.-B.M.A. Ibrahima, P.K. Choudhuryb, M.S. Aliasa, «On the analytical investigation of fields and power patterns in coaxial omniguiding Bragg fibers», Optik 117 (2006) 33−39.
- C.G. Broyden. Math. Comput., 19, N92, 577 (1965).
- M. Борн, Э. Вольф. Основы оптики (М.: Наука, 1970, с. 95).
- М. Bass, E.W. van Stryland, D.R. Williams, W.L. Wolfe, «Handbook of optics», 2nd ed., McGraw-Hill, Inc, 1995.
- H.P. Neff, «Introductory electromagnetics», John Wiley & Sons, Inc., 1991.
- L. Tsang, J.A. Kong, «Scattering of electromagnetic waves: Advanced topics», John Wiley & Sons, Inc., 2001.
- W.T. Welford, «Useful optics», The University of Chicago Press, 1991.
- B.A. Ильина, П. К. Силаев, «Численные методы для физиков-теоретиков», I. Москва-Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2003,132 стр.
- J.C.A. Wevers, «Mathematics Formulary», Version: January 6, 2002, http://www.xs4all.nl/~johanw/index.html.
- Ф.Р. Гантмахер, «Теория матриц», М., 1966, 576 стр.
- Kiyosi Ito, «Encyclopedic dictionary of mathematics», Second edition, Vol. I, MIT Press, 1993.
- M. R. Spiegel, «Mathematical Handbook», Schaum’s Ouline Series, McGraw-Hill, 1968.
- М. Дж. Уокер Р., «Математические методы физики», Пер. с англ.1972,400 с.
- А. Снайдер, Дж. Лав, «Теория оптических волноводов», Пер. с англ. М.: Радио и связь, 1987. — 656 с.
- Г. Унгер, «Планарные и волоконные оптические волноводы», Пер. с англ. М.: Мир, 1980.-656 с.
- Д. Маркузе, «Оптические волноводы», Пер. с англ. М.: Мир, 1974. — 576 с.
- Г. Агравал, «Нелинейная волоконная оптика», изд-во «МИР», 1996.
- W.H. Press, S.A. Teukolsky, W.T. Vetterling, B.P. Flannery, «Numerical recipes in fortran 77: The art of scientific computing», Vol. 1 of Numerical Recipes, William H. Press et all. 2nd ed., P. 406,1997.
- J. H. Holland, «Adaptation in Natural and Artificial Systems», Cambridge, MA: The M.I.T. Press, 1975.
- L. F. Shen, Z. Ye and S. He, «Design of two-dimensional photonic crystals with large absolute band gaps using a genetic algorithm,» Phys. Rev. В 68, 35 109 2003.
- E. Kerrinckx, L. Bigot, M. Douay, Y. Quiquempois, «Photonic crystal fiber design by means of a genetic algorithm», 3 May 2004 / Vol. 12 No. 9 / OPTICS EXPRESS 1990−1995.
- T. Fujisawa, K. Saitoh, K. Wada, M. Koshiba, «Chromatic dispersion profile optimization of dual-concentric-core photonic crystal fibers for broadband dispersion compensation», 23 January 2006 / Vol. 14, No. 2 / OPTICS EXPRESS 893.
- H. Wei, Z. Tong, S. Jian, «Use of a genetic algorithm to optimize multistage erbium-doped fiber-amplifier systems with complex structures», 23 February 2004 / Vol. 12, No. 4 / OPTICS EXPRESS 531−544.
- Т.К. Вороновский, K.B. Махотило, C.H. Петрашев, С. А. Сергеев, «Генетические алгоритмы, исскуственные нейронные сети и проблемы виртуальной реальности «, Харьков, Основа, с. 10,1997.
- Д. Бисслей, «Двухточечный кроссинговер», http://www.getinfo.ru/article31.htm.
- Р. Седжвик, «Фундаментальные алгоритмы на С++. Анализ. Структуры данных. Сортировка. Поиск», пер. с англ. К.: Издательство «ДиаСофт», 2001,688 стр.
- M.L. Abell, J.P. Braselton, «Mathematica by example», Rev. ed., AP Professional, MA, 1994.
- A.O. Allen, «Introduction to computer performance analysis with Mathematica», AP Professional, MA, 1994.
- M.L. Abell, J.P. Braselton, «The Mathematica handbook», AP Professional, MA, 1992.
- J.W. Gray, «Mastering Mathematica. Programming methods and applications», AP Professional, MA, 1994.
- B.B. Емельянов, B.B. Курейчик, B.M. Курейчик, «Теория и практика эволюционного моделирования», М.:ФИЗМАТЛИТ, 2003 г.
- JI.A. Гладков, В. В. Курейчик, В. М. Курейчик, «Генетические алгоритмы», 2-е изд., М.:ФИЗМАТЛИТ, 2006 г.
- D.E. Goldberg, «Genetic algorithm in search? Optimization and machine learning», Kluwer, Acad. Publishers, Boston, MA, 1989.