Волноводные явления и брэгговская дифракция света в слоистых средах и одномерных фотонных кристаллах

• Автор: Нурлигареев, Джамиль Хайдарович
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 352 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
Глава 1. Интегрально-оптические волноводы и распространение волн в
слоистых средах (литературный обзор)
Введение
1.1. Распространение волн в слоистой среде
1.2. Интегрально-оптические волноводы
1.2.1. Дисперсионное уравнение многослойного плоского волновода
1.2.2. Излучательные моды
1.2.3. Моды утечки
1.3. Элементы связи для ввода и вывода света из волноводов
1.3.1. Поперечные элементы связи
1.3.2. Призменные элементы связи
1.3.3. Решёточные элементы связи
1.4. Волноводные переходы и соединения
1.4.1. Метод локальных собственных мод
1.4.2. Теория связанных мод
1.4.3. Межмодовая связь в случае однородного возмущения волновода
1.4.4. Связь между направляемыми модами примыкающих волноводов
1.4.5 Собственные моды связанных волноводов
1.4.6. Связь локальных собственных мод в нерегулярных структурах
1.5. Поверхностные волны на границе раздела металл/диэлектрик
1.6. Волны в периодических структурах
1.7. Распространение света в системе связанных волноводов
Заключительные замечания
Глава 2. Маломодовые оптические волноводы
Введение
2.1. Маломодовые ионно-обменные волноводы в стекле
2.1.1. Процесс ионного обмена в стекле
2.1.2. Параметры маломодовых ионно-обменных волноводов в стекле

2.1.3. Дисперсионные характеристики. Вносимые потери
2.1.4. ППП ионно-обменных волноводов
2.2. Заглублённые канальные волноводы
2.2.1. Моделирование диффузионного профиля
2.2.2. Описание характеристик направляемых мод
2.3. Двухслойные ионно-обменные волноводы
2.3.1. Предварительные замечания
2.3.2. Планарные Ag+K+-вoлнoвoды,
2.3.3. Изготовление канальных волноводов методом диффузии через ионную маску
2.3.4. Получение дифракционных фазовых решёток методом диффузии через ионную маску
2.4. Оптимизация параметров ионно-обменных волноводов в стекле для базовых интегрально-оптических элементов
2.4.1. Планарный волновод с волоконным расширителем пучка света
2.4.2. Волноводы с ленгмюровской плёнкой на поверхности
2.4.3. Заглублённые канальные волноводы в фильтрах ТЕ-мод
2.5. Основные результаты главы
Глава 3. Пассивные интегрально-оптические устройства на основе изогнутых канальных волноводов в стекле
3.1. Лазерная литография для интегрально-оптических приложений
3.1.1. Описание конструкции лазерной литографической установки
3.1.2. Исследование режима экспонирования
3.1.3. Примеры реализованных фотошаблонов
3.1.4. Режим сканирования
3.2. Несимметричный У-ответвитель
3.2.1. Геометрия несимметричного У-ответвителя
3.2.2. Экспериментальные результаты
3.2.3. Обсуждение результатов
3.2.4. Сдвоенный несимметричный У-ответвитель

3.3. Направленный ответвитель
3.3.1. Эксперимент
3.3.2. Обсуждение результатов
3.4. Основные результаты главы
Глава 4. Многомодовые системы связанных волноводов
4.1. Неоднородная система связанных волноводов
4.1.1. Реализация неоднородной системы связанных волноводов
4.1.2. Циркулярная система связанных волноводов
4.1.3. Цилиндрическая система связанных волноводов
4.1.4. Распространение света в циркулярной системе туннельно связанных волноводов при фокусировке входного пучка света
4.2. Однородная система связанных волноводов
4.2.1. Модовые характеристики ограниченной однородной системы связанных волноводов и Брэгговская дифракция света в ней
4.2.2. Идентификация мод утечки системы связанных волноводов
4.2.3. Пространственный Фурье-анализ мод на выходе однородной ограниченной системы связанных волноводов
4.2.4. Возбуждение мод утечки в системе связанных волноводов
4.3. Основные результаты главы
Глава 5. Поверхностные волны в слоистых средах и одномерных фотонных кристаллах
5.1. Поверхностные электромагнитные волны
5.1.1. Поверхностные волны на границе раздела однородной среды и системы связанных волноводов
5.1.2. Моды системы связанных волноводов, лежащие в её запрещённой зоне
5.1.3. Поверхностные волны на границе фотонных кристаллов и туннельная связь двух фотонных кристаллов посредством этих волн
5.2. Волны в фотонно-кристаллической структуре на основе плёночного волновода с гофрированной поверхностью
Рис. 1.6. Схемы связи двух планарных волноводов: а) связь за счёт оптического туннелирования; б) связь через третий слой, обладающий суживающимися соединениями; в) связь с помощью решётки.
Здесь можно выделить два предельных случая - когда изменения нерегулярной структуры происходят бесконечно быстро (скачком), и - бесконечно медленно (адиабатически). Например, во многих интегрально-оптических устройствах используются рупорные переходы для осуществления связи полосковых волноводов с планарными волноводами, в которых постепенное (адиабатическое) уменьшение ширины планарного волновода происходит до тех пор, пока она не сравняется с шириной полоскового волновода. Нерегулярная волноводная структура может иметь вид разветвления или раздельных оптических волноводов (т.н. направленный ответвитель с изменяющейся силой связи) с изменяющимся расстоянием между волноводами. Нерегулярный ответвитель может быть образован также из двух волноводных слоев с постоянной величиной зазора между ними, но с линейно изменяющейся толщиной одного из слоев. В качестве случая резкого перехода можно привести ступенчатую неоднородность изображённую на рис. 1.6(а) при которой изменение параметров происходит скачкообразно.
1.4.1. Метод локальных собственных мод. Для конструирования устройств с заданными параметрами в оптическом диапазоне одним из возможных способов, позволяющих определять свойства таких структур, является метод локальных собственных мод, впервые предложенный Люиселлом [48]. В нерегулярных волноводных структурах, изменяющихся в направлении распространения (для определённости вдоль оси г), строго говоря, нельзя определять собственные моды. Вместо них вводится понятие