Распространение импульсов поля и расчёт динамических инвариантов в волноводе с выпуклой оболочкой
Харитонов С.И., Волотовский С.Г., Хонина С.Н., Казанский Н.Л.

Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева, 443086, Россия, г. Самара, Московское шоссе, д. 34,

ИСОИ РАН – филиал ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН, 443001, Россия, г. Самара, ул. Молодогвардейская, д. 151

Аннотация:
В работе рассмотрен метод решения системы уравнений Максвелла в случае граничных условий, зависящих от времени на торце волновода со сверхпроводящими стенками. Получено явное аналитическое решение для квазигармонического сигнала, у которого ширина импульса в частотной области намного меньше, чем несущая частота. Рассмотрены численные примеры в случае распространения в круглом полом металлическом волноводе Гауссова импульса, представляющего собой совокупность мод. Рассмотрен расчёт динамических инвариантов коротких импульсов при распространении в волноводе с проводящей оболочкой произвольной формы. Описана процедура квантования электромагнитного поля в волноводе со сверхпроводящими стенками.

Ключевые слова:
моды волновода, импульс поля, динамические инварианты, квантование электромагнитного поля.

Цитирование:
Харитонов, С.И.
Распространение импульсов поля и расчёт динамических инвариантов в волноводе с выпуклой оболочкой / С.И. Харитонов, С.Г. Волотовский, С.Н. Хонина, Н.Л. Казанский // Компьютерная оптика. – 2018. – Т. 42, № 6. – С. 947-958. – DOI: 10.18287/2412-6179-2018-42-6-947-958.

Литература:

  1. Gloge, D. Weakly guided fibers / D. Gloge // Applied Optics. – 1971. – Vol. 10, Issue 10. – P. 2252-2258. – DOI: 10.1364/AO.10.002252.
  2. Cherin, A.H. An introduction to optical fibers / A.H. Cherin. – Singapore: McGraw-Hill College, 1983. – 326 p. – ISBN: 978-0-07-010703-8.
  3. Snyder, A.W. Optical waveguide theory / A.W. Snyder, J.D. Love. – Boston, Dordrecht, London: Kluwer Academic Publishers; 1983. – 745 p. – ISBN: 978-0-412-09950-2.
  4. Yeh, C. Handbook of fiber optics: Theory and applications / C. Yeh. – New York: Academic Press Inc., 1990. – 382 p. – ISBN: 978-0-12-770455-5.
  5. Agrawal, G.P. Fiber-optic communication systems / G.P. Agrawal. – 3rd ed. – New York: John Wiley & Sons, Inc., 2002. – ISBN: 978-0-471-21571-4.
  6. Marcatili, E.A.T. Hollow metallic and dielectric waveguides for long distance optical transmission and lasers / E.A.T. Marcatili, R.A. Schmeltzer // The Bell System Technical Journal. – 1964. – Vol. 43, Issue 4. – P. 1783-1809. – DOI: 10.1002/j.1538-7305.1964.tb04108.x.
  7. Miyagi, M. Design theory of dielectric-coated circular metallic waveguides for infrared transmission / M. Miyagi, S. Kawakami // Journal of Lightwave Technology. – 1984. – Vol. 2, Issue 2. – P. 116-126. – DOI: 10.1109/JLT.1984.1073590.
  8. Kotlyar, V.V. Rotation of multimodal Gauss-Laguerre light beams in free space and in a fiber / V.V. Kotlyar, V.A. Soifer, S.N. Khonina // Optics and Lasers in Engineering. – 1998. – Vol. 29, Issues 4-5. – P. 343-350. – DOI: 10.1016/S0143-8166(97)00121-8.
  9. Khonina, S.N. Propagation of laser vortex beams in a parabolic optical fiber / S.N. Khonina, A.S. Striletz, A.A. Kovalev, V.V. Kotlyar // Proceedings of SPIE. – 2010. – Vol. 7523. – 75230B (12 p.). – DOI: 10.1117/12.854883.
  10. Wang, C.Y. Determination of TM and TE modes of the circular waveguide with a cross-shaped insert using eigenfunction expansions and domain matching / C.Y. Wang // Journal of Electromagnetic Waves and Applications. – 2016. – Vol. 30, Issue 10. – P. 1334-1344. – DOI: 10.1080/09205071.2016.1199331.
  11. Jauch, J.M. Phenomenological quantum-electrodynamics / J.M. Jauch, K.M. Watson // Physical Review. – 1948. – Vol. 74, Issue 8. – 950. – DOI: 10.1103/PhysRev.74.950.
  12. Wu, T.T. Quantization of the electromagnetic field / T.T. Wu // Physical Review. – 1963. – Vol. 129, Issue 3. – P. 1420-1423. – DOI: 10.1103/PhysRev.129.1420.
  13. Carniglia, C.K. Quantization of evanescent electromagnetic waves / C.K. Carniglia, L. Mandel // Physical Review D. – 1971. – Vol. 3, Issue 2. – 280. – DOI: 10.1103/PhysRevD.3.280.
  14. von Foerster, T. Quantum theory of light propagation in amplifying media / T. von Foerster, R.J. Glauber // Physical Review A. – 1971. – Vol. 3, Issue 4. – 3. – DOI: 10.1103/PhysRevA.3.1484.
  15. Knöll, L. Action of passive, lossless optical systems in quantum optics / L. Knöll, W. Vogel, D.-G. Welsch // Physical Review A. – 1987. – Vol. 36, Issue 8. – P. 3803-3818. – DOI: 10.1103/PhysRevA.36.3803.
  16. Glauber, R.J. Quantum optics of dielectric media / R.J. Glauber, M. Lewenstein // Physical Review A. – 1991. – Vol. 43, Issue 1. – P. 467-491. – DOI: 10.1103/PhysRevA.43.467.
  17. Климов, В.В. Вакуумное расщепление уровней энергии в системе атом-диэлектрическая микросфера / В.В. Климов, В.С. Летохов // Журнал экспериментальной и теоретической физики. – 1997. – Т. 111, вып. 1. – C. 44-51.
  18. Matloop, R. Electromagnetic field quantization in an absorbing medium / R. Matloop // Physical Review A. – 1999. – Vol. 60, Issue 1. – 50. – DOI: 10.1103/PhysRevA.60.50.
  19. Харитонов, С.И. Преобразование конической волны с круговой поляризацией в вихревой цилиндрически поляризованный пучок в металлическом волноводе / С.И. Харитонов, С.Н. Хонина // Компьютерная оптика. – 2018. – Т. 42, № 2. – С. 197-211. –  DOI: 10.18287/2412-6179-2018-42-2-197-211.
  20. Харитонов, С.И. Вычисление момента импульса электромагнитного поля внутри волновода с абсолютно проводящими стенками / С.И. Харитонов, С.Г. Волотовский, С.Н. Хонина // Компьютерная оптика. – 2018. – Т. 42, № 4. – С. 588-605. – DOI: 10.18287/2412-6179-2018-42-4-588-605.
  21. Khonina, S.N. Generation and selection of laser beams represented by a superposition of two angular harmonics / S.N. Khonina, V.V. Kotlyar, V.A. Soifer, K. Jefimovs, J. Turunen // Journal of Modern Optics. – 2004. – Vol. 51, Issue 5. – P. 761-773. – DOI: 10.1080/09500340408235551.
  22. Khonina, S.N. Optical vortices in a fiber: mode division multiplexing and multimode self-imaging / S.N. Khonina, N.L. Kazanskiy, V.A. Soifer. – In: Recent progress in optical fiber research / ed. by M. Yasin, S.W. Harun, H. Arof, Rijeka, Croatia: InTech, 2012. – Chap. 15. – P. 327-352. – DOI: 10.5772/28067.
  23. Ramachandran, S. Optical vortices in fiber / S. Ramachandran, P. Kristensen // Nanophotonics. – 2013. – Vol. 2, Issues 5-6. – P. 455-474. – DOI: 10.1515/nanoph-2013-0047.
  24. Bozinovic, N. Terabit-scale orbital angular momentum mode division multiplexing in fibers / N. Bozinovic, Y. Yue, Y. Ren, M. Tur, P. Kristensen, H. Huang, A.E. Willner, S. Ramachandran // Science. – 2013. – Vol. 340, Issue 6140. – P. 1545-1548. – DOI: 10.1126/science.1237861.
  25. Kirilenko, M.S. Information transmission using optical vortices / M.S. Kirilenko, S.N. Khonina // Optical Memory and Neural Networks (Information Optics). – 2013. – Vol. 22, No. 2. – P. 81-89. – DOI: 10.3103/S1060992X13020069.
  26. Berglind, E. Humblet’s decomposition of the electromagnetic angular moment in metallic waveguides / E. Berglind, G. Bjork // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. – 2014. – Vol. 2. – P. 779-788. – DOI: 10.1109/TMTT.2014.2308891.
  27. Kirilenko, M.S. Formation of signals matched with vortex eigenfunctions of bounded double lens system / M.S. Kirilenko, S.N. Khonina // Optics Communications. – 2018. – Vol. 410. – P. 153-159. – DOI: 10.1016/j.optcom.2017.09.060.

© 2009, IPSI RAS
Россия, 443001, Самара, ул. Молодогвардейская, 151; электронная почта: ko@smr.ru ; тел: +7 (846) 242-41-24 (ответственный секретарь), +7 (846) 332-56-22 (технический редактор), факс: +7 (846) 332-56-20