(44-6) 03 * << * >> * Русский * English * Содержание * Все выпуски

Структура нормальных мод в параллельных идеальных оптических волокнах с сильной связью
К.Н. Алексеев 1, Е.В. Баршак 1, Б.П. Лапин 1, М.А. Яворский 1

1 Крымский федеральный университет им. В.И. Вернадского,
295007, Россия, г. Симферополь, пр. Академика Вернадского, д. 4

 PDF, 927 kB

DOI: 10.18287/2412-6179-CO-777

Страницы: 876-882.

Аннотация:
В данной работе исследовано влияние сильной эванесцентной связи на структуру нормальных мод системы параллельных идеальных многомодовых оптических волокон. С использованием формализма теории возмущений с вырождением на основе скалярного волноводного уравнения для этой системы получены аналитические выражения супермод высших порядков и определены их постоянные распространения. Показано, что структура мод в случае сильной эванесцентной связи совпадает с аналогичной структурой нормальных мод для слабо связанных параллельных волокон. Продемонстрировано, что наличие сильной связи приводит к модификации выражений для поляризационных поправок к скалярной постоянной распространения, для которых получены соответствующие аналитические выражения.

Ключевые слова:
связанные волокна, моды связанных волокон, оптический вихрь.

Благодарности
Данная работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (проект № 20-12-00291).

Цитирование:
Алексеев, К.Н. Структура нормальных мод в параллельных идеальных оптических волокнах с сильной связью / К.Н. Алексеев, Е.В. Баршак, Б.П. Лапин, М.А. Яворский // Компьютерная оптика. – 2020. – Т. 44, № 6. – С. 876-882. – DOI: 10.18287/2412-6179-CO-777.

Citation:
Alexeyev CN, Barshak EV, Lapin BP, Yavorsky MA. The structure of normal modes of parallel ideal optical fibers with an intensive coupling. Computer Optics 2020; 44(6): 876-882. DOI: 10.18287/2412-6179-CO-777.

Литература:
  1. Jones, A.L. Coupling of optical fibers and scattering in fibers / A.L. Jones // Journal of the Optical Society of America B. – 1965. – Vol. 55, Issue 3. – P. 261-271. – DOI: 10.1364/JOSA.55.000261.
  2. Hall, D.G. Selected papers on coupled-mode theory in guided-wave optics / D.G. Hall, B.J. Tompson. – Bellingham, Washington, USA: SPIE Optical Engineering Press, 1993. – 569 p.
  3. Barybin, A.A. Modern electrodynamics and coupled-mode theory: Application to guided-wave optics / A.A. Barybin, V.A. Dmitriev. – Princeton: Rinton Press, 2002. – 700 p. – ISBN: 978-1-58949-007-9.
  4. Black, R.J. Optical waveguide modes: polarization, coupling and symmetry / R.J. Black, L. Gagnon. – New York: McGraw-Hill Education, 2010. – 208 p. – ISBN: 978-0-07-162296-7.
  5. Joseph, T. Two-core fiber-based mode converter and mode demultiplexer / T. Joseph, J. John // Journal of the Optical Society of America B. – 2019. – Vol. 36, Issue 8. – P. 1987-1994. – DOI: 10.1364/JOSAB.36.001987.
  6. Wang, G. High-sensitivity magnetic field sensor based on a dual-core photonic crystal fiber / G. Wang, Y. Lu, X. Yang, L. Duan, J. Yao // Applied Optics. – 2019. – Vol. 58, Issue 2. – P. 5800-5806. – DOI: 10.1364/AO.58.005800.
  7. Miri, M.-A. Optical gradient forces between evanescently coupled waveguides / M.-A. Miri, M. Cotrufo, A. Alu // Optics Letters. – 2018. – Vol. 43, Issue 17. – P. 4104-4107. – DOI: 10.1364/OL.43.004104.
  8. Christodoulides, D. Discretizing light behaviour in linear and nonlinear waveguide lattices / D. Christodoulides, F. Lederer, Y. Silberberg // Nature. – 2003. – Vol. 424. – P. 817-823. – DOI: 10.1038/nature01936.
  9. Sumetsky, M. Uniform coil optical resonator and waveguide: transmission spectrum, eigenmodes, and dispersion relation / M. Sumetsky // Optics Express. – 2005. – Vol. 13, Issue 11. – P. 4331-4340. – DOI: 10.1364/OPEX.13.004331.
  10. Ren, Y. Tapered optical fiber loops and helices for integrated photonic device characterization and microfluidic roller coasters / Y. Ren, R. Zhang, C. Ti, Y. Liu // Optica. – 2016. – Vol. 3, Issue 11. – P. 1205-1208. – DOI: 10.1364/OPTICA.3.001205.
  11. Yuan, S. Mode coupling in a terahertz multi-mode whispering-gallery-mode resonator / S. Yuan, L. Chen, Z. Wang, R. Wang, X. Wu, X. Zhang // Optics Letters. – 2019. – Vol. 44, Issue 8. – P. 2020-2023. – DOI: 10.1364/OL.44.002020.
  12. Nye, J.F. Dislocations in wave trains / J.F. Nye, M.V. Berry // Proceedings of the Royal Society A. – 1974. – Vol. 336, Issue 1605. – P. 165-190. – DOI: 10.1098/rspa.1974.0012.
  13. Leake, K.D. All-optical particle trap using orthogonally intersecting beams [Invited] / K.D. Leake, A.R. Hawkins, H. Schmidt // Photonics Research. – 2013. – Vol. 1, Issue 1. – P. 47-51. – DOI: 10.1364/PRJ.1.000047.
  14. Bernet, S. Quantitative imaging of complex samples by spiral phase contrast microscopy / S. Bernet, A. Jesacher, S. Fürhapter, C. Maurer, M. Ritsch-Marte // Optics Express. – 2006. – Vol. 14, Issue 9. – P. 3792-3805. – DOI: 10.1364/OE.14.003792.
  15. Mari, E. Fabrication and testing of I=2 optical vortex phase masks for coronography / E. Mari, G. Anzolin, F. Tamburini, M. Prasciolu, G. Umbriaco, A. Bianchini, C. Barbieri, F. Romanato // Optics Express. – 2010. – Vol. 18, Issue 3. – P. 2339-2344. – DOI: 10.1364/OE.18.002339.
  16. Mirhosseini, M. High-dimensional quantum cryptography with twisted light / M. Mirhosseini, O.S. Magaña-Loaiza, M.N. O'Sullivan, B. Rodenburg, M. Malik, M.P.J. Lavery, M.J. Padgett, D.J. Gauthier, R.W. Boyd // New Journal of Physics. – 2015. – Vol. 17. – 033033.
  17. Wang, J. Advances in communications using optical vortices / J. Wang // Photonics Research. – 2016. – Vol. 4, Issue 5. – P. B14-B28. – DOI: 10.1364/PRJ.4.000B14.
  18. Alexeyev, C.N. Higher order modes of coupled optical fibers / C.N. Alexeyev, N.A. Boklag, M.A. Yavorsky // Journal of Optics. – 2010. – Vol. 12, Issue 11. – 115704. – DOI: 10.1088/2040-8978/12/11/115704.
  19. Alexeyev, C.N. Tunneling of orbital angular momentum in parallel optical waveguides / C.N. Alexeyev, N.A. Boklag, T.A. Fadeyeva, M.A. Yavorsky // Journal of Optics. – 2011. – Vol. 13, Issue 6. – 064012.
  20. Turpin, A. Engineering of orbital angular momentum supermodes in coupled optical waveguides / A. Turpin, G. Pelegrí, J. Polo, J. Mompart, V. Ahufinger // Scientific Reports. – 2017. – Vol. 7. – 44057. – DOI: 10.1038/srep44057.
  21. Zhang, Z. Low-crosstalk orbital angular momentum fiber coupler design / Z. Zhang, J. Gan, X. Heng, M. Li, J. Li, S. Xu, Z. Yang // Optics Express. – 2017. – Vol. 25, Issue 10. – P. 11200-11209. – DOI: 10.1364/OE.25.011200.
  22. Alexeyev, C.N. Inversion of the topological charge of optical vortices in a coil fiber resonator / C.N. Alexeyev, A.V. Milodan, M.C. Alexeyeva, M.A. Yavorsky // Optics Letters. – 2016. – Vol. 41, Issue 7. – P. 1526-1529. – DOI: 10.1364/OL.41.001526.
  23. Alexeyev, C.N. Transmission of optical vortices through fiber loop resonators / C.N. Alexeyev, E.V. Barshak, B.P. Lapin, M.A. Yavorsky // Optics Letters. – 2019. – Vol. 44, Issue 16. – P. 4044-4047. – DOI: 10.1364/OL.44.004044.
  24. Zheng, J. Wavelength-switchable vortex beams based on a polarization-dependent microknot resonator / J. Zheng, A. Yang, T. Wang, X. Zeng, N. Cao, M. Liu, F. Pang, T. Wang // Photonics Research. – 2018. – Vol. 6, Issue 5. – P. 396-402. – DOI: 10.1364/PRJ.6.000396.
  25. Alexeyev, C.N. Topological resonances, super-efficient OAM control and spin-orbit interaction enhancement in fiber loop resonators / C.N. Alexeyev, E.V. Barshak, B.P. Lapin, M.A. Yavorsky // Physical Review A. – 2020. – Vol. 101, Issue 6. – 063801. – DOI: 10.1103/PhysRevA.101.063801.
  26. Snyder, A.W. Optical waveguide theory / A.W. Snyder, J.D. Love. – London, New York: Chapman and Hall, 1985. – 750 p. – ISBN: 978-0-412-09950-2.
  27. Fleming, J.W. Dispersion in GeO2–SiO2 glasses / J.W. Fleming // Applied Optics. – 1984. – Vol. 23, Issue 24. – P. 4486-4493. – DOI: 10.1364/AO.23.004486.
  28. Napiorkowski, M. Scaling effects in resonant coupling phenomena between fundamental and cladding modes in twisted microstructured optical fibers / M. Napiorkowski, W. Urbanczyk // Optics Express. – 2018. – Vol. 26, Issue 9. – P. 12131-12143. – DOI: 10.1364/OE.26.012131.
    .

© 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