(48-4) 03 * << * >> * Русский * English * Содержание * Все выпуски

О получении теории связанных мод на основе модели связанных плоских волн для симметричных резонансных дифракционных решёток
Д.А. Быков 1,2, Е.А. Безус 1,2, Л.Л. Досколович 1,2

1 Институт систем обработки изображений, НИЦ «Курчатовский институт»,
443001, Россия, г. Самара, ул. Молодогвардейская, д. 151;
2 Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва,
443086, Россия, г. Самара, Московское шоссе, д. 34

  PDF, 3061 kB

DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1398

Страницы: 491-500.

Аннотация:
Рассмотрены аналитические модели, описывающие резонансное рассеяние света на непоглощающих дифракционных решетках с горизонтальной плоскостью симметрии. Для случая наклонного падения записана модель многомодовой интерференции, на основе которой предложен новый подход к получению теории связанных мод для рассматриваемых структур. Обе рассмотренные модели описывают резонансы в спектрах отражения и пропускания дифракционных решёток, обусловленные возбуждением волноводных мод и мод типа Фабри–Перо. Взаимодействие этих мод приводит к формированию связанных состояний в континууме, которые также описываются в рамках рассматриваемых моделей.

Ключевые слова:
теория связанных мод, модель связанных плоских волн, модель многомодовой интерференции, резонансная дифракционная решётка, резонанс Фано, матрица рассеяния.

Благодарности
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект 22-12-00120; разработка теории связанных мод) и в рамках государственного задания НИЦ «Курчатовский институт» (разработка программ для численного моделирования).

Цитирование:
Быков, Д.А. О получении теории связанных мод на основе модели связанных плоских волн для симметричных резонансных дифракционных решёток / Д.А. Быков, Е.А. Безус, Л.Л. Досколович // Компьютерная оптика. – 2024. – Т. 48, № 4. – С. 491-500. – DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1398.

Citation:
Bykov DA, Bezus EA, Doskolovich LL. On obtaining the coupled-mode theory using a model of coupled plane waves for symmetric resonant diffraction gratings. Computer Optics 2024; 48(4): 491-500. DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1398.

References:
  1. Haus HA. Waves and fields in optoelectronics. Eng-lewood Cliffs: Prentice Hall; 1984. ISBN: 978-0139460531.
  2. Barybin AA. Electrodynamics of waveguide structures. Theory of excitation and coupling of waves [In Russian]. Moscow: “Fizmatlit” Publisher; 2007. ISBN: 978-5-9221-0740-2.
  3. Haus H, Huang W. Coupled-mode theory. Proc IEEE 1991; 79(10): 1505-1518. DOI: 10.1109/5.104225.
  4. Rosenblatt D, Sharon A, Friesem AA. Resonant grating waveguide structures. IEEE J Quant Electron 1997; 33(11): 2038-2059. DOI: 10.1109/3.641320.
  5. Fan S, Suh W, Joannopoulos JD. Temporal coupled-mode theory for the Fano resonance in optical resonators. J Opt Soc Am A 2003; 20(3): 569-572. DOI: 10.1364/JOSAA.20.000569.
  6. Liu HC, Yariv A. Synthesis of high-order bandpass filters based on coupled-resonator optical waveguides (CROWs). Opt Express 2011; 19(18): 17653-17668. DOI: 10.1364/OE.19.017653.
  7. Stoll H, Yariv A. Coupled-mode analysis of periodic dielectric waveguides. Opt Commun 1973; 8(1): 5-8. DOI: 10.1016/0030-4018(73)90168-5.
  8. Ruan Z, Fan S. Temporal coupled-mode theory for light scattering by an arbitrarily shaped object supporting a single resonance. Phys Rev A 2012; 85(4): 043828. DOI: 10.1103/PhysRevA.85.043828.
  9. Bulgakov EN, Maksimov DN, Ershov AE. Optical coupled-mode theory for dielectric solids of revolution. Phys Rev A 2023; 107(4): 043506. DOI: 10.1103/PhysRevA.107.043506.
  10. Suh W, Wang Z, Fan S. Temporal coupled-mode theory and the presence of non-orthogonal modes in lossless multimode cavities. IEEE J Quantum Electron 2004; 40(10): 1511-1518. DOI: 10.1109/JQE.2004.834773.
  11. Hoekstra HJWM. Coupled mode theory for resonant excitation of waveguiding structures. Opt Quant Electron 2000; 32(6): 735-758. DOI: 10.1023/A:1007006226372.
  12. Nesterenko DV. Resonance characteristics of transmissive optical filters based on metal/dielectric/metal structures. Computer Optics 2020; 44(2): 219-228. DOI: 10.18287/2412-6179-CO-681.
  13. Nesterenko DV, Hayashi S, Soifer V. Ab initio spatial coupled-mode theory of Fano resonances in optical responses of multilayer interference resonators. Phys Rev A 2022; 106(2): 023507. DOI: 10.1103/PhysRevA.106.023507.
  14. Pietroy D, Tishchenko AV, Flury M, Parriaux O. Bridging pole and coupled wave formalisms for grating waveguide resonance analysis and design synthesis. Opt Express 2007; 15(15): 9831-9842. DOI: 10.1364/OE.15.009831.
  15. Bykov DA, Doskolovich LL. Spatiotemporal coupled-mode theory of guided-mode resonant gratings. Opt Express 2014; 23(15): 19234-19241. DOI: 10.1364/OE.23.019234.
  16. Bykov DA, Bezus EA, Doskolovich LL. From coupled plane waves to the coupled-mode theory of guided-mode resonant gratings. Photon Nanostr Fund Appl 2023; 56: 101167. DOI: 10.1016/j.photonics.2023.101167.
  17. Tishchenko AV. Phenomenological representation of deep and high contrast lamellar gratings by means of the modal method. Opt Quant Electron 2005; 37(1): 309-330. DOI: 10.1007/s11082-005-1188-2.
  18. Lalanne P, Hugonin JP, Chavel P. Optical properties of deep lamellar gratings: a coupled Bloch-mode insight. J Lightw Technol 2006; 24(6): 2442-2449. DOI: 10.1109/JLT.2006.874555.
  19. Karagodsky V, Sedgwick FG, Chang-Hasnain CJ. Theoretical analysis of subwavelength high contrast grating reflectors. Opt Express 2010; 18(16): 16973-16988. DOI: 10.1364/OE.18.016973.
  20. Bykov DA, Bezus EA, Doskolovich LL. Coupled-wave formalism for bound states in the continuum in guided-mode resonant gratings. Phys Rev A 2019; 99(6): 063805. DOI: 10.1103/PhysRevA.99.063805.
  21. Bykov DA, Bezus EA, Doskolovich LL. Coupled-mode theory for resonant gratings with a varying period. Computer Optics 2023; 47(3): 341-349. DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1232.
  22. Moharam MG, Grann EB, Pommet DA, Gaylord TK. Formulation for stable and efficient implementation of the rigorous coupled-wave analysis of binary gratings. J Opt Soc Am A 1995; 12(5): 1068-1076. DOI: 10.1364/JOSAA.12.001068.
  23. Uretsky J. The scattering of plane waves from periodic surfaces. Ann Phys 1965; 33(3): 400-427. DOI: 10.1016/0003-4916(65)90269-1.
  24. Gippius NA, Tikhodeev SG, Ishihara T. Optical properties of photonic crystal slabs with an asymmetrical unit cell. Phys Rev B 2005; 72(4): 045138. DOI: 10.1103/PhysRevB.72.045138.
  25. Koshelev KL, Sadrieva ZF, Shcherbakov AA, Kivshar YuS, Bogdanov AA. Bound states in the continuum in photonic structures. Phys Usp 2023; 66(5): 494-517. DOI: 10.3367/UFNe.2021.12.039120.

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