(49-1) 04 * << * >> * Русский * English * Содержание * Все выпуски

Расчет параметров (постоянная распространения, фазовая и групповая скорости) волоконного световода с градиентным профилем
В.А. Гладких 1, В.Д. Власенко 1

1 Вычислительный центр ДВО РАН – обособленное подразделение ХФИЦ ДВО РАН,
680000, Россия, г. Хабаровск, ул. Ким Ю Чена, д. 65

  PDF, 772 kB

DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1521

Страницы: 30-35.

Аннотация:
Для круглого в поперечнике слабонаправляющего волоконного световода с произвольным градиентным профилем показателя преломления в одномодовом режиме в общем виде получена зависимость постоянной распространения от волноводного параметра. Из уравнений Максвелла выведено уравнение для поля в световоде с градиентным профилем показателя преломления. На примере степенного профиля для трёх первых степеней и для гауссова профиля получены зависимости от волноводного параметра для постоянной распространения, фазовой и групповой скоростей. Для отношения мощности, переносимой модой к полной запасенной энергии на единице длины волновода, построена зависимость от волноводного параметра. Показано, что по мере увеличения волноводного параметра и увеличения степени степенного профиля доля переносимой мощности уменьшается и приближается к доле переносимой мощности для гауссова профиля. Полученные результаты могут быть использованы для создании волноводов при решении конкретных приложений.

Ключевые слова:
волоконный световод, гауссов профиль, постоянная распространения, фазовая скорость, групповая скорость.

Цитирование:
Гладких, В.А. Расчет параметров (постоянная распространения, фазовая и групповая скорости) волоконного световода с градиентным профилем / В.А. Гладких, В.Д. Власенко // Компьютерная оптика. – 2025. – Т. 49, № 1. – С. 30-35. – DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1521.

Citation:
Gladkikh VA, Vlasenko VD. Calculation of parameters (propagation constant, phase and group velocities) of a graded-index optical fiber. Computer Optics 2025; 49(1): 30-35. DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1521.

References:
  1. Adams M. An introduction to optical waveguides. New York: Wiley; 1981. ISBN: 0471279692.
  2. Jacobsen G, Hansen JJR. Propagation constants and group delays of guided modes in graded-index fibers: a comparison of three theories. Appl Opt 1979; 18(16): 2837-2842. DOI: 10.1364/AO.18.002837.
  3. Mosley PJ, Gris-Sánchez I, Stone JM, Francis-Jones RJA, Ashton DJ, Birks TA. Characterizing the variation of propagation constants in multicore fiber. Opt Express 2014; 22(21): 25689-25699. DOI: 10.1364/OE.22.025689.
  4. Shuyupova YaO, Kotlyar VV. Finding propagation constants using the Krylov method when calculating modes of photonic waveguides [In Russian]. Computer Optics 2007; 31(1): 27-31.
  5. Strilets TS, Kotlyar VV, Nalimov AG. Simulation of waveguide modes in multilayer structures [In Russian]. Computer Optics 2010; 34(4): 487-493.
  6. Karchevskii EM, Beilina L, Spiridonov AO, Repina AI.  Reconstruction of dielectric constants of multi-layered optical fibers using propagation constants measurements. arXiv Preprint. 2015. Source: <https://arxiv.org/abs/1512.06764>. DOI: 10.48550/arXiv.1512.06764.
  7. Okamoto K. Fundamentals of optical waveguides. 3rd ed. Elsevier Inc; 2022. ISBN: 9780128156025.
  8. Pereira JMB, Grüner-Nielsen L, Rottwitt K, Town G, Laurell F, Margulis W. Electrooptic control of the modal distribution in a silicate fiber. Opt Express 2022; 30(8): 12474-12483. DOI: 10.1364/OE.453006.
  9. Boyd RW. Nonlinear optics. Academic Press; 2020. DOI: 10.1016/C2015-0-05510-1.
  10. Jeppesen P, Tromborg B. Optical Communications from a Fourier perspective. Fourier theory and optical fiber devices and systems. Elsevier; 2023. ISBN: 9780443238000.
  11. Listvin AV, Listvin VN, Shvyrkov DV. Optical fibers for communication lines [In Russian]. Moscow: "LESARart" Publisher; 2003. ISBN: 5-902367-01-8.
  12. Portnov EL. Optical communication cables and passive components of fiber-optic communication lines [In Russian]. Moscow: "Hotline – Telecom" Publisher; 2007. ISBN: 978-5-9912-0219-0.
  13. Polyakova EA, Badeeva EA, Murashkina TI, Badeev AV, Slavkin IE. Influence of optical fiber bends on metrological and operational characteristics of fiber-optic measuring transducers [In Russian]. Models, Systems, Networks in Economics, Technology, Nature and Society 2020; 1: 126-135. DOI: 10.21685/2227-8486-2020-1-10.
  14. Niu HW, Zhang S, Chen WH, Liu Y, Li X, Yan YX, Wang SJ, Geng T, Sun WM, Yuan LB. Optical fiber sensors based on core-offset structure: A review. IEEE Sensors J 2021; 21(20): 22388-22401. DOI: 10.1109/JSEN.2021.3110852.
  15. Barshak EV, Yavorsky MA, Vikulin DV, Lapin BP, Volyar AV, Alexeyev CN. Polarization and topological mode dispersion of optical vortices in circular optical fibers. Computer Optics 2019; 43(1): 25-34. DOI: 10.18287/2412-6179-2019-43-1-25-34.
  16. Lapin BP, Barshak EV, Vikulin DV, Alexeyev CN, Yavorsky MA. Dispersion of optical vortices in twisted elliptical-core optical fibers with torsional stresses. Computer Optics 2024; 48(1): 53-60. DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1340.
  17. Alexeyev CN, Barshak EV, Lapin BP, Yavorsky MA. Dispersions of robust optical vortices in multihelicoidal fibers with torsional mechanic stress. J Opt Soc Am B 2024; 41(3): 610-616. DOI: 10.1364/JOSAB.513654.
  18. Osovitsky AN. Peculiarities of light scattering on the rough surface of a gradient waveguide. Bulletin of RUDN University. Series Mathematics. Computer Science. Physics 2009; 1: 96-101.
  19. Zhang S, Guo H, Liu X, Wang P, Wang Z, Liu Y. A simple refractive index measurement method for step-index fiber based on radial displacement optical power scan. Opt Commun 2023; 544: 129628. DOI: 10.1016/j.optcom.2023.129628.
  20. Unger HG. Planar optical waveguides and fibres. Oxford: Clarendon Press; 1977. ISBN: ‎978-0198561330.
  21. Listvin VN, Treshchikov VN. DWDM-systems [In Russian]. Photon Express 2012; 7: 34-37.
  22. Gladkikh VA. Calculation of the power of the electric field penetrating into the outer cladding of a weakly guiding single-mode fiber. Computer Optics 2019; 43(4): 557-561. DOI: 10.18287/2412-6179-2019-43-4-557-561.
  23. Snyder AW, Love JD. Optical waveguide theory. London, New York: Chapman and Hall; 1983. ISBN: 978-0-412-24250-2.

© 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