Оптический планарный волновод на основе слоистого магнитоактивного метаматериала

Оптический планарный волновод на основе слоистого магнитоактивного метаматериала

Автор: Паняев Иван Сергеевич, Санников Дмитрий Германович

Журнал: Компьютерная оптика @computer-optics

Рубрика: Дифракционная оптика, оптические технологии

Статья в выпуске: 5 т.42, 2018 года.

Бесплатный доступ

Рассмотрены направляющие свойства оптического волновода на основе слоистого метаматериала, образованного слоями намагниченного до насыщения железо-иттриевого граната и алюмо-иттриевого граната. С помощью приближения эффективной среды и решения граничной задачи (электромагнитного метода), а также используя матричный метод 4×4, получены дисперсионные уравнения для волноводных TE- и TM-мод в структуре. Найдены дисперсионные спектры зависимости константы распространения от циклической частоты для разных типов структур, а также коэффициенты локализации ортогональных мод в направляющем слое, и проведен их сравнительный анализ. Показаны преимущества приближенного электромагнитного метода по сравнению с точным матричным методом 4×4. Результаты работы могут найти применение при создании новых интегрально-оптических устройств обработки оптических сигналов на основе слоистого метаматериала.

Еще

Оптический волновод, слоистый метаматериал, фотонный кристалл

Короткий адрес: https://sciup.org/140238443

IDR: 140238443   |   DOI: 10.18287/2412-6179-2018-42-5-807-815

Список литературы Оптический планарный волновод на основе слоистого магнитоактивного метаматериала

  • Гончаренко, А.М. Основы теории оптических волноводов/А.М. Гончаренко, В.А. Карпенко. -Москва: Эдиториал УРСС, 2004. -240 с. -ISBN: 5-354-00818-2.
  • Yeh, C. The essence of dielectric waveguides/C. Yeh, F.I. Shimabukuro. -New York: Springer Science+Business Media, 2008. -529 p. -ISBN: 978-0-387-30929-3.
  • Panyaev, I.S. Four-layer nanocomposite structure as an effective optical waveguide switcher for near-IR regime/I.S. Panyaev, N.N. Dadoenkova, Y.S. Dadoenkova, I.A. Rozhleys, M. Krawczyk, I.L. Lyubchanskii, D.G. Sannikov//Journal of Physics D: Applied Physics. -2016. -Vol. 49, Issue 43. -435103 (10 p). - DOI: 10.1088/0022-3727/49/43/435103
  • Dutta, H.S. Coupling light in photonic crystal waveguides: A review/H.S. Dutta, A.K. Goyal, V. Srivastava, S. Pal//Photonics and Nanostructures -Fundamentals and Applications. -2016. -Vol. 20. -P. 41-58. - DOI: 10.1016/j.photonics.2016.04.001
  • Schulz, S.A. Dispersion engineered slow light in photonic crystals: A comparison/S.A. Schulz, L. O’Faolain, D.M. Beggs, T.P. White, A. Melloni, T.F. Krauss//Journal of Optics. -2010. -Vol. 12, Issue 10. -104004 (5 p). - DOI: 10.1088/2040-8978/12/10/104004
  • Shen, H. One-dimensional photonic crystals: fabrication, responsiveness and emerging applications in 3D construction/H. Shen, Z. Wang, Y. Wu, B. Yang//RSC Advances. -2016. -Vol. 6, Issue 6. -P. 4505-4520. - DOI: 10.1039/C5RA21373H
  • Bian, L.-A. Characterization for one-dimensional graphene-embedded photonic crystals at terahertz frequencies/L.-A. Bian, P. Liu, G. Li, Z. Lu, C. Liu//Optical and Quantum Electronics. -2016. -Vol. 48. -436 (15 p). - DOI: 10.1007/s11082-016-0707-7
  • Al-Sheqefi, F.U.Y. Photonic band gap characteristics of one-dimensional graphene-dielectric periodic structures/F.U.Y. Al-Sheqefi, W. Belhadj//Superlattices and Microstructures. -2015. -Vol. 88. -P. 127-138. - DOI: 10.1016/j.spmi.2015.09.009
  • Madani, A. Optical properties of one-dimensional photonic crystals containing graphene sheets/A. Madani, S. Roshan Entezar//Physica B Condensed Matter. -2013. -Vol. 431. -P. 1-5. - DOI: 10.1016/j.physb.2013.08.041
  • Tolmachev, V.A. Design of one-dimensional composite photonic crystals with an extended photonic band gap/V.A. Tolmachev, T.S. Perova, K. Berwick//Journal of Applied Physics. -2006. -Vol. 99. -033507 (5 p). - DOI: 10.1063/1.2165401
  • Celanovic, I. Design and optimization of one-dimensional photonic crystals for thermophotovoltaic applications/I. Celanovic, F. O’Sullivan, M. Ilak, J. Kassakian, D. Perreault//Optics Letters. -2004. -Vol. 29, Issue 8. -P. 863-865. - DOI: 10.1364/OL.29.000863
  • Lyubchanskii, I.L. Magnetic photonic crystals/I.L. Lyubchanskii, N.N. Dadoenkova, M.I. Lyubchanskii, E.A. Shapovalov, Th. Rasing//Journal of Physics D: Applied Physics. -2003. -Vol. 36, Issue 18. -P. R277-R287. - DOI: 10.1088/0022-3727/36/18/R01
  • Belotelov, V.I. Magneto-optical properties of photonic crystals/V.I. Belotelov, A.K. Zvezdin//Journal of the Optical Society of America B. -2005. -Vol. 22, Issue 1. -P. 286-292. - DOI: 10.1364/JOSAB.22.000286
  • Dadoenkova, N.N. Complex waveguide based on a magneto-optic layer and a dielectric photonic crystal/N.N. Dadoenkova, I.S. Panyaev, D.G. Sannikov, Y. Dadoenkova, I.A. Rozhleys, M. Krawczyk, I.L. Lyubchanskii//Superlattices and Microstructures. -2016. -Vol. 100. -P. 45-56. - DOI: 10.1016/j.spmi.2016.08.050
  • Sylgacheva, D. Transverse magnetic field impact on waveguide modes of photonic crystals/D. Sylgacheva, N. Khokhlov, A. Kalish, S. Dagesyan, A. Prokopov, A. Shaposhnikov, V. Berzhansky, M. Nur-E-Alam, M. Vasiliev, K. Alameh, V. Belotelov//Optics Letters. -2016. -Vol. 41, Issue 16. -P. 3813-3816. - DOI: 10.1364/OL.41.003813
  • Sylgacheva, D.A. Magnetic control of waveguide modes of Bragg structures/D.A. Sylgacheva, N.E. Khokhlov, A.N. Kalish, V.I. Belotelov//Journal of Physics: Conference Series. -2016. -Vol. 714, Issue 1. -12016. - DOI: 10.1088/1742-6596/714/1/012016
  • Anemogiannis, E. Multilayer waveguides: efficient numerical analysis of general structures/E. Anemogiannis, E.N. Glytsis//Journal of Lightwave Technology. -1992. -Vol. 10, Issue 10. -P. 1344-1351. - DOI: 10.1109/50.166774
  • Inoue, M. Magnetophotonic crystals/M. Inoue, R. Fujikawa, A. Baryshev, A. Khanikaev, P. Lim, H. Uchida, O. Aktsipetrov, A. Fedyanin, T. Murzina, A. Granovsky//Journal of Physics D. Applied Physics. -2006. -Vol. 39. -P. R151-R161. - DOI: 10.1088/0022-3727/39/8/R01
  • Inoue, M. Magnetophotonics: From theory to applications/M. Inoue, A.V. Baryshev, M. Levy. -Heidelberg: Springer-Verlag, 2013. -228 p. -ISBN: 978-3-642-35508-0.
  • Zvezdin, A.K. Modern magnetooptics and magnetooptical materials/A.K. Zvezdin, V.A. Kotov. -New York: Taylor & Francis Group, 1997. -404 p. -ISBN: 978-0-7503-0362-X.
  • Inoue, M. Magneto-optical properties of one-dimensional photonic crystals composed of magnetic and dielectric layers/M. Inoue, K. Arai, T. Fujii, M. Abe//Journal of Applied Physics. -1998. -Vol. 83, Issue 11. -P. 6768-6770. - DOI: 10.1063/1.367789
  • Priye, V. Analysis and design of a novel leaky YIG film guided wave optical isolator/V. Priye, B.P. Pal, K. Thyagarajan//Journal of Lightwave Technology. -1998. -Vol. 16, Issue 2. -P. 246-250. - DOI: 10.1109/50.661017
  • Valligatla, S. High quality factor 1-D Er3+-activated dielectric microcavity fabricated by RF-sputtering/S. Valligatla, A. Chiasera, S. Varas, N. Bazzanella, D.N. Rao, G.C. Righini, M. Ferrari//Optics Express. -2012. -Vol. 20, Issue 19. -P. 21214-21222. - DOI: 10.1364/OE.20.021214
  • Tamir, T. Integrated optics/T. Tamir. -Berlin: Springer, 1975. -327 p. -ISBN: 978-0-662-43210-5.
  • Boudrioua, A. Photonic waveguides: Theory and applications/A. Boudrioua. -London: Wiley-ISTE, 2009. -320 p. -ISBN: 978-1-848-21027-1.
  • Rytov, S.M. Electromagnetic properties of a finely stratified medium/S.M. Rytov//Soviet Physics Journal of Experimental and Theoretical Physics. -1956. -Vol. 2, No 3. -P. 446-475.
  • Brekhovskikh, L.M. Waves in layered media. 2nd ed. L.M. Brekhovskikh. -New York: Academic, 1980. -503 p. -ISBN: 978-0-12-130560-4.
  • Agranovich, V.M. Dielectric permeability and influence of external fields on optical properties of superlattices/V.M. Agranovich//Solid State Communications. -1991. -Vol. 78, Issue 8. -P. 747-750. - DOI: 10.1016/0038-1098(91)90856-Q
  • Санников, Д.Г. Анизотропный планарный волновод со слоисто-периодическим заполнением/Д.Г. Санников, Д.И. Семенцов//Международная Научно-практическая конференция «Оптика неоднородных структур 2011». -2011. -C. 77-80.
  • Dadoenkova, N.N. One-dimensional dielectric bi-periodic photonic structures based on ternary photonic crystals/N.N. Dadoenkova, Y.S. Dadoenkova, I.S. Panyaev, D.G. Sannikov, I.L. Lyubchanskii//Journal of Applied Physics. -2018. -Vol. 123, Issue 4. -P. 1-9. - DOI: 10.1063/1.5011637
  • Zelmon, D.E. Refractive-index measurements of undoped yttrium aluminum garnet from 0.4 to 5.0 μm/D.E. Zelmon, D.L. Small, R. Page//Applied Optics. -1998. -Vol. 37, Issue 21. -P. 4933-4935. - DOI: 10.1364/AO.37.004933
  • Johnson, B. The infra-red refractive index of garnet ferrites/B. Johnson, A.K. Walton//British Journal of Applied Physics. -1965. -Vol. 16, Issue 4. -P. 475-477. - DOI: 10.1088/0508-3443/16/4/310
  • Torfeh, M. Theoretical analysis of hybrid modes of magnetooptical waveguides/M. Torfeh, H. Le Gall//Physica Status Solidi. -1981. -Vol. 63, Issue 1. -P. 247-258. - DOI: 10.1002/pssa.2210630133
  • Sposito, A. Pulsed laser deposition of high-quality μm-thick YIG films on YAG/A. Sposito, T.C. May-Smith, G.B.G. Stenning, P.A.J. de Groot, R.W. Eason//Optical Materials Express. -2013. -Vol. 3, Issue 5. -P. 624-632. - DOI: 10.1364/OME.3.000624
  • Mizoguchi, Y. Film synthesis of Y3Al5O12 and Y3Fe5O12 by the spray-inductively coupled plasma technique/Y. Mizoguchi, M. Kagawa, Y. Syono, T. Hirai//Journal of the American Ceramic Society. -2001. -Vol. 84, Issue 3. -P. 651-653. - DOI: 10.1111/j.1151-2916.2001.tb00717.x
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp