Структура нормальных мод в параллельных идеальных оптических волокнах с сильной связью
Автор: Алексеев Константин Николаевич, Баршак Елена Владимировна, Лапин Борис Петрович, Яворский Максим Александрович
Журнал: Компьютерная оптика @computer-optics
Рубрика: Дифракционная оптика, оптические технологии
Статья в выпуске: 6 т.44, 2020 года.
Бесплатный доступ
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.
Связанные волокна, моды связанных волокон, оптический вихрь
Короткий адрес: https://sciup.org/140250061
IDR: 140250061 | DOI: 10.18287/2412-6179-CO-777
The structure of normal modes in parallel ideal optical fibers with strong coupling
In this paper, we studied an effect of strong evanescent coupling on the structure of normal modes in a system of parallel ideal multimode optical fibers. Using the formalism of the degenerate perturbation theory and a scalar waveguide equation for this system, analytical expressions of higher-order supermodes and their propagation constants have been determined. We have shown that the structure of modes in the case of strong evanescent coupling coincides with the structure of normal modes for weakly coupled parallel fibers. We have demonstrated that in the presence of strong coupling, expressions for corrections to the scalar propagation constant are modified, deducing them analytically.
Список литературы Структура нормальных мод в параллельных идеальных оптических волокнах с сильной связью
- 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
- 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.
- 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. - 978-1-58949-007-9. ISBN: 978-1-58949-007-9
- Black, R.J. Optical waveguide modes: polarization, coupling and symmetry / R.J. Black, L. Gagnon. - New York: McGraw-Hill Education, 2010. - 208 p. - 978-0-07-162296-7. ISBN: 978-0-07-162296-7
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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.
- 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
- 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
- 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.
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- Snyder, A.W. Optical waveguide theory / A.W. Snyder, J.D. Love. - London, New York: Chapman and Hall, 1985. - 750 p. - 978-0-412-09950-2.
- ISBN: 9780412099502
- 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
- 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
