Термическая и антикоррозийная обработка цветных металлов
Термической (тепловой) обработкой называются процессы, при которых металл нагревают или охлажда...

Цветные металлы
В последнее время цветные металлы и сплавы все более распространены в употреблении. Свое назван...

Эмали для металла
Эмаль, то есть суспензия из смол, красящих и стабилизирующих веществ и растворителя, является о...

все статьи ...

RP Фотоническая энциклопедия - связь мод, теория связанных мод, волокна, волноводы, резонаторы, резонаторы

  1. Список используемой литературы

Концепция модовой связи очень часто используется, например, для описания распространения света в некоторых волноводы или оптический полости под влиянием дополнительных эффектов, таких как внешние возмущения или нелинейные взаимодействия. Основная идея теории связанных мод состоит в том, чтобы разложить весь распространяющийся свет на известные режимы невозмущенного устройства, а затем рассчитать, как эти моды связаны друг с другом некоторым дополнительным воздействием. Этот подход часто технически и концептуально намного удобнее, чем, например, пересчет режимов распространения для реальной ситуации, в которой свет распространяется в устройстве.

Некоторые примеры модовой связи обсуждаются в следующем:

  • Оптический волокно может иметь несколько режимов распространения, которые должны быть рассчитаны для волокна, сохраняемого прямым. Если волокно сильно изогнуто, это может привести к взаимодействию, например, от основной моды с модами распространения более высокого порядка (даже с режимы облицовки ) или связь между различными состояниями поляризации. Изгиб потери можно понимать как связь на неуправляемые (и, следовательно, с потерями) режимы. Волоконные брэгговские решетки (FBG) можно понимать как волокна, которые оснащены дополнительными средствами для связи мод - например, для отражения света (с короткими периодическими решетками) или для связи с модами (направляемыми модами или оболочковыми модами), распространяющимися в одном направлении (с длинными период решетки).
  • Нелинейные взаимодействия в волновод Можно также связать моды (как рассчитано для низкой интенсивности света) друг с другом. Эта картина может служить, например, для описания таких процессов, как удвоение частоты в волноводе, где нелинейный механизм связи передает амплитуду (и оптическая сила ) из режима накачки в режим с двойной оптической частотой.
  • В мощных волоконных усилителях был идентифицирован механизм, который может соединять мощность из основной волоконной моды в моды более высокого порядка [12]. Этот механизм может включать либо Kramers-Крониг эффект или тепловые искажения, влияющие на показатель преломления профиль. Это приводит к сильной потере качество луча выше определенного уровня мощности насоса.
  • Оптические резонаторы ( полости ) может демонстрировать различные виды явлений связи мод. Например, оптические аберрации из тепловая линза в получить средний из твердое состояние объемный лазер пара режимов лазерный резонатор , как рассчитано без этих аберраций. В этой ситуации, однако, не все вовлеченные моды обязательно являются резонансными одновременно. Это означает, что вклад в амплитуду, который подается, например, из основной (гауссовой) моды в конкретный более высокого порядка режим резонатора в каждом резонаторе в оба конца будут разные фаза каждый раз. Эта нерезонансная природа связи означает, что связь, как правило, будет иметь небольшой эффект - что важно для работы лазера с высоким качество луча , поскольку в противном случае аберрации сильно возбуждают моды более высокого порядка, имея более высокий произведение параметров луча , Сильная резонансная связь может возникать в определенных ситуациях, связанных с вырождением частоты резонаторных мод. См. Исх. [9] для более подробной информации.

Технически подход с модовой связью часто используется в форме связанных дифференциальных уравнений для комплексных амплитуд возбуждения всех задействованных мод. Эти уравнения содержат коэффициенты связи, которые обычно рассчитываются из интегралов перекрытия, включающих две функции моды и возмущение, вызывающее связь. Как правило, применяемая процедура состоит в том, чтобы сначала рассчитать амплитуды мод для данного светового входа, затем распространить эти амплитуды на основе вышеупомянутых связанных дифференциальных уравнений (например, с использованием некоторого алгоритма Рунге-Кутты) и, наконец, (если требуется) рекомбинировать поля режима для получения результирующего распределения полей.

Вместо использования теории связанных мод, которая основана на упрощении предположений (которые не всегда хорошо выполняются), можно также изучить явления связи мод с численным распространением пучка. Этот метод в вычислительном отношении более интенсивный, но может генерировать более детальное понимание. В качестве примера на рисунке 1 показано, как оптические силы нескольких управляемых мод эволюционируют в длиннопериодной волоконной брэгговской решетке. Эволюция поля была рассчитана при численном распространении пучка, а мощности локальных мод были получены из результатов с использованием интегралов перекрытия с функциями мод, полученными из решателя мод, применяемого к оголенному волокну.

Концепция модовой связи очень часто используется, например, для описания распространения света в некоторых   волноводы   или оптический   полости   под влиянием дополнительных эффектов, таких как внешние возмущения или нелинейные взаимодействия

Рис. 1. Эволюция модовых мощностей в длиннопериодной волоконной брэгговской решетке, которая связывает свет от инжектируемого излучения основной моды в моды более высокого порядка. Эта диаграмма была взята из тематическое исследование распространения пучка в волоконных устройствах ,

Важным физическим аспектом таких явлений когерентной связи мод является то, что оптическая сила Передача между двумя модами зависит от амплитуд, которые уже есть в обеих модах. Следствием этого является то, что передача мощности из режима A в другой режим B может поддерживаться очень малой просто за счет сильного ослабления режима B. Таким образом, режим B не получает достаточного количества энергии для эффективного извлечения мощности из режима A, поэтому этот режим А испытывает лишь небольшие потери, несмотря на связь.

Для некоторых случаев со статистическими вариациями эффектов связи можно использовать теорию связанной мощности вместо стандартных теорий, основанных на амплитудной связи [11].

Список используемой литературы

[1] А.В. Снайдер, «Теория связанных мод для оптических волокон», J. Опт. Soc. Am. 62 (11), 1267 (1972) [2] Х. Когельник, С. В. Шенк, «Теория связанных волн в лазерах с распределенной обратной связью», J. Appl. Phys. 43 (5), 2327 (1972) [3] А. Ярив, «Теория связанных мод для волноводной оптики», IEEE J. Квантовый Электрон. 9 (9), 919 (1973) [4] H. Haus et al. , «Теория связанных мод оптических волноводов», J. Lightwave Technol. 5 (1), 16 (1987) [5] WP Huang et al. , «Оптический волновой фильтр с конусными стяжками», IEEE Фотон. Technol. Lett. 3 (9), 812 (1991) [6] R. Paschotta et al. , «Нелинейная связь мод в двухрезонансных удвоителях частоты», Appl. Phys. B 58, 117 (1994) [7] W.-P. Хуан, «Теория связанных мод для связанных оптических волноводов: обзор», J. Опт. Soc. Am. A 11 (3), 963 (1994) [8] Н. Матушек и соавт. «Точные теории связанных мод для многослойных интерференционных покрытий с произвольно сильными индексными модуляциями», IEEE J. Квантовый Электрон. 33 (3), 295 (1997) [9] Р. Пашотта, «Ухудшение качества лучей лазеров, вызванное внутрирезонаторными искажениями луча», Оптик Экспресс 14 (13), 6069 (2006) [10] MB Shemirani et al. , «Основные моды в многомодовом волокне с градиентным индексом при наличии пространственной и поляризационной связи мод», J. Lightwave Technol. 27 (10), 1248 (2009) [11] М. Кошиба и соавт. «Проектирование и анализ многоядерных волокон: теория связанных мод и теория связанных мощностей», Оптик Экспресс 19 (26), B102 (2001) [12] А.В. Смит и Дж. Дж. Смит, «Нестабильность мод в волоконных усилителях большой мощности», Оптик Экспресс 19 (11), 10180 (2011) [13] А. В. Снайдер и Дж. Д. Лав, Теория оптических волноводов , Чепмен и Холл, Лондон (1983).

(Предложите дополнительную литературу!)

Смотрите также: режимы , волокна , многоядерные волокна , волноводы
и другие статьи в категориях волоконная оптика и волноводы , методы

Если вам понравилась эта статья, поделитесь ею с друзьями и коллегами, например, через социальные сети: