Символьно-численное моделирование распространения адиабатической волноводной моды в плавном волноводном переходе

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В работе исследуется модель адиабатических волноводных мод средствами компьютерной алгебры. В рамках модели решение системы уравнений Максвелла приводится к форме, которая выражается через решение системы четырех обыкновенных дифференциальных уравнений и двух алгебраических уравнений для шести компонент электромагнитного поля. В случае многослойных волноводов средствами системы компьютерной алгебры уравнения модели сводятся к однородной системе линейных алгебраических уравнений, которая исследуется в работе символьно. Условие нетривиальной разрешимости системы задает дисперсионное уравнение, которое решается символьно-численным методом, тогда как система решается символьно. В статье представлены решения, описывающие адиабатические волноводные моды в нулевом приближении с учетом малого наклона границы раздела волноводного слоя, качественно отличающиеся от решений, не учитывающих наклон границы раздела. Библ. 19. Фиг. 7.

Об авторах

Д. В. Диваков

Российский университет дружбы народов

Email: divakov-dv@rudn.ru
Россия, 117198, Москва, ул. Миклухо-Маклая, 6

А. А. Тютюнник

Объединённый институт ядерных исследований

Автор, ответственный за переписку.
Email: tyutyunnik-aa@rudn.ru
Россия, 141980, М.о., Дубна, ул. Жолио-Кюри, 6

Список литературы

  1. Stevenson A.F. General Theory of Electromagnetic Horns // J. Appl. Phys. 1951. V. 22. № 12. P. 1447.
  2. Schelkunoff S.A. Conversion of Maxwell’s equations into generalized telegraphist’s equations // Bell Syst. Tech. J. 1955. V. 34. P. 995–1043.
  3. Каценеленбаум Б.З. Теория нерегулярных волноводов с медленно меняющимися параметрами. Москва: АН СССР, 1961.
  4. Katsenelenbaum B.Z., Mercader del Rio L., Pereyaslavets M., Sorolla Ayza M., Thumm M. Theory of Nonuniform Waveguides: the cross-section method. The Institution of Engineering and Technology, London, 1998.
  5. Шевченко В.В. Плавные переходы в открытых волноводах: введение в теорию. М.: Наука, 1969.
  6. Свешников А.Г. Приближенный метод расчета слабо нерегулярного волновода // Докл. АН СССР. 1956. Т. 80. № 3. С. 345–347.
  7. Свешников А.Г. К обоснованию методов расчета нерегулярных волноводов // Ж. вычисл. матем. и матем. физ. 1963. Т. 3. № 1. С. 170–179.
  8. Fedoryuk M.V. A justification of the method of transverse sections for an acoustic wave guide with nonhomogeneous content // U.S.S.R. Comput. Math. Math. Phys. 1973. V. 13. № 1. P. 162–173.
  9. Иванов А.А., Шевченко В.В. Плоскопоперечный стык двух планарных волноводов // Радиотехн. и электроника. 2009. Т. 54. № 1. С. 68–77.
  10. Sevastianov L.A., Egorov A.A. Theoretical analysis of the waveguide propagation of electromagnetic waves in dielectric smoothlyirregular integrated structures // Optics and Spectroscopy. 2008. V. 105. № 4. P. 576–584.
  11. Egorov A.A., Sevastianov L.A. Structure of modes of a smoothly irregular integrated optical four-layer three-dimensional waveguide // Quantum Electronics. 2009. V. 39. № 6. P. 566–574.
  12. Egorov A.A., Lovetskiy K.P., Sevastianov A.L., Sevastianov L.A. Simulation of guided modes (eigenmodes) and synthesis of a thin-film generalised waveguide Luneburg lens in the zero-order vector approximation // Quantum Electronics. 2010. V.40. № 9. P. 830–836.
  13. Бабич В.М., Булдырев В.С. Асимптотические методы в задачах дифракции коротких волн. Метод эталонных задач. М.: Наука, 1972.
  14. Divakov D.V., Sevastianov A.L. The Implementation of the Symbolic-Numerical Method for Finding the Adiabatic Waveguide Modes of Integrated Optical Waveguides in CAS Maple // Lecture Notes in Computer Science. 2019. V. 11661. P. 107–121.
  15. Divakov D.V., Tyutyunnik A.A. Symbolic Investigation of the Spectral Characteristics of Guided Modes in Smoothly Irregular Waveguides // Programming and Computer Software. 2022. V. 48. № 2. P. 80–89.
  16. Adams M.J. An Introduction to Optical Waveguides. Wiley, New York, 1981.
  17. Maple homepage, https://www.maplesoft.com/. Last accessed 24 May 2022
  18. Gevorkyan M., Kulyabov D., Lovetskiy K., Sevastianov L., Sevastianov A. Field calculation for the horn waveguide transition in the single-mode approximation of the cross-sections method // Proceedings of SPIE. 2017. V. 10337. P. 103370H.
  19. Divakov D.V., Lovetskiy K.P., Sevastianov L.A., Tiutiunnik A.A. A single-mode model of cross-sectional method in a smoothly irregular transition between planar thin-film dielectric waveguides // Proceedings of SPIE. 2021. V. 11846. P. 118460T.

Дополнительные файлы


© Д.В. Диваков, А.А. Тютюнник, 2023