Розсіювання електромагнітних хвиль на системах діелектричних резонаторів з активним та поглинаючим діелектриком
DOI:
https://doi.org/10.20535/RADAP.2024.97.58-66Ключові слова:
розсіювання, діелектричний резонатор, матриця розсіювання, активний діелектрик, смуговий фільтр, режекторний фільтр, add-drop filter, Double-channel SCISSORАнотація
Розглядається задача розсіювання хвиль на системі зв’язаних діелектричних резонаторів (ДР), виконаних із активного, або поглинаючого діелектрика. Розв'язання задачі розсіювання розкладається по полю власних коливань системи ДР. Поле, що описує власні коливання системи ДР, розкладається по полю парціальних резонаторів, які виконані із діелектрика з комплексною діелектричною проникністю. Виводиться модифікована система рівнянь, вирішення якої дозволяє визначити частоти та амплітуди власних коливань системи активних, або поглинаючих резонаторів. В роботі отримано нову систему лінійних рівнянь для амплітуд вимушених коливань резонаторів з активним діелектриком. Знайдено загальні рішення для поля розсіювання на резонаторах, що розташовуються в регулярній лінії передачі, або у розриві регулярної лінії. Наводиться декілька прикладів розрахунку частотних залежностей матриці розсіювання для двох ланцюгових режекторних та смугових фільтрів, що складаються зі зв'язаних активних або поглинаючих діелектричних резонаторів. Можливості запропонованого методу демонструються на прикладах оптимізації характеристик розсіювання на різноманітних смугових та режекторних фільтрах, які виконані із активного діелектрика. Показано, що використання резонаторів із активного діелектрика дозволить будувати та оптимізувати частотні характеристики нового класу пристроїв, які одночасно виконують функції фільтрів та підсилювачів. Визначені умови, при виконанні яких виникає можливість побудови фільтрів з функціями підсилювачів. У майбутньому запропоновані пристрої можуть знайти застосування у системах оптичного зв'язку.
Посилання
References
Freter L., Mirmoosa M. S., Sihvola A., Simovski C. R., Tretyakov S. A. (2024). Electromagnetic effects in anti-Hermitian media with gain and loss. Physical Review Research, Vol. 6, 013070, doi:10.1103/PhysRevResearch.6.013070.
Frigenti G., Berneschi S., Farnesi D., Pelli S., Righini G. C. et al. (2023). Rare earth-doped glass whispering gallery mode micro-lasers. The European Physical Journal Plus, Vol. 138, article number 679, doi:10.1140/epjp/s13360-023-04275-9.
Su Y., Fan H., Zhang S., Cao T. (2023). Tunable parity-time symmetry vortex laser from a phase change material-based microcavity. Microsystems & Nanoengineering, Vol. 9, 142, doi:10.1038/s41378-023-00622-z.
Hlushchenko A. V., Novitsky D. V., Tuz V. R. (2022). Trapped mode excitation in all-dielectric metamaterials with loss and gain. Physical Review B, Vol. 106, 155429, pp. 155429-1–155429-9, doi:10.1103/PhysRevB.106.155429.
Hashemi A., Busch K., Ozdemir S. K., El-Ganainy R. (2022). Uniform optical gain as a non-Hermitian control knob. Physical Review Research, Vol. 4, 043169, doi:10.1103/PhysRevResearch.4.043169.
Ren J., Franke S., Hughes S. (2021). Quasinormal Modes, Local Density of States, and Classical Purcell Factors for Coupled Loss-Gain Resonators. Physical Review X, Vol. 11, 041020, doi:10.1103/PhysRevX.11.041020.
Gandhi H. K., Rocco D., Carletti L., De Angelis C. (2020). Gain-loss engineering of bound states in the continuum for enhanced nonlinear response in dielectric nanocavities. Optics Express, Vol. 28, Iss. 3, pp. 3009-3016, doi:10.1364/OE.380280.
Grant M. J., Digonnet M. J. F. (2019). Loss-Gain Coupled Ring Resonator Gyroscope. Optical, Opto-Atomic, and Entanglement-Enhanced Precision Metrology, edited by Selim M. Shahriar, Jacob Scheuer. Proc. of SPIE, Vol. 10934, id. 109340T 13 pp., doi:10.1117/12.2515657.
Phang, S., Vukovic, A., Gradoni, G., Sewell, P. D., Benson, T. M., Creagh, S. C. (2017). Theory and Numerical Modelling of Parity-Time Symmetric Structures in Photonics: Boundary Integral Equation for Coupled Microresonator Structures. In: Agrawal, A., Benson, T., De La Rue, R., Wurtz, G. (eds) Recent Trends in Computational Photonics. Springer Series in Optical Sciences, Vol 204, Springer, Cham., doi:10.1007/978-3-319-55438-9_7.
Feng L., El-Ganainy R., Ge Li. (2017). Non-Hermitian photonics based on parity–time symmetry. Nature Photonics, Vol. 11, pp. 752–762, doi:10.1038/s41566-017-0031-1.
Gao Z., Fryslie S. T. M., Thompson B. J., Carney P. S., Choquette K. D. (2017). Parity-time symmetry in coherently coupled vertical cavity laser arrays. Optica, Vol. 4, No. 3, pp. 323–329. doi:10.1364/OPTICA.4.000323.
Wang H., Liu S., Chen L., Shen D., Wu X. (2016). Dual-wavelength single-frequency laser emission in asymmetric coupled microdisks. Scientific Reports, Vol. 6, 38053, doi:10.1038/srep38053.
Giden I. H., Dadashi Kh., Botey M., Herrero R., Staliunas K., Kurt H. (2015). Nonreciprocal Light Transmission in Gain-Loss Modulated Micro Ring Resonators. 2015 17th International Conference on Transparent Optical Networks (ICTON), DOI: 10.1109/ICTON.2015.7193652.
Phang S., Vukovic A., Creagh S. C., Benson T. M., Sewell P. D., Gradoni G. (2015). Parity-time symmetric coupled microresonators with a dispersive gain/loss. Optics Express, Vol. 23, Iss. 9, pp. 11493-11507, doi:10.48550/arXiv.1501.07455.
Peng Bo, Özdemir S. K., Lei F., Monifi F., Gianfreda M. et al. (2014). Parity–time-symmetric whispering-gallery Microcavities. Nature Physics, Vol. 10, pp. 394-398, doi:10.1038/nphys2927.
Mescia L., Bia P., De Sario M., Di Tommaso A., Prudenzano F. (2012). Design of mid-infrared amplifiers based on fiber taper coupling to erbium-doped microspherical resonator. Optics Express, Vol. 20, Iss. 7, pp. 7616-7629, doi.org/10.1364/OE.20.007616.
Kulishov M., Kress B. (2012). Free space diffraction on active gratings with balanced phase and gain/loss modulations. Optics Express, Vol. 20, Iss. 28, pp. 29319–29328, doi:10.1364/OE.20.029319.
Rüter C. E., Makris K. G., El-Ganainy R., Christodoulides D. N., Segev M., Kip D. (2010). Observation of parity–time symmetry in optics. Nature Physics, Vol. 6, pp. 192–195, doi:10.1038/nphys1515.
Armellini C., Biljanovic P., Berneschi S., Bhaktha S.N.B., Boulard B. et al. (2008). Optical properties and fabrication of glass-based erbium activated micro-nano photonic structures. Conference: Proceedings of MIPRO, pp. 21–26.
Kulishov M., Laniel J. M., Bélanger N., Plant D. V. (2005). Trapping light in a ring resonator using a grating-assisted coupler with asymmetric transmission. Optics Express, Vol. 13, Iss. 9, pp. 3567-3578, doi:10.1364/OPEX.13.003567.
Hoffmann K., Sokol V., Škvor Z. (2001). Arbitrary Q-factor Dielectric Resonator. Radioengineering, Vol. 10, Iss. 4, pp. 21–23.
Rabus D. G. (2007). Integrated Ring Resonators. Springer, 254 p.
Trubin A. A. (1996). Scattering of electromagnetic waves on a system of coupling high-Q dielectric resonators. MMET'96. VIth International Conference on Mathematical Methods in Electromagnetic Theory. Proceedings, pp. 350–353, DOI: 10.1109/MMET.1996.565731.
Trubin A. (2016). Lattices of Dielectric Resonators. Part of the book series: Springer Series in Advanced Microelectronics. Springer International Publishing, Vol. 53, 171 p., doi:10.1007/978-3-319-25148-6.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2024 A. A. Trubin
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
1. Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у нашому журналі.
2. Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована нашим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у нашому журналі.
3. Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення рукопису роботи авторами в мережі Інтернет (наприклад, на arXiv.org або на особистих веб-сайтах). Причому рукописи статей можуть бути розміщенні у відкритих архівах як до подання рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання. Це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії, позитивно позначається на оперативності ознайомлення наукової спільноти з результатами Ваших досліджень і як наслідок на динаміці цитування вже опублікованої у журналі роботи. Детальніше про це: The Effect of Open Access.
