Регистрация / Вход
Прислать материал

Новый механизм акустооптического взаимодействия в оптических волокнах

Сведения об участнике
ФИО
Викулин Дмитрий Вячеславович
Вуз
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Крымский федеральный университет имени В.И. Вернадского»
Тезисы (информация о проекте)
Область наук
Новые материалы. Производственные технологии и процессы
Раздел области наук
Композитные материалы
Тема
Новый механизм акустооптического взаимодействия в оптических волокнах
Резюме
Предложена последовательная модель акустооптического взаимодействия в циркулярных оптических волокнах. Получены аналитические выражения для мод и постоянных распространения оптического волокна, по которому распространяется изгибная акустическая волна. На основании полученных результатов дано объяснение экспериментально наблюдаемой модовой конверсии, сопровождающаяся изменением частоты оптического поля. Показано, что в рамках предложенной модели имеет место новое свойство модовой конверсии - анизотропность - зависимость длины полного преобразования энергии падающего на волокно поля от направления его линейной поляризации по отношению к поляризации акустической волны.
Ключевые слова
Оптические волокна, акустооптическое взаимодействие, оптические вихри, модовая конверсия
Цели и задачи
Целью работы является построение последовательной модели АОВ и получение на ее основе аналитических выражений для резонансных оптических мод в циркулярных оптических волокнах.
Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи исследования:
1) Получить выражение для показателя преломления циркулярного оптического волокна с АОВ, индуцированным изгибной акустической волной, в рамках предложенной модели;
2) Определить резонансные моды и соответствующие спектры постоянных распространения циркулярных оптических волокон с АОВ путем аналитического решения волнового уравнения методом теории возмущений;
3) Использовать полученные решения для исследования эволюции как фундаментальной, так и переносящих высших мод, распространяющихся в волокне.
Введение

В общепринятой модели акустооптического взаимодействия (АОВ) процесс распространения изгибной акустической волны рассматривается как механический изгиб волокна. Исходя из этих представлений получают выражения для соответствующей поправки к показателю преломления. Несмотря на то, что данная модель описывает экспериментально наблюдаемую модовую конверсию, она содержит принципиальные противоречия. Действительно, вектор деформации при изгибе не совпадает с тем, что является решением уравнения Похгаммера для цилиндрического стержня в длинноволновом пределе (длина акустической волны много больше диаметра волокна). В данной работе предложена логически последовательная модель АОВ в оптических волокнах с изгибной акустической волной. 

Методы и материалы

На основе предложенной модели АОВ получено выражение для показателя преломления оптического волокна с акустооптическим взаимодействием. Аналитические выражения для волоконных мод получены путем решения волнового уравнения методом резонансной теории возмущений.  
 

Описание и обсуждение результатов

В данной работе рассматриваются циркулярные оптические волокна с акустооптическим взаимодействием (АОВ). Предложена новая логически последовательная модель АОВ оптических волокнах с изгибной акустической волной.

Получены аналитические выражения для мод и постоянных распространения циркулярных оптических волокон с изгибной акустической волной.

Показано, что имеет место процесс передачи энергии между фундаментальной  LP0 и LP1 модами, эффективность которого достигает 100% при выполнении условий резонанса. Данный тип конверсии совпадает с тем, что был предсказан ранее и подтвержден экспериментально.

Показано, что в рамках предложенной модели АОВ имеет место новый эффект анизотропной модовой конверсии  LP0 ⇔ LP1 - зависимость длины полного преобразования энергии падающего на волокно поля от направления его линейной поляризации по отношению к поляризации акустической волны.

 

Используемые источники
1. H. E. Engan, B. Y. Kim, J. N. Blake, and H. J. Shaw, J.,Lightwave Technol. 6, 428 (1988).
2. B. Y. Kim, J. N. Blake, H. E. Engan, and H. J. Shaw, Opt. Lett. 11, 389 (1986).
3. K. Nosu, S. C. Rashleigh, H. F. Taylor and J. F.Weller Electron. Lett. 19 816 (1983)
4. T. A. Birks, P. S. J. Russell, and D. O. Culverhouse, J. Lightwave Technol. 14, 2519 (1996).
5. J. N. Blake, B. Y. Kim , H.E. Engan and H.J. Shaw, J. Opt. Lett.12 281–3 (1987).
6. Снайдер А., Лав Дж. Теория оптических волноводов.- М.: Радио и связь, - 656 с. (1987).
7. C. N. Alexeyev, E. V. Barshak, A. V. Volyar, and M. A. Yavorsky, J. Opt. 12, 115708 (2010).
8. Ярив А. Оптические волны в кристаллах/ Ярив А., Юх П. – М.:Мир, 1987.
Information about the project
Surname Name
Vikulin Dmitriy
Project title
A new mechanism of acousto-optic interaction in optical fibres
Summary of the project
We have proposed a novel consequent model of the acousto-optical interaction in circular optical fibers. The analytical expressions for the fiber modes and propagation constants were obtained. We unveil a new effect: the dependence of the energy transformation length of an incident field on the direction of its linear polarization with respect to the acoustic wave polarization.
Keywords
Optical fiber, acousto-optic interaction, optical vortices, mode conversion