Застосування перетворення Фур’є для пошуку локалізованих мод градієнтних планарних хвилеводів

Abstract

Планарні хвилеводи є важливими компонентами у побудові різноманітних інтегральних оптичних пристроїв. На сьогодні в науковій літературі описано ряд аналітичних методів для розрахунку планарних градієнтних хвилеводів, які, однак, охоплюють лише деякі різновиди таких структур. В даному дослідженні розроблено числовий метод для пошуку постійних поширення та відповідних їм розподілів поля мод планарних хвилеводів. Він ґрунтується на перетворенні Фур’є хвильового рівняння. Метод перевірено на багатьох прикладах. Також досліджено вплив параметрів числового процесу на значення постійних поширення. В ході проведення досліджень було забезпечено числову стабільність і високу точність розрахунку, що підтверджує ефективність запропонованого методу. Очікується, що результати дослідження можна буде використати для проектування напівпровідникових лазерів.

Планарные волноводы являются важными компонентами в построении различных интегральных оптических устройств. На сегодня в научной литературе описано ряд аналитических методов для расчета планарных градиентных волноводов, которые, однако, охватывают лишь некоторые разновидности таких структур. В данном исследовании разработан численный метод для поиска постоянных распространения и соответствующих им распределений поля мод планарных волноводов. Он основан на преобразовании Фурье волнового уравнения. Метод проверен на многих примерах. Также исследовано влияние параметров численного процесса на значения постоянных распространения. В ходе проведения исследований было обеспечено численную стабильность и высокую точность расчета, подтверждающего эффективность предложенного метода. Ожидается, что результаты исследования можно будет использовать для проектирования полупроводниковых лазеров.

Planar waveguides are important components in construction of various integrated optical devices. At present, science literature describes a number of analytical methods to calculate planar gradient waveguides, which, however, cover only certain types of those structures. In this study a numerical method of finding propagation constants and their corresponding field distributions of planar waveguide localized modes is developed. It is based on the Fourier transform of wave equation. The method is tested on many examples. The influence of numerical process parameters on the values of propagation constants is studied too. During the study numerical stability and high calculation accuracy are provided, confirming the efficiency of the method proposed. It is expected that the study results can be used for design of semiconductor lasers.