Surface electromagnetic fields of cladding modes of coreless optical fibers

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The exact hybrid modes of a coreless optical fiber are calculated. Spatial distributions of electromagnetic fields near the cladding surface are obtained. A comparison of radial, azimuthal, and longitudinal field components near the cladding surface is performed for the hybrid exact modes and approximate linearly polarized (LP) modes. The polarization characteristics of the modes are studied taking into account the longitudinal field component depending on the type of hybrid modes and mode numbers. The combination of hybrid modes forms modes similar to LP modes, which have an almost uniform linear polarization inside the fiber far from the cladding surface. It is shown that under the cladding surface the polarization of LP-like modes is also linear, but significantly non-uniform in azimuthal angle with a deviation of the polarization angle by up to 21о from the main direction of mode polarization. In addition, the role of the longitudinal field component near the cladding surface increases significantly, where its value can exceed the values of the transverse components.

Full Text

Restricted Access

About the authors

M. A. Abel’mas

Ulyanovsk State Technical University

Author for correspondence.
Email: abelmax1998@mail.ru
Russian Federation, 32 Severny Venets St., Ulyanovsk, 432027

O. V. Ivanov

Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics RAS

Email: abelmax1998@mail.ru

Ulyanovsk Branch

Russian Federation, 48/2 Goncharova St., Ulyanovsk, 432011

References

  1. Волоконно-оптические датчики / Под ред. Э. Удда. М.: Техносфера, 2008.
  2. Chiang K. S., Liu Y., Liu Q., Rao Y. // Photonic Sensors. 2011. V. 1. № 3. P. 204.
  3. Wu Z., Liu B., Zhu J., Liu J. et al. // Chinese Opt. Lett. 2020. V. 18. № 6. P. 061201.
  4. Tripathi S. M., Kumar A., Varshney R. K. et al. // J. Lightwave Technol. 2009. V. 27. № 13. P. 2348.
  5. Kogelnik H., Schmidt R. // IEEE J. Quantum Electronics. 1976. V. 12. № 7. P. 396.
  6. Chiang K. S., Ng M. N., Liu Y., Li S. // Proc. Lasers Electro-Opt. Soc. 2000 Ann. Meeting, 15–16 Nov. Rio Grande. 2000. P. 836.
  7. Chan F. Y.M., Chiang K. S. // J. Lightwave Technol. 2006. V. 24. № 2. P. 1008.
  8. Kim M. J., Jung Y. M., Kim B. H. et al. // Opt. Express. 2007. V. 15. № 17. P. 10855.
  9. Jung Y., Brambilla G., Murugan G. S., Richardson D. J. // Appl. Phys. Lett. 2011. V. 98. № 2. 021109.
  10. Hong Z., Li X., Zhou L. et al. // Opt. Express. 2011. V. 19 № 5. P. 3854.
  11. Wu Q., Semenova Y., Ma Y. // J. Lightwave Technol. 2011. V. 29. № 24. P. 3683.
  12. Baiad M. D., Gagné M., Lemire-Renaud S. et al. // Opt. Express. 2013. V. 21. № 6. P. 6873.
  13. Cai Z., Liu F., Guo T. et al. // Opt. Express. 2015. V. 23. № 16. P. 20971.
  14. Schlangen S., Bremer K., Zheng Y. et al. // P. Soc. Photo-opt. Ins. 2018. V. 10681. 1068116.
  15. Zhang W., Huang L., Gao F. et al. // Opt. Lett. 2012. V. 37. P. 1241.
  16. Zhang C., Chiang K. S. // Opt. Eng. 2012. V. 51 № 7. 075001.
  17. Иванов О. В., Никитов С. А., Гуляев Ю. В. // Успехи физ. наук. 2006. Т. 49. № 2. С. 167.
  18. Lam P. K., Stevenson A. J., Love J. D. // Electron. Lett. 2000. V. 36. № 11. P. 967.
  19. Bachim B. L., Ogunsola O. O., Gaylord T. K. // Opt. Lett. 2005. V. 30. № 16. P. 2080.
  20. Chan F. Y. M., Kim M. J., Lee B. H. // J. Opt. Soc. Korea. 2005. V. 9. № 4. P. 135.
  21. Yukun B., Kin S. C. // J. Lightwave Technol. 2005. V. 23 № 12. P. 4363.
  22. Liu Y., Chiang K. S., Rao Y. J. et al. // Opt. Express. 2007. V. 15. № 26. P. 17645.
  23. Xue W., Lu M., Jun Y., Yuan L. // Acta Optica Sinica. 2010. V. 30. № 12. P. 3391.
  24. Abrishamian F., Morishita K. // IEICE T. Electron. 2015. V. 98. № 7. P. 512.
  25. Юсупова Л. И., Иванов О. В. // Радиотехника. 2019. № 9. С. 74.
  26. Xu X., Ouyang X., Zhou A. // Opt. Commun. 2019. V. 445. P. 1.
  27. Бутов О. В., Томышев К. А., Нечепуренко И. А. // Успехи физ. наук. 2022. Т. 192. С. 1385.
  28. Томышев К. А., Е. И. Долженко E. B., Бутов О. В. // Квант. электроника. 2021. Т. 51. № 12. С. 1113.
  29. Tomyshev K. A., Tazhetdinova D. K., Manuilovich E. S., Butov O. V. // J. Appl. Phys. 2018. V. 124. № 113106.
  30. Tomyshev K. A., Tazhetdinova D. K., Manuilovich E. S., Butov O. V. // Phys. Status Solidi. A. 2018. № 1800541.
  31. Tomyshev K. A., Manuilovich E. S., Tazhetdinova D. K. // Sens. Actuators, A. 2020. V. 308. № 112016.
  32. Manuilovich E. S., Tomyshev K. A., Butov O. V. // Sensors. 2019. V. 19. № 4245.
  33. Liu Y., Chiang K. S., Liu Q. // Opt. Express. 2007. V. 15. № 10. P. 6494.
  34. Kim M. J., Chan F. Y. M., Paek U. C., Lee B. H. // Proc. Optical Fiber Comm. Conf. and National Fiber Optic Engineers Conf. 5–10 March. 2006. Anaheim. P. 3.
  35. Han Y. G., Lee S. B., Kim C. S., Jeong M. Y. // Opt. Lett. 2006. V. 31 № 6. P. 703.
  36. Lo Y. L. // Opt. Eng. 2006. V. 45. № 12. Р. 125001.
  37. Kritzinger R., Meyer J., Burger J. // S. Afr. J. Sci. 2011. V. 107. № 5/6. P. 703.
  38. He Y. J., Chen X. Y. // IEEE Trans. 2013. V. NANO-12. № 3. P. 460.
  39. Fang L., Jia H. // Opt. Express. 2014. V. 22. № 10. P. 16621.
  40. Dong X. W., Feng S. C., Lu S. H. et al. // Acta Physica Sinica. 2007. V. 56. № 12. P. 7039.
  41. Liu Q., Chiang K. S., Liu Y. // J. Lightwave Technol. 2008. V. 26. № 18. P. 3277.
  42. Chiang K. S., Chan F. Y. M., Ng M. N. // J. Lightwave Technol. 2004. V. 22. № 5. P. 1358.
  43. Zhang W., Huang L., Gao F., Bo F. // Opt. Express. 2013. V. 21. № 14. P. 1358.
  44. Kawano K., Kitoh T. Introduction to Optical Waveguide Analysis: Solving Maxwell’s Equations and the Schrodinger Equation N. Y.: Wiley. 2001.
  45. Iizuka K. Elements of the Photonics / N.Y.: Wiley. 2002.
  46. Huang W. P. // J. Opt. Soc. Amer. A. 1994. V. 11. № 3. P. 963.
  47. Erdogan T. // J. Opt. Soc. Amer. A. 1997. V. 14. № 8. P. 1760.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Dependences of the effective refractive indices of different modes on the wavelength.

Download (114KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Dependence of the amplitudes of the transverse and longitudinal components of the electric field of the HE11 mode on the radius for λ = 1550 nm on a logarithmic scale over the entire cross-section of the fiber (a) and near the boundary (b).

Download (158KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Dependence of the amplitudes of the transverse and longitudinal components of the electric field of the HE11 mode on the radius near the boundary on a linear scale.

Download (91KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Angular dependences of the electric field components of the LP01-like mode: inside the fiber for r = 30 µm (a), under the surface (b) and above the surface of the fiber cladding (c).

Download (228KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Distribution of the transverse electric field vector of the LP01-like mode inside the cladding, under and above the surface of the fiber cladding.

Download (85KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Angular dependences of the electric field components of the mode: inside the fiber for r = 30 µm (a), under the surface of the fiber cladding (b), above the surface of the fiber cladding (c).

Download (264KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Distribution of the transverse electric field vector of the -like mode inside the cladding, under and above the surface of the fiber cladding.

Download (73KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. Angular dependences of the electric field components of the mode: inside the fiber for r = 30 µm (a), under the surface of the fiber cladding (b), above the surface of the fiber cladding (c).

Download (256KB)
Indexing metadata
10. Fig. 9. Distribution of the transverse electric field vector of the -like mode inside the cladding, under and above the surface of the fiber cladding.

Download (73KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».