Symbolic-Numerical Modeling of the Propagation of Adiabatic Waveguide Mode in a Smooth Waveguide Transition

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

In this work, the model of adiabatic waveguide modes is studied by means of computer algebra. Within the model, the solution of the system of Maxwell’s equations is reduced to a form expressed via the solution of a system of four ordinary differential equations and two algebraic equations for six components of the electromagnetic field. In the case of multilayer waveguides, by means of a computer algebra system, the equations are reduced to a homogeneous system of linear algebraic equations, which is studied symbolically. The condition for non-trivial solvability of the system defines a dispersion relation, which is solved by the symbolic-numerical method, while the system is solved symbolically. The paper presents solutions that describe adiabatic waveguide modes in the zeroth approximation, taking into account the small slope of the interface of the waveguide layer, which are qualitatively different from solutions that do not take into account this slope.

About the authors

D. V. Divakov

Peoples’ Friendship University of Russia (RUDN University)

Email: divakov-dv@rudn.ru
117198, Moscow, Russia

A. A. Tyutyunnik


Joint Institute for Nuclear Research

Author for correspondence.
Email: tyutyunnik-aa@rudn.ru
141980, Dubna, Moscow oblast, Russia

References

  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.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2.

Download (39KB)
3.

Download (44KB)
4.

Download (41KB)
5.

Download (51KB)
6.

Download (44KB)
7.

Download (275KB)
8.

Download (276KB)

Copyright (c) 2023 Д.В. Диваков, А.А. Тютюнник

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».