Journal of Communications Technology and ElectronicsJournal of Communications Technology and ElectronicsРадиотехника и электроника0033-84943034-5901The Russian Academy of Sciences68238510.31857/S0033849424120022HNGGBKELECTRODYNAMICS AND RADIO WAVE PROPAGATIONЭЛЕКТРОДИНАМИКА И РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛНResearch ArticleSurface electromagnetic fields of cladding modes of coreless optical fibersПоверхностные электромагнитные поля оболочечных мод бессердцевинных волоконных световодовAbel’masM. A.АбельмасМ. А.
Russian Federation
abelmax1998@mail.ruIvanovO. V.ИвановО. В.
Russian Federation

Ulyanovsk Branch

Ульяновский филиал

abelmax1998@mail.ruUlyanovsk State Technical UniversityУльяновский государственный технический университетKotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics RASИнститут радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН1512202469121150116103062025Copyright ©; 2024, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2024, Российская академия наук2024Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://innoscience.ru/0033-8494/article/view/682385

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.

Рассчитаны точные гибридные моды бессердцевинного оптического волокна. Получены пространственные распределения электромагнитных полей вблизи поверхности оболочки. Проведено сравнение радиальных, азимутальных и продольных компонент поля вблизи поверхности оболочки для гибридных точных мод и приближенных линейно-поляризованных (LP) мод. Исследованы поляризационные характеристики мод с учетом продольной компоненты поля в зависимости от типа гибридных мод и модовых чисел. Комбинация гибридных мод формирует моды, подобные LP-модам, имеющие почти однородную линейную поляризацию внутри волокна вдали от поверхности оболочки. Показано, что под поверхностью оболочки поляризация LP-подобных мод также линейна, однако существенно неоднородна по азимутальному углу с отклонением угла поляризации на величину до 21о от основного направления поляризации моды. Кроме того, значительно возрастает роль продольной компоненты поля вблизи поверхности оболочки, где ее величина может превышать величины поперечных компонент.

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