Направляющие свойства планарного волновода на основе трехпериодического магнитофотонного кристалла

Глухов И.А., Паняев И.С., Санников Д.Г., Дадоенкова Ю.С., Дадоенкова Н.Н.

Полный текст на elibrary.ru

Ссылка для цитирования:

Глухов И.А., Паняев И.С., Санников Д.Г., Дадоенкова Ю.С., Дадоенкова Н.Н. Направляющие свойства планарного волновода на основе трехпериодического магнитофотонного кристалла // Оптический журнал. 2025. Т. 92. № 9. С. 24–34. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2025-92-09-24-34

Glukhov I.A., Panyaev I.S., Sannikov D.G., Dadoenkova Yu.S., Dadoenkova N.N. Guiding properties of a planar waveguide based on a three-periodic magnetophotonic crystal [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2025. V. 92. № 9. P. 24–34. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2025-92-09-24-34

Ссылка на англоязычную версию:

Аннотация:

Предмет исследования. Оптический волновод на основе одномерного трехпериодического магнитофотонного кристалла, образованного слоями диэлектриков и намагниченных до насыщения феррит-гранатов. Цель работы. Нахождение частотных областей существования гибридных мод и установление поляризационной структуры направляемых мод в магнитофотонном волноводе, а также определение степени влияния 180°-го перемагничивания и размагничивания магнитооптических слоев на вид дисперсионных спектров. Метод. Метод матриц переноса размерности 4ґ4. Основные результаты. Исследовано влияние параметров магнитных и немагнитных слоев (количества периодов подъячеек и бигиротропии) на дисперсионные спектры собственных волн фотонно-кристаллического волновода. Показано, что намагничение слоев, приводящее к формированию гибридных мод из мод ТЕ- и ТМ- поляризаций невозмущенной структуры, является причиной появления областей сближения соседних дисперсионных кривых, а также заметного (порядка 9ґ10⁹ рад/с) частотного сдвига константы распространения волноводных мод относительно соответствующих значений при размагниченном состоянии системы. Практическая значимость. Результаты могут найти применение при создании новых магнитооптических устройств инфракрасного диапазона на основе трехпериодических фотонных кристаллов (узкополосных перестраиваемых фильтров, формирователей пучка излучения лазерных диодов для оптической связи и др.).

Ключевые слова:

магнитофотонный кристалл, оптический волновод

Благодарность:

работа поддержана Российским научным фондом, проект № 23-22-00466.

Коды OCIS: 230.7390, 230.4170, 160.3820

Список источников:

1. Белотелов В.И., Звездин А.К. Фотонные кристаллы и другие метаматериалы. М.: Бюро Квантум, 2006. 144 c.
Belotelov V.I., Zvezdin A.K. Photonic crystals and other metamaterials [in Russian]. Moscow: Buro Kvantum Publ., 2006. 144 p.
2. Inoue M., Baryshev A.V., Levy M. Magnetophotonics: From theory to applications. Heidelberg: Springer-Verlag, 2013. 228 p.
3. Кринчик Г.С. Физика магнитных явлений М.: изд. Московского ун-та, 1976. 367 c.
Krinchik G.S. Physics of magnetic phenomena [in Russian]. Moscow: Moscow University Publ., 1976. 367 p.
4. Lyubchanskii I.L., Dadoenkova N.N., Lyubchanskii M.I., et al. Magnetic photonic crystals // J. Phys. D. Appl. Phys. 2003. V. 36. № 18. P. R277–R287. https://doi.org/10.1088/0022-3727/36/18/R01
5. Panyaev I.S., Dadoenkova N.N., Dadoenkova Yu.S., et al. Four-layer nanocomposite structure as an effective optical waveguide switcher for near-IR regime // J. Phys. D. Appl. Phys. 2016. V. 49. № 43. P. 435103. https://doi.org/10.1088/0022-3727/49/43/435103
6. Zvezdin A.K., Kotov V.A. Modern magnetooptics and magnetooptical materials. Boca Raton: CRC Press, 1997. 381 p.
7. Inoue M., Arai K., Fujii T., et al. Magneto-optical properties of one-dimensional photonic crystals composed of magnetic and dielectric layers // J. Appl. Phys. 1998. V. 83. № 11. P. 6768–6770. https://doi.org/10.1063/1.367789
8. Priye V., Pal B.P., Thyagarajan K. Analysis and design of a novel leaky YiG film guided wave optical isolator // J. Light. Technol. 1998. V. 16. № 2. P. 246–250. https://doi.org/10.1109/50.661017

9. Sylgacheva D., Khokhlov N., Kalish A., et al. Transverse magnetic field impact on waveguide modes of photonic crystals // Opt. Lett. 2016. V. 41. № 16. P. 3813–3816. https://doi.org/10.1364/OL.41.003813
10. Паняев И.С., Санников Д.Г. Оптический планарный волновод на основе слоистого магнитоактивного метаматериала // Компьютерная оптика. 2018. Т. 42. № 5. С. 807–815. https://doi.org/10.18287/2412-6179-2018-42-5-807-815
Panyaev I.S., Sannikov D.G. Optical waveguide on the basis of a layered magnetoactive metamaterial [in Russian] // Comput. Opt. 2018. V. 42. № 5. P. 807–815. https://doi.org/10.18287/2412-6179-2018-42-5-807-815
11. Berreman D.W. Optics in stratified and anisotropic media: 4×4-Matrix formulation // JOSA. 1972. V. 62. № 4. P. 502–510. https://doi.org/10.1364/JOSA.62.000502
12. Johnson B., Walton A.K. The infra-red refractive index of garnet ferrites // Br. J. Appl. Phys. 1965. V. 16. № 4. P. 475–477. https://doi.org/10.1088/0508-3443/16/4/310
13.Torfeh M., Le Gall H. Theoretical analysis of hybrid modes of magnetooptical wave-guides // Phys. Status Solidi. 1981. V. 63. № 1. P. 247–258. https://doi.org/10.1002/pssa.2210630133
14. Doormann V., Krumme J.P., Klages C.P., et al. Measurement of the refractive index and optical absorption spectra of epitaxial bismuth substituted yttrium iron garnet films at UV to near-IR wavelengths // Appl. Phys. A Solids Surfaces. 1984. V. 34. № 4. P. 223–230. https://doi.org/10.1007/BF00616576
15. Wallenhorst M., Niemoller M., Dotsch H., et al. Enhancement of the nonreciprocal magneto-optic effect of TM modes using iron garnet double layers with opposite Faraday rotation // J. Appl. Phys. 1995. V. 77. № 7. P. 2902–2905. https://doi.org/10.1063/1.359516
16. Krumme J.P., Klages C.P., Doormann V. Measurement of the magnetooptic properties of bismuth-substituted iron garnet films using piezobirefringent modulation // Appl. Opt. 1984. V. 23. № 8. P. 1184–1192. https://doi.org/10.1364/AO.23.001184
17. Wood D.L., Nassau K. Optical properties of gadolinium gallium garnet // Appl. Opt. 1990. V. 29. № 25. P. 3704. https://doi.org/10.1364/ao.29.003704
18.Kischkat J., Peters S., Gruska B., et al. Mid-infrared optical properties of thin films of aluminum oxide, titanium dioxide, silicon dioxide, aluminum nitride, and silicon nitride // Appl. Opt. 2012. V. 51. № 28. P. 6789–6798. https://doi.org/10.1364/AO.51.006789
19. Malitson I.H. Interspecimen comparison of the refractive index of fused silica // JOSA. 1965. V. 55. № 10. P. 1205–1209. https://doi.org/10.1364/JOSA.55.001205
20. Гончаренко А.М., Карпенко В.А. Основы теории оптических волноводов. М.: Едиториал УРСС, 2004. 240 с.
Goncharenko A.M., Karpenko V.A. Fundamentals of the theory of optical waveguides [in Russian]. Moscow: Editorial URSS Publ., 2004. 240 p.
21. Альшиц В.И., Любимов В.Н. Аномалии в спектре собственных электромагнитных волн в анизотропных пластинах // ФТТ. 2003. Т. 45. № 2. C. 222–226. https://doi.org/10.1134/1.1553522
Alshits V.I., Lyubimov V.N. Anomalies in the spectrum of electromagnetic eigenwaves in anisotropic plates [in Russian] // Phys. Solid State. 2003. V. 45. P. 231–235. https://doi.org/10.1134/1.1553522