• Савотченко Сергей Евгеньевич, МИРЭА – Российский технологический университет, Российский государственный геологоразведочный университет им. Серго Орджоникидзе
• Афанасьева Надежда Олеговна, Российский государственный геологоразведочный университет им. Серго Орджоникидзе

В работе проведено моделирование пространственного перераспределения интенсивности оптического поля в планарной волноводной структуре, образованной границей раздела между нелинейной средой и средой с градиентным показателем преломления. В качестве модели градиентной среды была выбрана обобщенная зависимость диэлектрической проницаемости от расстояния от поверхности контакта сред. В качестве модельной нелинейной среды была выбрана среда с оптическим эффектом Поккельса, в которой диэлектрическая проницаемость линейно зависит от амплитуды напряженности электрического поля. В исследовании выявлены критические режимы работы, в которых максимум интенсивности направляемой моды может быть целенаправленно расположен внутри любой из составляющих сред или точно на границе их раздела путем регулирования оптических параметров системы, определяющих критическое значение эффективного показателя преломления. Основным результатом работы является доказательство существования критического эффективного показателя преломления независимо от выбора модели нелинейности, при котором максимум поля точно локализован на границе раздела. Показано, что значение зависит исключительно от параметров, определяющих профиль градиентного показателя преломления, что обеспечивает дисперсионное соотношение. Особый акцент сделан на выявлении того, как каждый из параметров градиентного профиля в отдельности влияет на величину порога перехода. Анализ вывил, что критическое значение эффективного показателя преломления монотонно изменяется с изменением характерного пространственного масштаба и диэлектрических параметров градиентного слоя. Показано, что характер этого влияния определяется знаком и величиной соответствующих диэлектрических констант, что позволяет целенаправленно формировать необходимую зависимость критического показателя преломления от оптических параметров планарной волноводной структуры. В отличие от большинства работ, ограничивающихся численным моделированием конкретных конфигураций, данное исследование предлагает строгий аналитический подход, позволяющий получить явные критерии существования критического режима. Дополнительно обсуждается возможность использования полученных результатов для калибровки экспериментальных установок, настройки условий фазового синхронизма при генерации второй гармоники, а также для оценки допустимых разбросов параметров при производстве интегральных схем. Результаты создают теоретическую основу разработки методов контролируемой локализации света в гибридных волноводных структурах путем изменения их материальных и геометрических параметров или рабочей длины волны.

математическое моделирование, нелинейные уравнения, оптический волновод, нелинейная среда, краевая задача

2026-09-03