Оптические микрорезонаторы с гигантской добротностью, Городецкий М.Л., 2011

Оптические микрорезонаторы с гигантской добротностью, Городецкий М.Л., 2011.
    
   Настоящая монография посвящена теории оптических высокодобротных микрорезонаторов и их применению в линейной, нелинейной, квантовой и прикладной оптике. Оптические микрорезонаторы с модами типа шепчущей галереи, предложенные впервые российскими учеными, уникально сочетают субмиллиметровый размер с гигантской добротностью. Такие резонаторы находят все более широкое распространение в экспериментальной физике и технике, в частности, в высокостабильных генераторах, разнообразных сенсорах, датчиках, фильтрах и других оптоэлектронных устройствах.
Для специалистов и студентов оптических специальностей.




Резонаторы с модами шепчущей галереи.
Большая часть настоящей книги посвящена исследованию свойств резонаторов с модами шепчущей галереи (МШГ). Резонаторы с МШГ вполне могут стать следующим поколением резонаторов после резонаторов Фабри-Перо в микрооптике, подобно тому, как твердотельная схемотехника пришла на смену электровакуумным приборам в радиоэлектронике. Резонаторы с МШГ начали развиваться в середине прошлого века, хотя сама история МШГ насчитывает около столетия. Такое название моды получили по аналогии с акустическими модами в Шепчущей галерее собора Святого Павла в Лондоне, которые исследовал и объяснил лорд Рэлей [22-24].

Впервые на возможность создания электромагнитных резонаторов с использованием МШГ, возникающих при полном внутреннем отражении от поверхности аксиально-симметричного тела, указал в 1939 году Роберт Рихтмайер [25] (он известен как один из руководителей американского проекта водородной бомбы). Им был проведен расчет распределения электромагнитных полей внутри и снаружи сферического и тороидального резонаторов — именно такие резонаторы из плавленого кварца получили в настоящее время в оптике наибольшее распространение.

ОГЛАВЛЕНИЕ.
Список основных обозначений и сокращений.
Предисловие.
Предисловие автора.
Часть I. Основы теории оптических микрорезонаторов.
Глава 1. Резонанс, резонатор и добротность.
Введение.
1.1. Колебательный контур и резонатор.
1.2. Добротность собственная и нагруженная.
1.3. Укороченные уравнения.
1.4. Критическая связь.
1.5. Низкочастотные распределенные системы.
1.6. Объемные резонаторы.
1.7. Классические одномерные оптические резонаторы.
1.8. Резонаторы с модами шепчущей галереи.
Глава 2. Электродинамическое описание поля мод.
2.1. Уравнения Максвелла в среде.
2.2. Волновое уравнение.
2.3. Теорема Пойнтинга. Мощность и энергия поля.
2.4. Векторы Римана–Зильберштейна.
2.5. Векторный потенциал.
2.6. Векторы Герца.
2.7. Потенциалы Дебая.
2.8. Квазинормальные моды открытых резонаторов.
Глава 3. Резонатор Фабри–Перо.
3.1. Матрица рассеяния.
3.2. Одномерный резонатор Фабри–Перо.
3.3. Резонатор с потерями. Согласование связи.
3.4. Гауссовы пучки.
3.5. Условия устойчивости РФП.
3.6. Астигматические пучки и пучки высших порядков.
3.7. Многослойные покрытия.
Глава 4. Моды шепчущей галереи в цилиндре.
4.1. Волны в цилиндрических координатах.
4.2. Скалярное уравнение Гельмгольца.
4.3. Функции Бесселя.
4.4. Цилиндрические векторные гармоники.
4.5. Моды закрытого цилиндра.
4.6. Двумерные моды бесконечного диэлектрического цилиндра.
4.7. Моды конечного диэлектрического цилиндра.
4.8. Излучательная добротность диэлектрического цилиндра.
Глава 5. Моды диэлектрического шара.
5.1. Волны в шаре.
5.2. Сферические функции.
5.3. Моды диэлектрического шара.
5.4. Собственные частоты.
5.5. Излучательные потери.
Глава 6. Теория рассеяния Лоренца–Ми–Дебая.
6.1. Матрица рассеяния.
6.2. Сечения рассеяния.
6.3. Возбуждение отдельных мод сферы.
6.4. Резонансы рассеяния.
6.5. Обобщенная теория Лоренца–Ми.
Глава 7. Асимптотические методы анализа мод шепчущей галереи.
7.1. Асимптотика решений скалярного волнового уравнения.
7.2. Угловые сферические функции в квантовой механике.
7.3. Радиальные функции, аналогия с квантовой механикой и ВКБ.
7.4. Угловые функции и ВКБ.
7.5. Метод ВКБ для произвольных тел вращения.
Глава 8. Лучевое приближение и метод эйконала.
8.1. Метод эйконала в цилиндрических координатах. Получение асимптотик цилиндрических функций.
8.2. Собственные частоты и метод эйконала. Правила квантования.
8.3. Уравнение эйконала для сферы.
8.4. Моды сфероида.
8.5. Моды шепчущей галереи в произвольных телах вращения.
8.6. Лучевое приближение и диэлектрическая граница.
8.7. Излучательная добротность произвольных тел вращения.
Глава 9. Возбуждение мод типа шепчущей галереи.
9.1. Способы связи с модами шепчущей галереи.
9.2. Связь с призмой.
9.3. Исследование угловых спектров переизлучения РШГ с призмой.
9.4. Теория связи с высокодобротными модами шепчущей галереи.
9.5. Простая модель связи.
9.6. Моделирование связи волноводным ответвителем.
9.7. Вариационный подход.
Глава 10. Добротность и спектр мод оптических микрорезонаторов.
10.1. Бюджет добротности.
10.2. Потери в материале.
10.3. Рассеяние на поверхностных неоднородностях.
10.4. Поверхностное поглощение на адсорбированных пленках.
10.5. Влияние выпадающего поля на свойства резонатора.
10.6. Расщепление резонансов из-за связи мод.
10.7. Обратное рассеяние и резонансное отражение в элемент связи.
Глава 11. Нелинейные свойства микрорезонаторов.
11.1. Оптическая нелинейность.
11.2. Оптическая нелинейность в микрорезонаторах.
11.3. Тепловая нелинейность.
11.4. Термическая колебательная неустойчивость.
Глава 12. Изготовление и исследование оптических микро-резонаторов.
12.1. Плавленый кварц.
12.2. Изготовление кварцевых сферических мини- и микрорезонаторов.
12.3. Веретенообразные резонаторы.
12.4. Кварцевые микротороиды.
12.5. Кристаллические микрорезонаторы.
12.6. Жидкости.
12.7. Полимерные резонаторы.
12.8. Методы измерения добротности микрорезонаторов.
Часть II. В. С. Ильченко, А. Б. Мацко Применение микрорезонаторов с модами шепчущей галереи
Глава 13. Применение микрорезонаторов с модами шепчущей галереи.
13.1. Введение.
13.2. Устройства с пассивными РШГ.
13.3. РШГ с активными модами.
13.4. Заключение.
Список литературы.

Купить .





Теги: учебник по физике :: физика :: Городецкий :: микрорезонатор :: оптика