Vedené elektromagnetické vlny

Přednášející:

Jiří Čtyroký (gar.)

Cvičící:

Jiří Čtyroký (gar.)

Předmět zajišťuje:

katedra fyzikální elektroniky

Anotace:

Základy elektromagnetické teorie šíření mikrovlnného a optického záření v kovových a dielektrických vlnovodech. Gaussovské svazky. Dutinové a otevřené laserové rezonátory. Disperze vlnovodů. Kerrovská nelinearita, solitonové šíření v optických vláknech. Periodické struktury, Blochovy módy, vznik fotonického zakázaného pásu. Povrchový plazmon.

Požadavky:

Fyzikální optika 1, 2; Optoelektronika

Osnova přednášek:

- Základní věty z vektorové analýzy. Maxwellovy rovnice. Vektorový a skalární potenciál, Hertzovy vektory v prostředí beze zdrojů. Okrajové podmínky na rozhraní prostředí.

- Kovové vlnovody. Vlny vedené mezi dvěma rovnoběžnými vodivými deskami. Válcové vlnovody obecného průřezu. Vidy TE a TM. Ortogonalita vidů, mezní frekvence. Obdélníkový a kruhový vlnovod. Dvouvodičové vedení, vidy TEM . Koaxiální vedení. Vlnovod jako vedení. Základy teorie mikrovlnných obvodů, rozptylová matice.

- Dutinové rezonátory, vlastní vidy a frekvence, činitel jakosti.

- Parabolická rovnice, gaussovský svazek, svazky vyšších řádů. ABCD matice. Průchod optickými elementy. Otevřené rezonátory, diagram stability, vidy rezonátoru. Nestabilní rezonátory, difrakční teorie.

- Fresnelovy vzorce. Planární vlnovod, vlnová teorie,TE a TM módy a jejich vlastnosti. Paprsková teorie mnohovidových vlnovodů, fázový prostor. Akceptance, počet vidů, vedené a vytékající vidy.

- Základy vlnové teorie optických vláken, vlnová rovnice a její řešení. Klasifikace vidů, konstanty šíření.

- Disperze mnohovidových a jednovidových vlnovodů, přenosová šířka pásma. Řízení disperze, tvarování impulsů. Vliv kerrovské nelinearity, nelineární Schrödingerova rovnice, vznik solitonu.

- Šíření vln v periodickém prostředí, Floquetovy-Blochovy vidy. Vznik zakázaného pásu fotonových energií.

- Povrchový plazmon na rozhraní kov-dielektrikum jako vedená vlna.

Osnova cvičení:

Vypocet rozlození polí vidu v pravoúhlych kovovych vlnovodech a dutinovych rezonátorech

Cíle studia:

Zvládnout teoretické základy šíření elektromagnetických vln ve vlnovodných strukturách.

Studijní materiály:

Povinná literatura:

[1] Poznámky z přednášek, podklady na www.ufe.cz/~ctyroky/fjfi/ved

[2] Lončar, G., Elektrodynamika I, II. skriptum. 1990, Praha: Ediční středisko ČVUT.

[3] Stratton, R.A., Teorie elektromagnetického pole. 1961, Praha: SNTL.

[4] Collin, R.E., Field theory of guided waves. second ed. 1991, New York: IEEE Press.

[5] Saleh, B.E.A. and M.C. Teich, Fundamentals of photonics. 1991, New York: J.Wiley & Sons.

[6] Kogelnik, H. and T. Li, Laser beams and resonators. Applied Optics, 1966. vol. 5, p. 1550-1567.

Doporučená literatura:

[7] Unger, H.-G., Planar optical waveguides and fibres. 1977, Oxford: Clarendon Press.

[8] Cancellieri, G., Single-mode optical fibres. 1991, Oxford: Pergamon Press.

[9] Agrawal, G.P, Nonlinear fiber optics, 3rd edition, 2001, Academic Press.

[10] J.D.Joannopoulos, R.D. Meade, J.N. Winn, Photonic crystals: molding the flow of light. 1995, Princeton

[11] S.G.Johnson, J.D.Joannopoulos, Photonic crystals: the road from theory to practice. 2003, Kluwer

[12] H. Raether, Surface Plasmons on Smooth and Rough Surfaces and on Gratings, 1988, Springer.

Poznámka:

Rozvrh na zimní semestr 2011/2012:

Rozvrh není připraven

Rozvrh na letní semestr 2011/2012:

Rozvrh není připraven

Předmět je součástí následujících studijních plánů: