Analytical and numerical modeling of high-power mode groups in dielectric waveguides

Abstract

В представленной работе проведен подробный аналитический и численный анализ модовой структуры в цилиндрических диэлектрических волноводах с квадратичным, квадратичным с оболочкой и ступенчатым профилем показателя преломления. Модовые группы волновода с квадратичным профилем описываются полностью аналитически. Для волновода с квадратичным профилем с учетом оболочки проведен вывод характеристического уравнения для определения констант распространения. Для квадратичных с оболочкой и ступенчатых профилей проводится численный анализ характеристического уравнения. В работе представлено сравнение структуры модовых групп в разных типах волноводов и приведены численные оценки их параметров, полученные в процессе решения задачи построения модовых групп. Предложена методика оценки параметров огибающей импульса большой мощности состоящего из мод заданной модовой группы.

In the presented work, a detailed analytical and numerical analysis of the mode structure in cylindrical dielectric waveguides with a parabolic, parabolic with a cladding and a stepwise profile of the refractive index was carried out. Mode groups of a waveguide with a parabolic profile are described completely analytically. For a waveguide with a parabolic profile with a cladding, a derivation of the characteristic equation for determining the propagaion constants is carried out. For parabolic and stepwise profiles, a numerical analysis of the characteristic equation is carried out. The paper presents a comparison of the structure of mode groups in different types of waveguides and gives numerical estimates of their parameters obtained in the process of solving the problem of constructing mode groups. A technique for estimating the envelope parameters of a high-power pulse consisting of modes of a given mode group is proposed.