Μελέτη φαινομένων διάδοσης σε διηλεκτρικούς και φωτονικούς κυματοδηγούς

Abstract

This thesis studies the electromagnetic waves propagation phenomena in dielectric and photonic waveguides, as well as the effect of various types of discontinuities in their scattering properties. These waveguides are widely used as components in integrated optical systems, and the study of the scattering characteristics of various types of discontinuities is one of the most important issues in the field of integrated optics and optical sensors. Such discontinuities are the abrupt termination, the application of metallic shutter transverse to the propagation direction and the anisotropy in the refractive index distribution in waveguides with isolated substrate. In order to analyze the scatteringcharacteristics of such discontinuities, the integral equation method is applied in combination with a new technique, where the field is described by a series of Chebyshev polynomials and the desired convergence is achieved by increasing the terms of the series. Based on this analysis, numerical codes have been developed and several waveguide geometries have been considered, while emphasis has been given on the effects of the discontinuities in the scattering characteristics.

Η διατριβή πραγματεύεται τη μελέτη φαινομένων διάδοσης ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων σε διηλεκτρικούς και φωτονικούς κυματοδηγούς καθώς και την επίδραση διαφόρων τύπων ασυνεχειών στις ιδιότητες σκέδασής τους. Οι κυματοδηγοί αυτοί χρησιμοποιούνται ευρέως ως συστατικά μέρη σε ολοκληρωμένα οπτικά συστήματα και η μελέτη των χαρακτηριστικών σκέδασης από διάφορα είδη ασυνέχειας αποτελεί ένα από τα σημαντικότερα προβλήματα στον τομέα των ολοκληρωμένων οπτικών και των οπτικών αισθητήρων. Τέτοιες ασυνέχειες αποτελούν ο απότομος τερματισμός, η εφαρμογή μεταλλικού κλείστρου εγκάρσια στη διεύθυνση διάδοσης σε επίπεδους κυματοδηγούς, καθώς και η ανισοτροπία στην κατανομή του δείκτη διάθλασης σε κυματοδηγούς με μονωμένο υπόστρωμα. Για την ανάλυση των χαρακτηριστικών σκέδασης από τέτοιες ασυνέχεις εφαρμόστηκε η μέθοδος ολοκληρωτικών εξισώσεων σε συνδυασμό με μια νέα τεχνική ανάλυσης του πεδίου σε σειρά πολυωνύμων Chebyshev, όπου η επιθυμητή σύγκλιση επιτυγχάνεται με αύξηση των όρων της σειράς. Με βάση τη μελέτη αυτή αναπτύχθηκαν αριθμητικοί κώδικες με τη βοήθεια των οποίων εξετάστηκαν διάφορες γεωμετρίες κυματοδηγών, ενώ δόθηκε ιδιαίτερη έμφαση στην επίδραση των ασυνεχειών στα χαρακτηριστικά σκέδασής τους.