Search

Проблематика. Сьогодні подальше підвищення швидкості обробки та передавання інформації пов'язується з розробкою гібридних інтегральних схем, яки об'єднують в собі електричні та оптичні компоненти. Одної із важливих складових частин майбутніх оптичних інтегральних схем є фільтри, яки зручно виконувати із так званих дискових мікрорезонаторів з коливаннями шепочучей галереї. Технічно задача виготовлення таких фільтрів в інфрачервоному та навидь у видимому діапазонах довжин хвиль вирішена, але розрахунок параметрів та настройка багатоланкових фільтрів неможлива без подальшого розвитку теорії їх проектування. Розвиток цей теорії базується на електродинамічному моделюванні процесів, яки відбуваються у складних системах зв'язаних мікрорезонаторів, зв'язаних також і з лінією передачи. В наступний час дослідження фільтрів, побудованих на різних мікрорезонаторах не проводилось. Мета досліджень. Метою досліджень є розробка теорії розсіювання електромагнітних хвиль інтегральних оптичних ліній на системах зв'язаних між собою різних оптичних мікрорезонаторів з коливаннями шепочучей галереї. Розробка математичних моделей фільтрів, виконаних із застосуванням різних дискових мікрорезонаторів. Дослідження нових структур зв'язаних мікрорезонаторів з прийнятними характеристиками розсіювання. Методика реалізації. Для побудови математичної моделі фільтрів застосовано приблизне вирішення системи рівнянь Максвела, засноване на застосуванні теорії збурень. Застосуванні теорії збурень дозволило знайти вирішення задачі розрахунку S - матриці фільтра у аналітичному вигляді. Результати досліджень. Розроблена електродинамічна модель розсіювання хвиль оптичної лінії на системі зв'язаних мікрорезонаторів різної форми і виконаних із різного діелектрика. Досліджені нові структури мікрорезонаторів яки реалізують смугові та режекторні фільтрі та розраховані їх характеристики розсіювання. Висновки. Розширена теорія розсіювання електромагнітних хвиль на системах різних зв'язаних оптичних мікрорезонаторів. Дано нове визначення коефіцієнтів зв'язку різних мікрорезонаторів. Побудовані нові моделі фільтрів. Background. At the present time, further increase in the speed of processing and transmission of information is associated with the development of hybrid integrated circuits, combining electrical and optical components. One of the important constituent parts of future optical integrated circuits are filters that can be conveniently implemented using so-called disc microresonators with whispering gallery oscillations. Technically, the problem of manufacturing such filters in the infrared and even in the visible wavelength range has been solved, but calculation of parameters and tuning of multilink filters is impossible without further development of the theory of their building. The development of such a theory is based on the electrodynamic modeling of processes that occur in complex systems of coupled microcavities, coupled also with transmission line. At present, the study of filters built on different microresonators has not been carried out. Objective. The aim of the research is to construct the theory of scattering of electromagnetic waves of the integral optical transmission lines on systems of coupled different optical microresonators with whispering gallery modes. Development of mathematical models of filters constructed using various disk microresonators. Investigation of new structures of coupled microresonators with acceptable scattering characteristics. Methods. To construct a mathematical model of filters, an approximate solution of the Maxwell equations based on perturbation theory is used. The application of perturbation theory made it possible to find a solution to the problem of calculating the S-matrix of the filter in an analytical form. Results. An electrodynamic model for the scattering of optical transmission line waves by a system of different shapes coupled microresonators and made of different dielectrics is developed. New structures of microresonators, realizing bandpass and bandstop filters, are investigated and their scattering characteristics are calculated. Conclusions. The theory of scattering of electromagnetic waves by systems of various coupled optical microresonators is expanded. A new definition of the coupling coefficients of different microresonators is given. New models of filters are constructed. Проблематика. В настоящее время дальнейшее повышение скорости обработки и передачи информации связывается с расработкой гибридных интегральных схем, объединяющих в себе электрические и оптические компоненты. Одной из важных составляющих частей будущих оптических интегральных схем являются фильтры, которые удобно выполнять, используя так называемые дисковые микрорезонаторы с колебаниями шепчущей галлереи. Технически задача изготовления подобных фильтров в инфракрасном и даже в видимом диапазоне длин волн решена, однако расчет параметров и настройка многозвенных фильтров невозможна без дальнейшего развития теории их проектирования. Развитие такой теории основывается на электродинамическом моделировании процессов, которые происходят в сложных системах связанных микрорезонаторов, связанных также и с линией передачи. В настоящее время исследование фильтров, построенных на различных микрорезонаторах не проводилось. Цель исследований. Целью исследований является построение теории рассеяния электромагнитных волн интегральных оптических линий передачи на системах связанных между собой различных оптических микрорезонаторов с колебаниями шепчущей галлереи. Разработка математических моделей фильтров, выполненных с применением различных дисковых микрорезонаторов. Исследование новых структур связанных микрорезонаторов с приемлемыми характеристиками рассеяния. Методика реализации. Для построения математической модели фильтров использовано приближенное решение уравнений Максвелла, основанное на применении теории возмущений. Применение теории возмущений позволило найти решение задачи расчета S - матрицы фильтра в аналитическом виде. Результаты исследований. Разработана электродинамическая модель рассеяния волн оптической линии на системе связанных микрорезонаторов разной формы и выполненных из разного диэлектрика. Исследованы новые структуры микрорезонаторов, реализующих полосовые и режекторные фильтры и рассчитаны их характеристики рассеяния. Выводы. Расширена теория рассеяния электромагнитных волн на системах разных связанных оптических микрорезонаторов. Дано новое определение коэффициентов связи разных микрорезонаторов. Построены новые модели фильтров.

Приведено результати розрахунків коефіцієнтів взаємного зв’язку різноманітних дискових мікрорезонаторів з коливаннями шепочучої галереї, виконаних із різних матеріалів. Отримані аналітичні вирази для коефіцієнтів зв’язку. Розглянуті основні закономірності зміни зв’язку при варіації параметрів структури. Приведені результати розрахунків коефіцієнтів передачи та відбиття смугових фільтрів, побудованих на різних микрорезонаторах з різними видами коливань. Розраховані частотні залежності матриці розсіювання смугових фільтрів на різних дискових микрорезонаторах інфрачервоного діапазону довжин хвиль. Визначені значення добротності діелектрику, необхідні для отримання прийнятних характеристик розсіювання. Досліджені амплітудно-частотні характеристики смугових фільтрів на вертикально зв’язаних, а також зв’язаних по боковій стінці дискових мікрорезонаторах. Встановлено найбільш оптимальні конфігурації зв’язаних мікрорезонаторів, які дозволяють достигати найкращих характеристик розсіювання. Показано, що застосування мікрорезонаторів з коливаннями шепочучої галереї дозволяє відносно просто отримувати частотно-симетричні характеристики розсіювання фільтрів. The coupling coefficients of the disk microresonators, consisting of different dielectrics, are presented. The analytical expressions for the coupling coefficients are obtained. The basic regularities of the coupling coefficient changing on the structure parameter variations are considered. The coupling coefficients as functions of main structure parameters are studied. The calculation results of the transmission coefficients as well as the reflection coefficients of the bandpass filters, building up on different disk microresonators with different modes are presented. The S-matrix frequency dependences of the bandpass filters on different disk microresonators in the infrared wavelength range are calculated. The dielectric Q-factor values, necessary for acceptable measure of the scattering are determined. The amplitude-frequency characteristics of the bandpass filters on the vertically coupled as well as laterally coupled disc microresonators are investigated. Most optimal configurations of coupled microresonators, allowing to achieve the best scattering characteristics are determined. It’s showed that using of microresonators with whispering gallery modes allow relatively easy obtain frequency-symmetrical characteristics of the filters. Приведены результаты расчета коэффициентов взаимной связи различных дисковых микрорезонаторов с колебаниями шепчущей галереи, выполненных из разных материалов. Получены аналитические выражения для коэффициентов связи. Рассмотрены основные закономерности изменения связи при вариации параметров структуры. Приведены результаты расчета коэффициентов передачи и отражения полосовых фильтров, построенных на различных микрорезонаторах с разными видами колебаний. Рассчитаны частотные зависимости матрицы рассеяния полосовых фильтров на различных дисковых микрорезонаторах инфракрасного диапазона длин волн. Определены значения добротности диэлектрика, необходимые для получения приемлемых характеристик рассеяния. Исследованы амплитудно-частотные характеристики полосовых фильтров на вертикально связанных, а также связанных по боковой стенке дисковых микрорезонаторах. Установлены наиболее оптимальные конфигурации связанных микрорезонаторов, позволяющие достигать наилучших характеристик рассеяния. Показано, что применение микрорезонаторов с колебаниями шепчущей галереи позволяет относительно просто получать частотно-симметричные характеристики рассеяния фильтров.

Проблематика. Подальше підвищення швидкості передавання інформації визначається розробкою інтегральних схем, які одночасно об'єднують в собі функції різних приймально-передавальних пристроїв. Однією із важливих складових частин оптичних інтегральних схем є різноманітні фільтри, які виконуються на так званих мікрорезонаторах з коливаннями галереї, що шепоче. Технічно проблема виготовлення подібних фільтрів в інфрачервоному і навіть у видимому діапазоні довжин хвиль вирішена, однак розрахунок параметрів і настройка багатоланкових фільтрів неможлива без подальшого розвитку теорії їх проектування. Розвиток цієї теорії базується на електродинамічному моделюванні процесів, які відбуваються у складних системах зв'язаних мікрорезонаторів, зв'язаних також і з багатьма лініями передачі. В даний час дослідження фільтрів, побудованих на різних мікрорезонаторах не проводилося. Мета досліджень. Метою досліджень є розробка теорії розсіювання електромагнітних хвиль інтегральних оптичних ліній на системах зв'язаних між собою оптичних мікрорезонаторів з коливаннями галереї, що шепоче. Розробка математичних моделей Add-drop фільтрів, виконаних на основі оптичних мікрорезонаторів. Дослідження різних структур зв'язаних мікрорезонаторів з прийнятними характеристиками розсіювання. Методика реалізації. Для побудови математичної моделі фільтрів застосовано приблизне вирішення системи рівнянь Максвела, засноване на застосуванні теорії збурень. Застосуванні теорії збурень дозволило знайти вирішення задачі розрахунку S - матриці Add-drop фільтрів у аналітичному вигляді. Результати досліджень. Розроблена електродинамічна модель розсіювання хвиль оптичної лінії на системі пов'язаних мікрорезонаторів різної форми і виконаних з різного діелектрика. Досліджено нові структури мікрорезонаторів, що реалізують смугові і режекторні фільтри і розраховані їх характеристики розсіювання. Висновки. Розширена теорія розсіювання електромагнітних хвиль на системах зв'язаних оптичних мікрорезонаторів у нових багато зв'язних структурах оптичних ліній. Побудовані нові моделі фільтрів. Розраховані частотні залежності коефіцієнтів матриць розсіювання. Background. At the present time, further increase in the speed of processing and transmission of information is associated with the development of hybrid integrated circuits, combining electrical and optical components. One of the important constituent parts of future optical integrated circuits are filters that can be conveniently implemented using so-called disc microresonators with whispering gallery oscillations. Technically, the problem of manufacturing such filters in the infrared and even in the visible wavelength range has been solved, but calculation of parameters and tuning of multilink filters is impossible without further development of the theory of their building. The development of such a theory is based on the electrodynamic modeling of processes that occur in complex systems of coupled microcavities, coupled also with transmission line. At present, the study of filters built on different microresonators has not been carried out. Objective. The aim of the research is to construct the theory of scattering of electromagnetic waves of the integral optical transmission lines on systems of coupled different optical microresonators with whispering gallery modes. Development of mathematical models of filters constructed using various disk microresonators. Investigation of new structures of coupled microresonators with acceptable scattering characteristics. Methods. To construct a mathematical model of filters, an approximate solution of the Maxwell equations based on perturbation theory is used. The application of perturbation theory made it possible to find a solution to the problem of calculating the Smatrix of the filter in an analytical form. Results. An electrodynamic model for scattering of optical transmission line waves based on a system of coupled microresonators of different shapes and made of different dielectrics is developed. New structures of microresonators, realizing bandpass and bandstop filters, are investigated and their scattering characteristics are calculated. Conclusions. The theory of scattering of electromagnetic waves by systems of various coupled optical microresonators is expanded. A new definition of the coupling coefficients of different microresonators is given. New models of filters are constructed. Проблематика. В настоящее время дальнейшее повышение скорости обработки и передачи информации связывается с расработкой гибридных интегральных схем, объединяющих в себе электрические и оптические компоненты. Одной из важных составляющих частей будущих оптических интегральных схем являются фильтры, которые удобно выполнять, используя так называемые дисковые микрорезонаторы с колебаниями шепчущей галлереи. Технически задача изготовления подобных фильтров в инфракрасном и даже в видимом диапазоне длин волн решена, однако расчет параметров и настройка многозвенных фильтров невозможна без дальнейшего развития теории их проектирования. Развитие такой теории основывается на электродинамическом моделировании процессов, которые происходят в сложных системах связанных микрорезонаторов, связанных также и с линией передачи. В настоящее время исследование фильтров, построенных на различных микрорезонаторах не проводилось. Цель исследований. Целью исследований является построение теории рассеяния электромагнитных волн интегральных оптических линий передачи на системах связанных между собой различных оптических микрорезонаторов с колебаниями шепчущей галлереи. Разработка математических моделей фильтров, выполненных с применением различных дисковых микрорезонаторов. Исследование новых структур связанных микрорезонаторов с приемлемыми характеристиками рассеяния. Методика реализации. Для построения математической модели фильтров использовано приближенное решение уравнений Максвелла, основанное на применении теории возмущений. Применение теории возмущений позволило найти решение задачи расчета S - матрицы фильтра в аналитическом виде. Результаты исследований. Разработана электродинамическая модель рассеяния волн оптической линии на системе связанных микрорезонаторов разной формы и выполненных из разного диэлектрика. Исследованы новые структуры микрорезонаторов, реализующих полосовые и режекторные фильтры и рассчитаны их характеристики рассеяния. Выводы. Расширена теория рассеяния электромагнитных волн на системах разных связанных оптических микрорезонаторов. Дано новое определение коэффициентов связи разных микрорезонаторов. Построены новые модели фильтров.

Розвинута теорiя розсiювання електромагнiтних iмпульсiв в лiнiї передачи на системах зв’язаних дiелектричних резонаторiв рiзної форми та дiелектричної проникностi. Знайдено загальнi аналiтичнi вирази для огинаючих iмпульсiв, якi розсiюються на смугових та режекторних дiелектричних фiльтрах. Показано, що отриманi вирази переходять в вiдомi в окремих випадках однакових резонаторiв. Наведено результати розрахункiв обвiдної прямокутного та гауссовского iмпульсiв при їх розсiюваннi на смугових та режекторних фiльтрах терагерцового та iнфрачервоного дiапазонiв довжин хвиль, побудованих на рiзноманiтних дiелектричних резонаторах в рiзноманiтних лiнiях передачи. The theory of scattering of electromagnetic pulses in a transmission line on systems of coupled dielectric resonators of different shapes and dielectric permittivity is developed. General analytic expressions for envelope pulses scattered on band-pass and rejection dielectric filters are obtained. It is shown that for identical resonators the expressions found in special cases become known. The results of calculating the rectangular and Gaussian pulses scattered by bandpass and bandstop filters of the terahertz and infrared wavelengths, constructed on various dielectric resonators in various transmission lines, are presented. Развита теория рассеяния электромагнитных импульсов в линии передачи на системах связанных диэлектрических резонаторов разной формы и диэлектрической проницаемости. Получены общие аналитические выражения для огибающих импульсов, рассеиваемых на полосовых и режекторных диэлектрических фильтрах. Показано, что найденные выражения переходят в известные в частных случаях одинаковых резонаторов. Приведены результаты расчета прямоугольного и гауссовского импульсов при их рассеянии на полосовых и режекторных фильтрах терагерцового и инфракрасного диапазона длин волн, построенных на различных диэлектрических резонаторах в различных линиях передачи.

Introduction. Today a multiple-unit antenna properties, containing big number DRs are studied inefficiently. At present article a possibility of the antennas building produced on paraboloidal lattices consisting DRs of the cylindrical form with lowest magnetic type resonances is considered. The results. Calculation results of the antenna parameters on dielectric resonator paraboloidal lattices are presented. The space distribution of the radiation field patterns in the near and wave zones is considered. Reflection coefficient frequency dependence of the antennas is calculated. Possibility narrowing of the directional pattern is showed. Signals frequency selection performing as well as increased electromagnetic compatibility of the suggested structures is noticed. Conclusion. Adduced calculations indicate capability of the practical application lattices on DRs as well as building on their base a wide class of the frequency selective antennas in millimeter and sub millimeter wavelength ranges. Such antennas will have enhanced electromagnetic compatibility., Приведены результаты расчетов параметров антенн, построенных на параболических решетках цилиндрических диэлектрических резонаторов. Рассмотрены закономерности пространственного распределения излучаемого поля в ближней и волновой зонах. Рассчитаны частотные зависимости коэффициента отражения антенн. Показана возможность сужения ДН. Отмечено выполнение частотной селекции сигналов, а также повышенная электромагнитная совместимость предлагаемых конструкций., Приведено результати розрахунків параметрів антен, побудованих на параболічних решітках циліндричних діелектричних резонаторів. Розглянуті закономірності просторового розподілу поля випромінювання в ближній та хвильової зонах. Розраховані частотні залежності коефіцієнту відбиття антен. Показана можливість звуження ДС. Відмічено виконання частотної селекції сигналів, а також поліпшення електромагнітної сумісності запропонованих конструкцій.

The calculation results of the mutual coupling coefficients of different relative sizes cylindrical dielectric resonators with magnetic modes are presented. A general formula for the mutual coupling coefficients for an arbitrary orientation of the cylindrical DRs in the open space are obtained. The basic patterns of coupling coefficient changing with the variation of the relative position of the resonators are examined., Приведены результаты расчетов коэффициентов взаимной связи цилиндрических диэлектрических резонаторов различных относительных размеров с магнитными типами колебаний. Получена общая формула для коэффициентов взаимной связи для произвольной ориентации цилиндрических ДР в открытом пространстве. Рассмотрены основные закономерности изменения связи при вариации относительного положения резонаторов., Приведено результати розрахунків коефіцієнтів взаємного зв'язку циліндричних діелектричних резонаторів різних відносних розмірів з магнітними типами коливань. Знайдено загальна формула для коефіцієнтів взаємного зв'язку для довільної орієнтації циліндричних ДР у відкритому просторі. Розглянуті основні закономірності зміни зв'язку при варіації відносного положення резонаторів.

Приведены результаты расчетов коэффициентов взаимной связи дисковых диэлектрических резонаторов с колебаниями шепчущей галереи. Рассмотрены основные закономерности изменения связи при вариации параметров микрорезонаторов. Рассчитаны частотные зависимости матрицы рассеяния полосовых и режекторного фильтров на дисковых микрорезонаторах инфракрасного диапазона., Calculation results of the Disk dielectric microresonators coupling coefficients are presented. Microresonator coupling coefficients as a functions of main parameters is considered. S-matrix frequency dependences of both bandstop and bandpass filters on Disk microresonators of infrared wavelength range is calculated.

Наведено результати дослідження обвідних режекторними фільтрами в залежності від їх форми, часової довжини, частоти несучій, модуляції та ін. Розглянуто можливість стиснення імпульсів, а також процеси інтерференції, що виникають в результаті розсіювання декількох імпульсів. Сформульовано вимоги щодо параметрів волоконно-оптичних систем зв'язку. Pulses’ shapes at their scattering on the Dielectric Micro-resonator band-stop filters of theoptical communication systems were examined. Most widespread optical pulse envelopes depending on duration, frequency and modulation were studied.The requirements have been formulated for both the pulse parameters,filters and sources of fiberoptic communication systems. Приведены результаты исследования огибающих наиболее распространенных оптических импульсов, рассеиваемых режекторными фильтрами, в зависимости от их формы, временной длительности, частоты несущей, модуляции и др. Рассмотрена возможность сжатия импульсов, а также процессы интерференции, возникающие в результате рассеяния нескольких импульсов. Сформулированы требования к параметрам волоконно-оптических систем связи.