Details

Данная работа посвящена исследованию фотонных свойств диэлектрического резонатора в форме параллелепипеда, в частности — эффекту расщепления фотонных мод при введении щели в структуру. Предметом исследования являются фотонные моды диэлектрического резонатора и их спектральные параметры: частота, добротность, интенсивность, параметр Фано. Цель — экспериментальное и численное исследование эволюции фотонных мод резонатора при изменении геометрии резонатора, а также анализ с использованием теории квазинормальных мод и модели Фано. Методологическая основа работы включает экспериментальные измерения спектров экстинкции методом микроволновой спектроскопии в безэховой камере, численное моделирование в среде COMSOL Multiphysics на основе метода конечных элементов, а также аналитическую обработку данных по модели Фано и теории квазинормальных мод для интерпретации спектров. Основные результаты: 1. Экспериментально обнаружены гребёнки Фано-резонансов в спектрах рассеяния света на диэлектрическом параллелепипеде. 2. Спектры рассеяния проинтерпретированы с помощью теории квазинормальных мод. 3. Установлена сильная чувствительность симметричных мод к наличию узкой щели, при почти полной нечувствительности антисимметричных мод. 4. Проведена аппроксимация экспериментальных спектров по модели Фано. Эксперимент прекрасно совпадает с расчетными данными. 5. Выявлено нетривиально поведение добротности отдельных мод при малых размерах щели. Область применения результатов включает разработку многочастотных оптических датчиков, фильтров и спектрально селективных устройств, чувствительных к изменению геометрии или диэлектрических свойств среды, помещённой в щель резонатора.

This thesis is devoted to the investigation of photonic properties of a dielectric resonator shaped as a rectangular parallelepiped, with particular focus on the effect of photonic mode splitting caused by introducing a narrow gap into the structure. The subject of the study is the behavior of photonic modes in a dielectric resonator and their spectral characteristics, such as resonance frequency, quality factor, intensity, and the Fano asymmetry parameter. The main objective is to experimentally and numerically study the evolution of photonic modes under geometrical perturbations of the resonator, supported by analysis based on the quasinormal mode (QNM) theory and the Fano model. The methodology includes experimental measurements of extinction spectra using microwave spectroscopy in an anechoic chamber, numerical modeling in COMSOL Multiphysics using the finite element method, and analytical processing of the data through Fano fitting and QNM decomposition for interpretation of the scattering spectra. Main results: 1. Fano-resonance combs were experimentally observed in the light scattering spectra of the dielectric parallelepiped.  2. The observed spectra were interpreted using quasinormal mode theory.  3. A strong sensitivity of symmetric modes to the presence of a gap was observed, while antisymmetric modes remained nearly unaffected. 4. Experimental spectra were successfully fitted using the Fano model, showing excellent agreement with numerical simulations. 5. A nontrivial behavior of the quality factor for certain modes was observed at small gap sizes. The results of this work are applicable in the development of multi-frequency optical sensors, filters, and spectrally selective devices that are sensitive to geometric changes or variations in the dielectric environment inside the resonator gap.

• ВВЕДЕНИЕ
• ГЛАВА 1. РЕЗОНАНСНАЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ФОТОНИКА
• Современные тенденции в резонансной фотонике
• Резонансы Фано
• Расщепление фотонных мод
• ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ
• Микроволновая спектроскопия
• Керамические образцы
• ГЛАВА 3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ЧИСЛЕННЫЕ МЕТОДЫ
• Теория квазинормальных мод
• Метод конечных элементов
• ГЛАВА 4. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
• Одиночный диэлектрический брусок
• Расщепление фотонных мод
• Аппроксимация экспериментальных спектров
• ЗАКЛЮЧЕНИЕ
• СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ