ИСТИНА

Значительный прогресс в теоретической оптике и в создании технологий изготовления новых искусственных оптических материалов с необычными оптическими свойствами привел в последнее десятилетие к активному развитию теоретических и экспериментальных исследования по оптике РТ-симметричных сред. В этих средах с усилением и поглощением оказалось возможным наблюдать распространение оптических волн с действительной константой распространения как в консервативных средах. В теоретических работах неоднократно отмечалось, что из соотношения Крамерса-Кронига следует, что условие РТ-симметрии может точно выполняться лишь для дискретного набора резонансных частот. Таким образом, если не предпринимать специальных усилий, то учет материальной дисперсии среды неминуемо приведёт к нарушению условия РТ-симметрии для короткого импульса с конечным спектром в диспергирующей среде. По-видимому, по этой причине существует мало работ по исследованию динамики оптических импульсов в реальных РТ-симметричных средах. В настоящем проекте планируется проведение теоретических исследований по поиску путей решения этой проблемы, чтобы добиться значительного восстановления РТ-симметрийных свойств диспергирующих сред. Это позволит нам исследовать динамику распространения коротких оптических импульсов с конечным спектром и немонохроматических пучков в реальных диспергирующих средах. Планируется впервые провести теоретическое описание ряда оптических эффектов в диспергирующих РТ-симметричных линейных и нелинейных фотонных кристаллах для коротких импульсов и немонохроматических пучков. К таким явлениям относятся, в частности: однонаправленное нулевое дифракционное отражения в особой точке спонтанного распада РТ-симметричных мод поля при динамической дифракции в геометриях Брэгга и Лауэ; асимметричное временное и пространственное деление импульсов и пучков; частотное управление полностью оптическим переключением в РТ-симметричном фотонном кристалле; формирование и распространение временных оптических солитонов.

Significant progress in theoretical optics and in the creation of technologies for the production of new artificial optical materials with unusual optical properties led to the active development of theoretical and experimental studies on the optics of PT-symmetric media in the last decade. In these media with gain and loss it was possible to observe the propagation of optical waves with a real propagation constant, as in conservative media. In theoretical papers it was repeatedly noted that, as it follows from the Kramers-Kronig relation, the PT-symmetry condition can be exactly satisfied only for a discrete set of resonance frequencies. Thus, unless special efforts are made, the material dispersion of the medium will inevitably lead to a violation of the PT-symmetry condition for a short pulse with a finite spectrum in a dispersive medium. Apparently, for this reason, there are little works studying the dynamics of optical pulses in real PT-symmetric media. In this project, we plane to study theoretically the ways of this problem solving in order to achieve a significant restoration of the RT-symmetry properties of dispersive media. This will allow us to investigate the propagation dynamics of short optical pulses with a finite spectrum and non-monochromatic beams in real dispersive media. It is planned to carry out for the first time a theoretical description of a number of optical effects in dispersive PT-symmetric linear and nonlinear photonic crystals for short pulses and non-monochromatic beams. Such phenomena include, in particular: unidirectional zero diffraction reflection at the exceptional point of the spontaneous decay of PT-symmetric field modes under dynamic diffraction in the Bragg and Laue geometries; asymmetric temporal and spatial splitting of pulses and beams; frequency control of total optical switching in a PT-symmetric photonic crystal; formation and propagation of temporal optical solitons.

1. Анализ возможных путей эффективного восстановления РТ-симметрийных свойств среды в широком спектральном интервале за счет подбора определенных физически обоснованных параметров резонансной среды и импульсов (2018). 2. Развитие теории динамической брэгговской дифракции короткого лазерного импульса и немонохроматических пучков в РТ-симметричном диспергирующем ФК вблизи особой точки распада РТ-симметричных мод при дифракции в геометрии Лауэ. Решение спектральным методом соответствующей граничной задачи. Определение области параметров среды и импульсов/пучков, при которых возможно экспериментальное наблюдение РТ-симметричных эффектов в диспергирующих средах (2018 г.).

Проект направлен на решение ряда задач динамики коротких оптических импульсов в РТ-симметричных фотонных кристаллах с материальной дисперсией. Фактически, речь идет об обобщении на случай РТ-симметричных структур с материальной дисперсией ранее полученных результатов для консервативных ФК с решеточно-индуцированной дисперсией. У коллектива имеется значительный опыт в решении линейных и нелинейных задач взаимодействия лазерных импульсов с консервативными ФК. Были теоретически предсказаны и позднее совместно с экспериментальными группами из Московского университета и Института спектроскопии РАН обнаружены следующие эффекты: временное дифракционно-индуцированное деление фемтосекундных импульсов при брэгговской дифракции в геометрии Лауэ; описана селективная компрессия чирпированных импульсов; предложен новый механизм квазисинхронной генерации второй гармоники в ФК за счет наведения нелинейной решетки при маятниковом эффекте; распространение щелевого солитона и квазилинейного 2пи-импульса в непрерывном резонансном ФК. Наиболее близко к теме проекта относятся работы по исследованию распространения плоских волн и пучков в РТ-симметричных ФК без учета материальной дисперсии вне параксиального приближения. Таким образом, предлагаемые для решения задач проекта методы неоднократно эффективно использовались нами при решении задач динамической дифракции оптических импульсов и пучков в линейных и нелинейных консервативных ФК. Это позволяет надеяться на успешное использование этих методов в настоящем проекте. Для решения задач проекта у коллектива имеется портативная рабочая станция, доступ к мощным вычислительным кластерам, а также к высокоэффективным пакетам программ для численного моделирования взаимодействия излучения со структурами с неоднородным распределением диэлектрической проницаемости.