ИСТИНА

Проект направлен на исследование нелинейных оптических явлений в резонансных и нелинейных периодических структурах в условиях брэгговской дифракции, т.е. при наличии запрещенных фотонных зон. В качестве одного из основных направлений работы предполагается развить теорию взаимодействия мощных оптических импульсов со слабыми локализованными модами поля и малым числом возбужденных резонансных атомов в структуре. Основным ожидаемым результатом здесь является обнаружение кардинальных изменений динамики мощных импульсов (отражение, захват, неупругое взаимодействие и т.п.) за счет слабых взаимодействий со слабыми локализованными линейными модами или небольшим числом возбужденных атомов. Таким образом, предполагается продемонстрировать возможность эффективного управления светом с помощью света в фотонных кристаллах. Предполагается также обобщить полученные результаты на полупроводниковые структуры, периодически легированных резонансными редкоземельными ионами при произвольной концентрации примесей и форме профиля распределения плотности ионов. Другая часть проекта посвящена экспериментальным и теоретическим исследованиям эффектов распространения и взаимодействия предельно коротких импульсов электромагнитного излучения (видеоимпульсов) терагерцового диапазона частот в диспергирующих средах. В результате оптимизации одновременного воздействия как временной, так и пространственной дисперсий (в периодических структурах) следует ожидать значительного управляемого изменения параметров видеоимпульсов (фазы, амплитуды, формы и длительности) в оптически тонких средах.

В отчетный период (2004-2006гг.) были проведены теоретические исследования взаимодействия брэгговских солитонов в резонансном фотонном кристалле при наличии слабых возмущений в виде малой области некогерентно возбужденных атомов или слабых локализованных линейных мод поля. Показано, что в зависимости от параметров солитонов, а также ширины области возмущения и величины инверсии атомов, наблюдаются различные режимы распространения импульсов – свободное распространение солитонов (слабое взаимодействие с возмущением), задержанное отражение импульса (величина задержки зависит от величины инверсии атомов и размеров возбужденной области), захват импульса возбужденными атомами. Таким образом, продемонстрирована возможность эффективного управления динамикой интенсивных импульсов в фотонных кристаллах с помощью слабой инверсии атомов в малой пространственной области структуры, т.е. посредствам слабых неразрушающих структуру возмущений. Проведены теоретические исследования динамики распространения нестационарных нелинейных уединенных волн в резонансных структурах с фотонными запрещенными зонами. Впервые получено аналитическое решение для нового класса уединенных нелинейных волн - осциллирующего брэгговского солитона с ненулевой средней скоростью распространения, или оптического зумерона. Получены выражения для внутренних мод стоячего возмущенного брэгговского солитона самоиндуцированной прозрачности. Показано, что оптический зумероноподобный импульс появляется в результате биений двух внутренних мод с различными частотами и одинаковой формой. Экспериментально исследован процесс возбуждения поверхностных плазмонных волн на дифракционных решетках, демонстрирующих наличие запрещенных фотонных зон в терагерцовом диапазоне длин волн. Разработана новая методика визуализации интенсивности поля плазмонных волн при их распространении вдоль поверхности решетки. Численно показано, что в тонком фотонном кристалле возможна эффективная генерация сигнала второй гармоники, для которого не выполнены традиционные условия фазового синхронизма, рассчитанные в приближении тонких линий блоховских мод, причем интенсивность этого сигнала более чем на порядок превосходит интенсивность сигнала второй гармоники, для которого условия синхронизма в приближении тонких линий выполняются. Это явление объясняется уширением и перекрытием линий пространственных спектров различных дифрагированных блоховских волн в структуре, что приводит к модификации условий синхронизма в ограниченном фотонном кристалле как в случае сильной, так и слабой брэгговской дифракции излучения. Теоретически исследован процесс усиления сигналов разностной частоты терагерцового частотного диапазона, генерируемых при нелинейном параметрическом взаимодействии лазерного излучения в нелинейных фотонных кристаллах. Показана возможность значительного, более чем на три порядка по сравнению с однородной средой, повышения интенсивности нелинейных терагерцовых сигналов как за счет когерентного сложения волн, генерируемых в нескольких фотонных кристаллах, так и благодаря выбору специальной конфигурации квазидвумерной сверхрешетки фотонных кристаллов, каждый из которых представляют собой двупериодическую структуру. В рамках полуклассического приближения развита теория нелинейного взаимодействия когерентного интенсивного оптического излучения с резонансной периодической структурой с произвольным профилем распределения концентрации резонансных атомов. Выведены обобщенные двухволновые уравнения Максвелла-Блоха и получено аналитическое решение, описывающее распространение брэгговского солитона самоиндуцированной прозрачности в структурах с гармонической функцией концентрации резонансных атомов. С использованием формализма функции Грина решена линейная задача динамической дифракции излучения в совершенном фотонном кристалле в геометриях Брэгга и Лауэ для произвольного импульса электромагнитного излучения. Проведен анализ трансформации формы, длительности и поперечного сечения импульса в процессе дифракции и последующего его распространения в пространстве. Показано, что только симметричная брэгговская дифракция является оптимальной для исключения расплывания и искажения формы дифракционно отраженного импульса.