ИСТИНА

Настоящий проект направлен на решение фундаментальной задачи о взаимодействии фемтосекундного лазерного импульса с классом оптических метаматериалов, в которых за счет искусственной дисперсии возможно резонансное возбуждение поверхностных плазмон-поляритонов или резонансные магнитооптические эффекты. Эти эффекты проявляются в существенной модификации временного профиля фемтосекундного импульса, прошедшего через структуру или отраженного от нее, причем информация о характере этих эффектов содержится как в профиле амплитуды электромагнитного поля световой волны, так и в профилях его фазы и поляризации. Недавно авторами проекта был предложен новый метод поляризационно-чувствительной кросс-корреляционной спектроскопии, с помощью которого удалось обнаружить существенную модуляцию поляризации импульса отраженного от плазмонного кристалла на временах менее длительности импульса [Shcherbakov et al., PRL 108, 253903 (2012)]. В данном проекте предлагается развить новую методику, которая объединит измерения с временным разрешением амплитуды, фазы и поляризации электромагнитного поля фемтосекудного импульса, что позволит наблюдать эффекты в плазмонных и магнитных нано- и микроструктурах, протекающие на временах десятков фемтосекунд и короче. Для этого необходима интеграция в эксперименте имеющейся поляризационно-чувствительной фемтосекундной схемы с методикой частотно-разрешающего оптического стробирования (FROG). Объектами исследования будут плазмонные кристаллы и метаматериалы из магнитных и немагнитных металлов и фотонные кристаллы из магнитных диэлектриков ? искусственно созданные объекты, в которых структурирование на масштабах нано- или микрометров приводит к новым интегральным оптическим и магнитооптическим свойствам или эффектам. Такие эффекты могут появляться за счет резонансного возбуждения поверхностных плазмон-поляритонов в плазмонных кристаллах или искусственной модификации закона дисперсии и создания фотонной запрещенной зоны для фотонов или плазмонов в фотонных или плазмонных кристаллах, соответственно. Таким образов, в проекте будут решаться два класса задач: изучение динамики распространения фемтосекундных плазмонных импульсов вблизи спектральных областей сложного поведения дисперсионных характеристик поверхностных плазмон-поляритонов в плазмонных метаматериалах, а также изучение фемтосекундной динамики магнитооптических эффектов Керра и Фарадея в магнитоплазмонных и магнитофотонных кристаллах.

В соответствии с целями второго годового этапа в 2014 году в рамках проекта проходили исследования фемтосекундной динамики магнитооптических эффектов Керра и Фарадея в магнитоплазмонных и магнитофотонных кристаллах с проведением спектроскопии в окрестности резонансов Фабри-Перо в микрорезонаторах и резонансов поверхностных плазмон-поляритонов. Кроме того, для фемтосекундной динамики эффекта Фарадея в микрорезонаторных структурах выполнялись численные расчеты. Проводилось дальнейшее развитие методики частотно-разрешающего оптического стробирования в приложении к поляризационным измерениям с целью уменьшения трудоемкости эксперимента и повышения его точности. Среди важнейших полученных оригинальных научных результатов стоит отметить экспериментальное наблюдение и теоретический расчет сверхбыстрого эффекта Фарадея в магнитофотонном микрорезонаторе в спектральной области замедления света (групповая скорость около одной десятой скорости света в вакууме). Максимально быстрый рост эффекта Фарадея со временем (0.15 градуса за 150 фс) соответствует центру микрорезонаторной моды. При этом стационарные значения эффекта Фарадея оказываются меньше мгновенных значений эффекта Фарадея по прошествии 150 фс. Экспериментальные данные хорошо согласуются с расчетными. Для импульсов длительностью 45 фемтосекунд, отраженных от магнитоплазмонного кристалла, продемонстрирована экспериментально динамика поперечного магнитооптического эффекта Керра. Эффект связан с резонансным возбуждением поверхностных магнитоплазмонов в магнитоплазмонном кристалле. Для различных длин волн накачки временная производная динамики эффекта может быть как положительной, так и отрицательной.