ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
|
ИПМех РАН |
||
Разработка теории и проведение экспериментов по распространению и взаимодействию волн в объеме и на поверхности сред с перестраиваемыми характеристиками позволит выявить новые типы дифракционных и дисперсионных явлений, предложить новые механизмы переключения и локализации волн. Наши исследования охватывают радиофизику, оптику, фотонику, плазмонику, магнитооптику, акустооптику. В проекте будет исследована дифракция волн на прозрачных и непрозрачных цилиндрах, созданных мощными пучками эллиптической формы другой частоты в дефокусирующих нелинейных средах. Непрозрачность достигается с помощью эффекта нелинейного полного внутреннего отражения. Дифракция узких и широких сигнальных пучков рассматривается в средах с различным типом нелинейности. Эксперименты по нелинейной дифракции будут выполнены с лазерными пучками, распространяющимися в кюветах с поглощающими жидкостями или заполненных газами с резонансной нелинейностью. В проекте впервые представлена динамика взаимодействия импульсных пучков – волновых пучков импульсного излучения. Анализ полного внутреннего отражения от неоднородной области, созданной импульсным пучком накачки, проводится с помощью численного моделирования и построения пространственно-временных траекторий. Последние позволяют найти критические условия полного отражения. Будет описано туннелирование через пространственно-временную неоднородность. Будет продолжено изучение параметрического взаимодействия импульсов, бегущих с разными скоростями в диспергирующей среде, которое сопровождается замедлением (убыстрением) и сдвигом частоты сигнала. Два импульса накачки могут создать ловушку для сигнала (аналог черной дыры или попутно движущегося волновода с двумя отражающими стенками). Особое внимание уделяется описанию дискретной декомпрессии (аналогу дискретной дифракции) короткого импульса в индуцированной временной решетке, в результате которой один сигнальный импульс разбивается на серию суб-импульсов. В проекте впервые будет изучен комплекс принципиально новых дифракционных и дисперсионных эффектов, сопровождающих распространение плазмонных импульсных пучков вдоль границы металлов или метаматериалов с кубично-нелинейными или гиротропными средами, имеющими однородную или периодическую структуру. В рамках оригинальной теории будет описана дефокусировка (самофокусировка) и декомпрессия (компрессия) плазмон-поляритонных волн. Параметрическое взаимодействие двух неколлинеарных плазмонных пучков или импульсов может привести, в частности, к изменению направления, частоты и скорости распространения. Заслуживает внимания анализ возбуждения плазмонных волн с фазовыми дислокациями. Также намечено исследовать металлодиэлектрические гетероструктуры, состоящие из периодически перфорированных или однородных слоев металла и диэлектрика. Будет исследован механизм увеличения интенсивности электромагнитного поля внутри гетероструктуры за счет возбуждения поверхностных плазмон-поляритонов, а также волноводных мод; будет проведен подробный анализ условий усиления интенсивности ближнего поля и найдены оптимальные параметры структуры. Практически важной задачей представляется исследование механизма перемагничивания магнитных пленок коротким (фемтосекундным) импульсом лазерного излучения при использовании металлодиэлектрических гетероструктур. Будет изучен обратный эффект Фарадея в пленке и создана модель процесса перемагничивания среды импульсом света с круговой поляризацией. Кроме того, будет исследован механизмы переключения в случае сегнетоэлектрических сред. В проекте ведется разработка акустооптических методов управления характеристиками терагерцового и дальнего инфракрасного излучения при использовании кристаллических сред с большим показателем преломления, таких как теллур и теллурид свинца, а также полимеров, характеризующихся низкой скоростью ультразвука. В этих средах коэффициент акустооптического качества оказывается существенно выше по сравнению с обычными материалами, что позволит нам реализовать дифракцию на ультразвуке и управлять характеристиками излучения при относительно малом уровне мощности акустической волны.
В рамках выполнения работ по проекту проведено теоретическое и экспериментальное исследование различных эффектов, связанных с управлением оптическим излучением, и получен ряд оригинальных результатов. Впервые исследована дифракция оптического импульса на движущейся решетке показателя преломления, индуцированной импульсом накачки в в квадратично-нелинейной среде. Продемонстрированы режимы мультиплексирования сигнала с появлением цуга субимпульсов, подавления решеточной дисперсии импульсов и захвата сигнального импульса в параметрический солитон. Используя свойства индуцированной бегущей решетки, можно управлять скоростью, частотой, задержкой и длительностью оптических импульсов. Исследована динамика столкновения слабого и мощного импульсных пучков в квадратично-нелинейных средах, описаны различные режимы: полное отражение и по пространственной и по временной координатам, частичное отражение только по одной из координат, туннелирование. Проведено экспериментальное исследование взаимодействия оптических пучков в средах с тепловой нелинейностью. Исследовано взаимодействие сигнального пучка с оптической неоднородностью, индуцированной несколькими пучками накачки. Cоздана автоколебательная оптоэлектронная система, основанная на эффекте полного отражения оптических пучков в нелинейных средах. Разработана теория нелинейного взаимодействия поверхностных плазмонов в средах с керровской и фоторефрактивной нелинейностью. Построена геометрооптическая и дифракционная теория преломления и отражения сигнального пучка от неоднородности, индуцированной мощным опорным пучком. Выявлен эффект туннелирования плазмонных пучков через узкую неоднородность. Изучена динамика импульсов плазмон-поляритонов в плазмонных структурах, параметры которых варьировались при помощи мощных импульсов накачки за счет кубично-нелинейных эффектов или термализации электронов металла. Предсказаны различные режимы распространения: увеличение/уменьшение групповой скорости, сжатие/расплывание импульса. Теоретически исследуются свойства поверхностных плазмон-поляритонных волн на границе оптически активных сред с металлами. Рассмотрено также распространение плазмона в трехслойной структуре с оптической активностью. Получены дисперсионные зависимости для двух плазмон-поляритонных мод. Найдены их профили и векторы поляризации в такой слоистой структуре. Проведено комплексное исследование интенсивностных магнитооптических эффектов в плазмонных кристаллах. Теоретически предсказаны меридиональный интенсивностный эффект и резонансное усиление экваториального эффекта Керра. Разработаны соответствующие физические модели и аналитические теории указанных эффектов. Предсказанные эффекты подтверждены экспериментально. Кроме того, предсказан обратный экваториальный магнитооптический эффект Керра. Выявлено, что этот эффект, а также обратный эффект Фарадея усиливаются при возбуждении поверхностных плазмон-поляритонов. Развита теория динамики плазмонных импульсов в квазипериодических плазмонных кристаллах. Продемонстрировано переключение между различными модами плазмонного импульса при изменении его центральной частоты и спектральной ширины. Впервые развита аналитическая теория, описывающая влияние неидеальности структуры плазмонных кристаллов на их оптический отклик. Выявлено, что при изменении толщины металлического слоя на стенках диэлектрической решетки изменение коэффициента прохождения достигает 60%. Впервые в эксперименте обнаружен эффект каскадной нелинейности при акустооптическом взаимодействии. Экспериментально реализовано преломление и полное отражение оптического пучка от ультразвука в квази-коллинеарных акустооптических фильтрах. Выявлены особенности планарных волновых пучков в средах, линейная или нелинейная восприимчивость которых модулирована в поперечном и продольном направлениях. Найдены условия подавления дифракционного расплывания пучков вследствие модуляции показателя преломления в периодически модулированных средах. Показаны режимы захвата солитона, его отражения и преломления при локальной модуляции нелинейной восприимчивости.
грант РФФИ |
# | Сроки | Название |
1 | 1 января 2011 г.-31 декабря 2013 г. | Теоретическое и экспериментальное исследование эффектов локализации и переключения волновых пучков и импульсов в естественных и искусственных нелинейных средах |
Результаты этапа: |
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".