Отзывы оппонентов (Динамическая дифракция фемтосекундных лазерных импульсов в одномерных фотонных кристаллах)

отзыв официального оппонента на диссертационную работу Свяховского Сергея Евгеньевича «Динамическая дифракция фемтосекундных лазерных импульсов в одномерных фотонных кристаллах», представленной на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.2! - лазерная физика. Диссертация состоит из введения, 4-х глав и заключения и посвящена исследованию эффектов, возникающих при распространении электромагнитной волны в слоистых средах.

Важно отметить, что в последнее время стремительное развитие оптических технологий привело к созданию новой области оптики — оптики периодических структур, так называемых фотонных кристаллов. Данная диссертация посвящена созданию фотонных кристаллов и исследованию фемтосекундной динамической дифракции в них в геометрии Лауэ. Во введении отмечена важность исследования как для современной фундаментальной физики, так и для многочисленных приложений. Актуальность диссертации обусловлена фундаментальными вопросами распространения излучения в периодических средах. Первая глава посвящена обзору теоретических и экспериментальных результатов исследований в области динамической дифракции в периодических средах.

В частности, подробно рассмотрены численные и аналитические методы расчета оптических свойств фотонных кристаллов, а также динамическая дифракция на периодических структурах как в рентгеновском, так и в оптическом диапазоне. Во второй главе соискатель рассмотрел технологию создания фотонных кристаллов на основе пористого кремния и оксида кремния. Автором был усовершенствован метод электрохимического травления для создания структур, содержащих большое (до нескольких тысяч) число слоев.

При этом исследования, проведенные методом оптической спектроскопии, показали высокую степень периодичности на всей глубине структуры. Третья глава посвящена экспериментальному исследованию линейного эффекта дифракционного деления фемтосекундных импульсов света в слоистых фотонных кристаллах в геометрии Лауэ, Также было проведено численное моделирование методом конечных разностей, показавшее хорошее согласие с экспериментом. Четвертая глава посвящена исследованию возможности управления фемтосекундными импульсами при помощи временного деления в слоистых фотонных кристаллах.

В этой главе исследована зависимость эффекта временного деления от поляризации падающей волны. Также исследован вклад решеточной анизотропии и аннзотропии материальных компонент в эффект дифракционного деления фемтосекундных импульсов, Положительно оценивая большую и разностороннюю работу Свяховского Сергея Евгеньевича, содержание которой достаточно полно отражено в диссертации, должен сделать некоторые замечания.

В качестве недостатка диссертации следует упомянуть не выясненный вопрос о влиянии неоднородности распределения пор на эффективную диэлектрическую проницаемость слоя пористого оксида кремния. Неоднородность пор должна привести к переходу части когерентного излучения в диффузионное излучение и, следовательно, к наличию эффективных потерь. Автором проявлена хорошая эрудиция в области современной оптики.

Результаты диссертации были опубликованы в престижных международных журналах (в том числе в Рпуз!са! В.елею и !ожгла! оГ Арр!!ед Р!зуз!сз), а также представлены на многочисленных российских и международных конференциях, на семинарах в ведущих Российских и зарубежных институтах. Важно отметить, что в данной работе соискатель провел полный комплекс исследований от самостоятельного создания образцов и экспериментального измерения их свойств до аналитических расчетов и создания собственных пакетов программ для расчета распространения импульса света. На основании вышеизложенного считаю, что диссертационная работа С.Е, Свяховского на тему «Динамическая дифракция фемтосекундных лазерных импульсов в одномерных фотонных кристаллах» отвечает критериям ВАК РФ и требованиям Положения о порядке присуждения ученых степеней в редакции Постановления №342 Правительства РФ от 24 сентября 2013 г., предъявляемым к кандидатским диссертациям, а ее автор— Свяховский Сергей Евгеньевич заслуживает присуждения ему ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01,04.21 (лазерная физика).

Официальный оппонент кандидат физико-математических наук, Ведущий научный сотрудник ИТПЭ РАН Подпись А.М. Мерзликина411щуржЬ:-'' ' '.! '..-,'.'~~ а кандидат физико-математ~чЕ0ких и~м ' Ъ Ученый секретарь ИТПЭ ко А.М. Мерзликин А,Т. Купании официального оппонента на диссертационную работу Свяховского Сергея Евгеньевича «Динамическая дифракция фемтосекундных лазерных импульсов в одномерных фотонных кристаллах», представленную на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.21 — лазерная физика.

Одной из актуальных проблем современной оптики является исследование фундаментальных закономерностей, проявляющихся в фотонных кристаллах — новых оптических элементах, построенных из упорядоченных в пространстве микрострутур, К настоящему времени получена обширная информация о закономерностях взаимодействия электромагнитных волн с фотонными кристаллами. В частности, установлено существование в них так называемых стоп-зон, характеризующихся большим коэффициентом отражения; спектральных областей с отрицательным показателем преломления и аномальным уменьшением групповой скорости электромагнитных волн и т.д.. В диссертационной работе Свяховского С.Е. исследуется эффект дифракционноиндуцированного временного деления фемтосекундных лазерных импульсов в одномерных фотонных кристаллах при определенных геометриях экспериментов. Ранее такое явление было предсказано в теоретических работах, но не было надежно установлено в экспериментах.

Исследования такого рода являются оригинальными и представляют несомненный интерес для дальнейшего развития теории фотонных кристаллов при распространении через них очень коротких световых импульсов. Необходимость проведения такого рода исследования обусловлена возможностью управления с помощью фотонных кристаллов параметрами ультракоротких лазерных импульсов. Таким образом, тема диссертациошюй работы Свяховского С.Е. является актуальной как с общетеоретической, так и с прикладной точек зрения. Для решения поставленной в диссертационной работе задачи Свяховский С.Е.

разработал оригинальный метод создания одномерных фотонных кристаллов на основе электрохимического травления кремния. На первом этапе в результате электрохимического травления кристаллического кремния в растворе фтороводородной кислоты был разработан метод создания одномерных фотонных кристаллов на основе пористого кремния, содержащего несколько тысяч плоскопараллельных слоев двух типов. На втором этапе осуществлялся высокотемпературный отжиг полученных слоистых структур. В результате окисления кремния формировались одномерные фотонные кристаллы, состоящие из двух типов слоев, имеющих чйтко выраженные границы.

Таким образом, автором диссертационной работы был изготовлен фотонный кристалл из пористого кварца достаточно больших размеров, с большим числом слоев, при сохранении периодичности фотонного кристалла. Поры в созданных фотонных кристаллах были ориентированы нормально к поверхности образца, а соотношение высоты и ширины единичной поры составляло: 10:1. Согласно приведенным в диссертации сведениям, показатели преломления слоев созданного одномерного фотонного кристалла составляли 1, 48 и 1,32, а период фотонного кристалла равнялся 775 нм. Количественная информация о микроструктуре полученных в диссертации одномерных фотонных кристаллов была получена на основе анализа фотографий бокового скола образцов, полученных с помощью сканирующего электронного микроскопа.

Для проведения экспериментов по исследованию эффекта дифракционноиндуцированного временного деления фемтосекуцдных лазерных импульсов в созданных одномерных фотонных кристаллах была создана оригинальная установка, включающая в себя лазер на основе титаната сапфира с длиной волны генерации 800 нм, генерирующий сверхкороткие импульсы длительностью 50-100фс с частотой следования80 МГц и средней мощностью 100-400мВт. При анализе брэгговской дифракции с использованием известной геометрии Лауэ было показано, что для фотонных кристаллов из пористого кварца наблюдается эффект оптического деления фемтосекундных лазерных импульсов и установлено, что время деления таких импульсов пропорционально длине оптического пути в структуре.

Временное расстояние между импульсами достигало 0,6 пс, что удовлетворительно согласуется с теоретическими оценками. В результате проведения измерений при различных поляризационных установках автором диссертации было обнаружено, что время деления лазерных импульсов зависит от состояния его поляризации: в случае р-поляризации это время в 1,6 раза превьппает соответствующее время в з-поляризации. Экспериментально показана возможность управления характеристиками фемтосекундных лазерных импульсов прн прохождении их через одномерный фотонный кристалл в условиях временного деления импульсов. В частности, была установлена возможность селективного сжатия или расширения импульсов в зависимости от модуляции фазы электромагнитной волны.

Теоретический анализ полученных экспериментальных результатов бьш проведен на основе численного решения уравнений Максвелла методом конечных разностей для брэгговской дифракции в геометрии Лауэ в одномерных фотонных кристаллах, параметры которых соответствовали созданным образцам. В результате сопоставления теории с экспериментом были установлены границы применимости существующей к настоящему времени теории для описания наблюдаемых процессов оптического деления фемтосекундных лазерных импульсов в зависимости от длительности лазерных импульсов. Таким образом, в диссертационной работе Свяховского С.Е.

получены надежные экспериментальные данные, подтверждающие предсказание теории о дифракцнонноиндуцированном временном делении фемтосекундных лазерных импульсов в одномерных фотонных кристаллах. На основе самостоятельного теоретического исследования установлены границы применимости теории для описания закономерностей обсуждаемого эффекта в зависимости от длительности используемых фемтосекундных импульсов. Показано, что на основе наблюдаемого эффекта дифракционноиндуцированного временного деления фемтосекуидных лазерных импульсов в одномерных фотонных кристаллах возможно управление характеристиками сверхкоротких лазерных импульсов. Остановимся на некоторых недостатках, присутствующих в данной диссертации.