Автореферат (1102858)
Текст из файла
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТИМЕНИ М.В. ЛОМОНОСОВАФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТНа правах рукописиСкорынин Александр АндреевичДИНАМИКА ОПТИЧЕСКИХ ИМПУЛЬСОВ ПРИ БРЭГГОВСКОЙДИФРАКЦИИ В ГЕОМЕТРИИ ЛАУЭ В ЛИНЕЙНЫХ И НЕЛИНЕЙНЫХФОТОННЫХ КРИСТАЛЛАХСпециальность 01.04.05 – ОптикаАвтореферат диссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукМосква – 2013Работа выполнена на кафедре общей физики физического факультетаМосковского государственного университета имени М.В. ЛомоносоваНаучный руководитель:доктор физико-математических наук,профессорМанцызов Борис ИвановичОфициальные оппоненты:доктор физико-математических наук,профессорМаймистов Андрей Иванович,НИЯУ МИФИкандидат физико-математических наук,Карташов Ярослав Вячеславович,старший научный сотрудник, ИСАНВедущая организация:НИЦ «Курчатовский институт»Защита состоится 27 июня 2013 г.
в 11-30 часов на заседаниидиссертационного совета Д 501.001.67 при Московском государственномуниверситете имени М.В. Ломоносова по адресу: 119991, ГСП-2, Москва,Ленинские горы, МГУ им. М.В. Ломоносова, дом 1, строение 2, физическийфакультет, физическая аудитория имени Р.В. Хохлова.С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотекеМосковского государственного университета имени М.В. Ломоносова.Автореферат разослан «» мая 2013 г.Ученый секретарьдиссертационного совета Д 501.001.67,к. ф.-м.
н., доцентКоролев А.Ф.Актуальность работыВ настоящее время все большее значение в науке и технике приобретаетиспользование коротких импульсов лазерного оптического излучения. Такиесигналы используются для передачи и обработки информации, дляисследования и модификации материалов. Поиск новых методов генерации иуправления параметрами коротких лазерных импульсов является актуальнойзадачей. Одним из наиболее перспективных направлений её решения являетсяисследование оптических явлений, возникающих при брэгговской дифракцииизлучения в периодических структурах.С момента появления искусственных одно-, двух- и трехмерных структурс периодом модуляции оптических свойств порядка длины волны видимогосвета – фотонных кристаллов (ФК), наиболее широко экспериментально итеоретически были исследованы задачи, связанные с брэгговской дифракциейна отражение (геометрия Брэгга).
Отличительной чертой этой геометриидифракции в ФК является наличие особой спектральной области – фотоннойзапрещенной зоны (ФЗЗ), в которой падающее излучение эффективноотражается, проникая в структуру на относительно малую глубину. За счетрешеточной дисперсии, вызванной дифракцией на периодической структуре,внутри ФЗЗ и в её окрестностях, наблюдается ряд линейных и нелинейныхэффектов, которые были хорошо изучены и в настоящее время нашлипрактическое применение.Кроме геометрии Брэгга, при описании распространения излучения впериодических структурах выделяют схему на прохождение (геометрия Лауэ).В этой геометрии отсутствует ФЗЗ – падающее излучение даже в спектральнойобласти наиболее сильной решеточной дисперсии распространяется сквозьструктуру.
Динамическая дифракция в этой геометрии приводит квозникновению маятникового эффекта, заключающегося в периодическойперекачке энергии проходящих и дифрагированных волн с расстоянием. Посравнению с геометрией Брэгга, теоретическим и экспериментальнымисследованиям брэгговской дифракции оптического излучения в ФК вгеометрии Лауэ уделялось значительно меньше внимания. Преимущественнорассматривались структуры с толщиной не более нескольких периодовмаятникового эффекта: тонкие структуры с большой величиной модуляциипоказателя преломления и протяженные структуры с малой величиной3модуляции. Это может быть связано с технологической сложностьюизготовления ФК, обладающих высоким контрастом показателя преломления ибольшими пространственными размерами, а также ограниченностьюсуществующих подходов к описанию распространения оптического излученияв таких структурах.Динамика излучения при линейной дифракции в геометрии Лауэрассматривалась в ФК с малой величиной модуляции показателя преломления,где были обнаружены маятниковый эффект [1], компрессия чирпированногоимпульса [2] и модуляция его профиля [3].
В тонких ФК с большой величиноймодуляции была исследована локализация поля излучения, показаны наличиемаятниковогоэффектаивозможностьуправлениянаправлениемраспространения импульсов [4, 5]. В работе [6] был теоретически предсказанэффект дифракционного деления пространственно неограниченного импульсапри дифракции в геометрии Лауэ в нелинейном ФК, в виде брэгговскойрешетки из тонких слоев резонансных примесей. Наличие этого эффектадифракционного деления импульса (ДДИ) для случая линейного ФК былопредсказано в работе [7], в которой была предложена динамическая теориядифракции имеющая ряд ограничений, в частности, она не позволялаопределить возможность экспериментального наблюдения эффекта иограничивалась рассмотрением только s-поляризованного падающегоизлучения.В настоящее время, в связи с появлением эффективных методовизготовления протяженных ФК высокого оптического качества с достаточнобольшой величиной контраста показателя преломления ( ∆n / n ~0.1), возрастаетинтерес к возможности обобщения динамической теории дифракции на случайпространственно ограниченных импульсов и пучков оптического излучения,что позволит описать распространение излучения в реальных образцах ФК.Важной задачей становится исследование динамики лазерного излучения приэффекте ДДИ в ФК с учетом поляризационной чувствительности, а такжепространственной локализации поля и компрессии импульсов.
Интереспредставляет рассмотрение особенностей ДДИ при динамической дифракции вгеометрии Лауэ в ФК с нелинейностью, в том числе кэрровского типа, а такжевозможность образования солитонов.Таким образом, актуальность диссертационной работы обусловленашироким кругом фундаментальных и прикладных задач, связанных спроблемами управления динамикой и параметрами оптических импульсов.4Решение этих задач является важным шагом для создания на основе ФКкомпактных эффективных устройств, предназначенных для использования воптических системах связи и лазерной технике.Цель и задачи диссертационной работыЦелью диссертационной работы является исследование динамикиоптических пространственно ограниченных импульсов и пучков прибрэгговской дифракции в геометрии Лауэ в линейных и нелинейных фотонныхкристаллах с большой величиной контраста показателя преломления (~0.1).Для достижения указанной цели в работе были поставлены и решеныследующие задачи.1.
В наиболее общем виде получить теоретическое описание динамическойбрэгговской дифракции пространственно ограниченных волновых пакетов вгеометрии Лауэ в линейных одномерных ФК c большой модуляциейпоказателя преломления. В рамках этой теории исследовать динамику поляпри ДДИ, получить зависимость величины эффекта от параметровструктуры и падающего излучения.2. Исследовать компрессию частотно-модулированных импульсов ипоперечное сжатие волновых пакетов с пространственной модуляцией фазы,при динамической брэгговской дифракции в ФК.3. Исследовать динамику поля в ФК при большом числе периодовмаятникового эффекта и получить оценку возможности использования такихструктур для реализации полностью оптического переключения.4.
Исследовать пространственное распределение поля при эффекте ДДИ дляограниченного импульса и пространственное деление пучка в ФК с большойвеличиной модуляции. Рассмотреть возможность наличия оптическогоэффекта Бормана в таких структурах.5. Рассмотреть в рамках двухволнового подхода динамику импульсов вгеометрии Лауэ в ФК с кубической нелинейностью. Исследоватьчисленными методами солитоноподобные режимы распространенияимпульсов, возникающих при ДДИ в таких структурах.Научная новизна работыНаучная новизна результатов работы заключается в следующем.1. Впервые получено описание распространения ограниченных импульсов ипучков при динамической брэгговской дифракции в геометрии Лауэ в52.3.4.5.линейных одномерных ФК c относительно большим контрастом показателяпреломления.Теоретически предсказаны новые эффекты при динамической дифракции вФК в геометрии Лауэ: дифракционное деление пространственноограниченного импульса, селективная компрессия и селективнаяфокусировка фазомодулированных импульсов.Впервые проведено исследование поляризационной чувствительностиэффекта ДДИ в ФК и показано, что в результате деленияплоскополяризованного импульса внутри структуры образуются от двух дочетырех импульсов.Впервые показана возможность эффективного переключения направленияраспространения излучения оптического импульса при наличии большогочисла периодов маятникового эффекта в ФК с большим контрастомпоказателя преломления.Предсказано возникновение Лауэ-солитона при динамической дифракции вгеометрии Лауэ в кубически нелинейном ФК.Практическая значимость работыИсследованные в работе эффекты дифракционного деления импульсов,селективной компрессии и фокусировки лазерных импульсов, а такжемаятниковый эффект, являются перспективными в плане практическогоприменения в таких областях как нанофотоника, телекоммуникации,информационные системы, лазерная техника.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
