Автореферат (1102858), страница 2
Текст из файла (страница 2)
На их основе могут бытьразработаны компактные устройства для деления лазерных импульсов суправляемой задержкой, компрессоры, брэгговские линзы и оптическиемаршрутизаторы.Положения, выносимые на защиту1. Теория динамической брэгговской дифракции лазерного излучения вгеометрии Лауэ в линейных одномерных ФК c относительно большимконтрастом модуляции показателя преломления (~0.1).2.
Эффект дифракционного деления пространственно ограниченногооптического импульса в ФК и его поляризационная чувствительность.3. Селективная компрессия чирпированных импульсов в ФК, заключающаяся всжатии либо бормановского, либо антибормановского импульсов, иселективная фотонно-кристаллическая линза.64. Поляризационная и высокая спектральная чувствительность направленияраспространения излучения при дифракции в ФК с большим числомпериодов маятникового эффекта.5.
Наличие эффекта Бормана для оптических импульсов и устойчивостьлокализации поля при дифракции коротких пространственно ограниченныхимпульсов в ФК.6. Формирование Лауэ солитона модифицированного нелинейного уравненияШредингера при ДДИ в геометрии Лауэ в ФК с кубически нелинейнойрешеткой.Апробация результатовОсновные результаты работы были доложены на 22 научныхконференциях, школах и семинарах: Международная конференция«Фундаментальные проблемы оптики» (С.Петербург, 2008, 2010, 2012);Всероссийская школа-семинар «Физика и применение микроволн»(Звенигород, 2009, 2010, 2011, 2012); XII Московская международнаякоммуникационная конференция студентов и молодых ученых «Молодежь инаука» (Москва, 2009); Конференция «Ломоносов-2010», секция «физика»(Москва, 2010); Международная конференция ICONO/LAT (Kazan, 2010); OSAOptics & Photonics Congress (Karlsruhe, Germany, 2010); Научно-техническаяконференция «Твердотельная электроника.
Сложные функциональные блокиРЭА» (Москва, МНТОРЭС им. А.С. Попова, 2011); III международнаямолодежная научная школы-семинар «Современные методы анализадифракционных данных дифракционные методы для нанотехнологии»(Великий Новгород, 2011); VII международная конференция молодых ученыхи специалистов «ОПТИКА – 2011» (Санкт-Петербург, 2011); Int. WorkshopNonlinear Photonics: Theory, Materials and Applications (St.Petersburg, 2011); 2ndChinese-Russia Summer school on laser physics (Beijing, 2012); 20th InternationalSymposium “Nanostructures: Physics and Technology” (Nizhny Novgorod, 2012),Foundations & Advances in Nonlinear Science (16-th International ConferenceSchool) and Advances in Nonlinear Photonics (International Symposium) (Minsk,Belarus, 2012); 50 years of Nonlinear Optics Symposium (Barcelona, 2012); 15thInternational Conference “Laser Optics 2012” (Saint-Petersburg, 2012);Международная конференция IONS-11 (Paris, Ecole Polytechnique, 2012);Frontiers in Optics Conference, OSA (2012).7ПубликацииМатериалы диссертации опубликованы в 31 печатной работе.
Из них 5статей в рецензируемых научных журналах, входящих в перечень ВАК [А1А5], и 26 работ в сборниках трудов конференций [А6-А31]. Список публикацийприведен в конце автореферата.Структура и объем диссертацииДиссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и спискацитируемой литературы. Общий объем составляет 148 страниц. Диссертациявключает 49 рисунков. Список цитируемой литературы содержит 132наименования.Содержание работыВовведенииобоснованаактуальностьвыбраннойтемы,сформулированы цель и задачи, дана общая характеристика работы. Приведеныположения, выносимые на защиту, наиболее важные результаты исследований,описаны их новизна и практическая значимости.Глава 1 содержит обзор литературы, отражающей современноесостояние проблем в области исследования динамики электромагнитногоизлучения в периодических структурах.
Представлены описание динамическойтеории дифракции рентгеновского излучения и её основные результаты.Изложены основные теоретические и экспериментальные результаты,полученные при рассмотрении динамической дифракции в геометрии Брэгга влинейных и нелинейных ФК. Особое внимание уделено дифракции в геометрииЛауэ в тонких ФК и ФК с малой величиной модуляции показателяпреломления.
Основной акцент сделан на изменение параметров импульсов прираспространении: эволюцию профиля, пространственную и временнуюкомпрессию, изменение направления распространения и др. Рассмотреныимеющиеся теоретические результаты по описанию эффекта ДДИ в линейных инелинейных ФК.В главе 2 развита теория динамической брэгговской дифракциипространственно ограниченных оптических импульсов в геометрии Лауэ влинейных толстых, по сравнению с периодом маятникового эффекта,одномерных ФК c большой величиной контраста показателя преломления.В первом параграфе с использованием спектрального подхода вдвухволновом приближении решена граничная задача для волнового уравнения8 ∇ε 2∆E + ∇ E ⋅ + k εE = 0 ,ε(1)где E – вектор электрического поля, ε – периодическая функциядиэлектрической проницаемости ФК, k = ω / c – модуль волнового вектора, ω –частота излучения, c – скорость света в вакууме. Из (1) получена системадинамических уравнений для амплитуд проходящих и дифрагированных волн,описывающая дифракцию произвольно плоскополяризованного излучения вФК.Для случая s-поляризации с учетом граничных условий для каждойспектральной компоненты импульса получено решение системы, описывающеедве пары возникающих внутри структуры проходящих и дифрагированныхволн с волновыми векторамиq gj = e x ( q0 x − g ) + e z qzj , g = 0, h, j = 1,2 ,где h – волновой вектор обратной решетки ФК, q0 x – проекция волновоговектора на ось x, направленную вдоль входной поверхности и перпендикулярнослоям ФК, qzj – проекции волновых векторов на ось z, направленную вдольплоскости слоев структуры.
Проекция q0 x определяется из граничных условий,а qzj из дисперсионного уравненияqzj( S )2 ( q0 x , ω ) = k 2 χ0 − q02x + hα0 ∓ h 2α 02 + C ( S )2 χ 2 k 4 ,(2)где α 0 = q0 x − h / 2 – величина отстройки от условия Брэгга, χ 2 = χ h χ − h , χ 0 , χ hиχ−h–фурье-амплитудыпространственныхгармоникфункциидиэлектрической проницаемости структуры, C ( s ) = 1 – поляризационныйфактор.Каждое решение дисперсионного уравнения (2) описывает волновыевектора дифрагированной и проходящей волн, сумма полей которых длякаждого j внутри ФК формирует стоячую в направлении x волну –собственную моду структуры. Моду с индексом «1», имеющую пучности вслоях ФК с меньшим показателем преломления, называют бормановской, а синдексом «2», имеющую пучности в слоях с большим показателем, –антибормановской.9Рисунок 1 –Пространственноераспределение модулясуммарного электрическогополя при дифракциипространственноограниченного импульса вФК в различные моментывремени, рассчитанное поформулам (3).
Линиямипоказаны границыструктуры. Показателипреломления ФК n1 = 1.4 иn2 = 1.3 , его периодd = 800 нм, длина волныизлучения λ = 800 нм, уголпадения совпадает с угломБрэгга θ B = 30°Получены выражения, описывающие пространственно-временноераспределение проходящего и дифрагированного полей волновых пакетов,образованных этими волнами:(S)gE( x, z, t ) = e y∞ ∞∫ ∫B(S )g( q0 x , ω , z ) Ein ( q0 x , ω ) exp(iqgx x − iωt )dq0 x d ω , g = 0, h , (3)−∞ −∞где Bg( S ) ( q0 x , ω , z ) =∑Ej =1,2(S )gjexp(iqz( Sj ) z ) ,E g( Sj )–спектральныеамплитуды,определяемые при решении граничной задачи.Во втором параграфе с использованием (3) проведено исследованиединамики поля падающего излучения и продемонстрировано наличие эффектаДДИ для пространственно ограниченного импульса (рис. 1).
Показано, что врезультате дифракции каждый падающий импульс образует внутри ФК дваимпульса – бормановский и антибормановский – с различными групповымискоростями. На выходе из структуры спектральные компоненты проходящего идифрагированного излучения перестают быть связаны динамическойдифракцией, поэтому волны разделяются, что приводит к формированию10последовательности из двух импульсов в проходящем и дифрагированномнаправлениях.Втретьемпараграфеполученывыражения,описывающиеколичественные характеристики эффекта ДДИ.
Показано, что временнойинтервал между импульсами на выходе t12 , зависит от параметров излучения иструктуры. Для случая падения импульса под углом Брэгга получено простоеаналитическое выражениеt12( s ) = L χ ( χ 0 − 2sin 2 θ B ) / cγ 03 ,(4)где γ 0 = ( χ 0 − sin 2 θ B ) , θ B – угол Брэгга, L – толщина ФК.1/2Ограничения на пространственные размеры импульса и другиепараметры падающего излучения, при которых дифракция описываетсярассматриваемой теорией и наблюдается ДДИ, были получены из анализадисперсионного уравнения и коэффициентов, входящих в (3). Так толщинаструктуры, при которой наблюдается ДДИ, должна быть не менееs)L(DIPS= 2τ 0 cγ 03 / χ ( χ 0 − 2sin 2 θ B ) .Полученные в главе 2 результаты были опубликованы в работах [А1-А5].Глава 3 содержит описание решений задач динамики лазерныхимпульсов при ДДИ в ФК, связанных с поляризационной чувствительностьюэффекта и компрессией фазомодулированных волновых пакетов.
Проведеносравнение теоретических результатов с экспериментальными данными,полученными при наблюдении ДДИ в реальных ФК.В первом параграфе получены решения системы динамическихуравнений для случая p-поляризованного падающего излучения.
В этом случаеволновые векторы индуцируемых в структуре волн описываютсядисперсионным уравнением, аналогичным (2), в котором величинаполяризационного фактора принимает иной вид:1/2C ( P ) = 1 − h 2 / χ 0 k 2 + h 2 ( h − q0 x ) q0 x / χ 0 2 k 4 .(5)Дисперсионные зависимости для s- и p-поляризации показывают, что вобоих случаях при точном выполнении условия Брэгга групповые скоростиимпульсов, определяемые нормалями к дисперсионным кривым, направленывдоль плоскостей слоев ФК (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
