Автореферат (1105125), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Впервые установлено, что при падении лазерного импульса наметаматериал, состоящий из периодически расположенных в видедвухмерной решетки трехмерных спиралей, в нем могут возникатьсущественно различные режимы колебаний электрической и магнитнойчастей плотности энергии электромагнитного поля, обуславливающиеэффект селективного отражения циркулярно поляризованных компонентпадающего излучения.5. Впервые показано, что с ростом интенсивности циркулярнополяризованного по правому (левому) кругу сверхкороткого импульса(длительностью в несколько периодов колебаний электрического поля),падающего на образец, состоящий из достаточного числа сделанных изнелинейного материала правозакрученных (левозакрученных) спиралей,происходит расширение в сторону меньших частот границы частотногоинтервала, внутри которого практически все падающее излучение отражаетсяот среды.

Поляризованный по левому (правому) кругу сверхкороткийциркулярно поляризованный импульс в этом случае легко проходит черезсреду.Практическая ценность работы1. Найденные аналитические частные решения неинтегрируемойсистемы из двух нелинейных уравнений Шредингера из-за универсальностипоследней представляют интерес при анализе достаточно широкого кругафизических проблем, а также могут быть использованы для оценки точностичисленной схемы, применяемой при решении этой системы с произвольныминачальными и граничными условиями.2. Установленная зависимость скорости низкочастотного сдвига спектрауединенной волны от ее степени эллиптичности может быть использованадля плавной перестройки частоты лазерного излучения, а также дляполучения спектроскопической информации о компонентах тензоралокальной кубической восприимчивости, недоступной при измерениях слинейно поляризованными импульсами.3.

Результаты исследований влияния параметров структурной ячейкихирального метаматериала, состоящего из периодически расположенных ввиде двухмерной решетки трехмерных спиралей, на пропускание иотражение нормально падающего на образец эллиптически поляризованногосвета, позволяют построить и оптимизировать компактный циркулярныйполяризатор, диапазон частот которого зависит от интенсивности падающегоизлучения.4. Предложенная в диссертации модель кубического по полю откликаизотропной гиротропной среды и разработанная модификация методаконечных разностей во временной области (FDTD) может быть использованадлячисленногомоделированиявзаимодействияэллиптическиполяризованных импульсов произвольной формы и длительности снеоднородными оптически активными средами.Защищаемые положения1. Система уравнений для медленно меняющихся амплитуд циркулярнополяризованных компонент светового поля в изотропной среде с частотнойдисперсией и пространственной дисперсией кубической нелинейности имеетчастные аналитические решения в виде уединенных и кноидальных волн, укоторых не только интенсивность, но и состояние поляризации меняетсявдоль временного профиля.2.

Предложенная модель среды, обладающей частотной дисперсией инелокальностью нелинейного оптического отклика, дает возможностьзаписать материальные уравнения без широко используемого приближениямалости параметра пространственной дисперсии и корректно описать врамках метода конечных разностей во временной области (FDTD)распространение эллиптически поляризованных импульсов длительностью внесколько периодов колебаний электрического поля.3. Выбор формы лазерного импульса, нормально падающего наизотропную среду с аномальной частотной дисперсией и безынерционнойкубической нелинейностью, в виде солитонного решения системынелинейных уравнений Шредингера обеспечивает формирование в процессеего дальнейшего распространения (описываемого с помощью методаконечных разностей во временной области) эллиптически поляризованнойуединенной волны, даже если длительность падающего импульса меньшепериода колебаний электрического поля.4.

Возрастание степени эллиптичности эллипса поляризации уединеннойволны, распространяющейся в нелинейной среде с инерционным кубическимоткликом, приводит к изменению скорости сдвига ее несущей частоты.5. При падении эллиптически поляризованного лазерного импульсадлительностью в несколько периодов колебаний электрического поля наметаматериал, состоящий из периодически расположенных в видедвухмерной решетки трехмерных диэлектрических спиралей, в немвозникают различные режимы колебаний электрической и магнитной частейплотности энергии электромагнитного поля, обуславливающие эффектселективного отражения циркулярно поляризованных компонент падающегоизлучения.6. С ростом интенсивности поляризованного по правому (левому) кругуциркулярно поляризованного импульса, имеющего длительность в несколькопериодов колебаний электрического поля и падающего на метаматериал,состоящий из периодически расположенных в виде двухмерной решеткитрехмерных правозакрученных (левозакрученных) спиралей, обладающихбезынерционным кубическим откликом, происходит расширение частотногоинтервала, внутри которого практически все падающее излучение отражаетсяот среды, и сдвиг его нижней границы в сторону меньших частот.

Импульс спротивоположной поляризацией в этом случае легко проходит через среду.Структура и объём диссертационной работыДиссертация состоит из введения, трех глав, заключения и спискалитературы. В первом параграфе каждой главы приводится краткий обзорлитературы по рассматриваемой в ней проблеме и формулируются задачиисследования. Полный объем работы составляет 123 страницы. Списокцитированной литературы содержит 208 библиографических ссылок.Личный вклад автораРабота выполнена под руководством профессора, доктора физикоматематических наук В.А.

Макарова, совместно с которым определялосьнаправление исследований и проводилось обсуждение полученныхрезультатов. Автору принадлежит нахождение методов решенияпоставленных задач, создание и адаптация использованных в диссертациикомпьютерных программ, получение и интерпретация результатов. Частьизложенных в § 1.2 результатов получена совместно с кандидатом физикоматематических наук И.А. Пережогиным, который также принимал участие вобсуждении других результатов диссертации. Исследование распространенияразличных типов эллиптически поляризованных кноидальных волн (§ 1.4)проводилось при непосредственном руководстве доктора физикоматематических наук, профессора В.В. Шувалова и кандидата физико-математических наук В.М. Петниковой.

В численном решении уравненийМаксвелла, являющихся частью § 2.3, под руководством автора принималучастие студент физического факультета МГУ Г.А. Грязнов.Апробация работы и публикацииОсновные материалы диссертации докладывались на Международнойконференции “Фундаментальные Проблемы Оптики” (2008, СанктПетербург), Международных конференциях по когерентной и нелинейнойоптике (ICONO’2010, Казань; ICONO’2013, Москва), Международныхконференциях по лазерной физике (LPHYS’2008, Tрондхейм, Норвегия;LPHYS’2009, Барселона, Испания; LPHYS’2013, Прага, Чехия; LPHYS’2014,София, Болгария), Международной конференции по современным лазернымтехнологиям (ALT’12), Международной научной конференции «Оптикалазеров» (LO’2012, Санкт-Петербург), на Всероссийских конференциях пофотонике и информационной оптике (2013, Москва; 2014, Москва) иопубликованы в двадцати четырех работах, включая тринадцать статей вотечественных и зарубежных рецензируемых журналах, включенных вперечень ВАК Российской Федерации.Краткое содержание работыВо введении обоснована актуальность темы диссертационной работы,сформулированы ее цели, научная новизна, практическая ценность изащищаемые положения.В первой главе изложены полученные в рамках метода медленноменяющихся амплитуд результаты анализа распространения эллиптическиполяризованных импульсов и кноидальных волн в изотропных средах счастотной дисперсией и пространственной дисперсией кубическойнелинейности.

В первом параграфе дан краткий обзор проведенных ранееисследований.В § 1.2 рассмотрено самовоздействие однородно эллиптическиполяризованных (в начальный момент времени) импульсов гауссовой формыс длительностью  0 и пиковой интенсивностью I 0 , спектр которыхрасположен вдали от характерных резонансов среды, обладающейкубической нелинейностью и пространственной дисперсией нелинейногооптического отклика, характеризующихся тензорами четвертого и пятогорангов, ненулевые компоненты которых соответственно пропорциональныконстантам 1, 2 и 1 .Приведены результаты численного анализа системы нелинейныхуравнений Шредингера (НУШ) для медленно меняющихся комплексныхамплитуд A ( z, t )  Ax  iAy циркулярно поляризованных компонентэлектрического поля.

Найдены решения НУШ, описывающие формированиена расстояниях в несколько дисперсионных длин Ld эллиптическиполяризованных уединенных волн, временные огибающие циркулярнополяризованных компонент которых очень близки к гиперболическимсекансам (см. рис. 1). При этом степень эллиптичности их эллипсовполяризации M ( z, t )  (| A |2  | A |2 ) / 2I меняется вдоль временного профиляинтенсивностиI ( z, t )  (| A |2  | A |2 ) / 2 , а угол( z, t )  0,5 Arg( A A* )Рис. 1.

Зависимость нормированной интенсивности в центре распространяющегося импульса отz / Ld в процессе формирования эллиптически поляризованной уединенной волны (а),зависимости I  / I 0 | A | 2 / I 0 от t /  0 (пунктирные линии) в сформировавшейся уединеннойволне приz  5Ld(б), которые практически совпадают с аппроксимациейI / I0гиперболическими секансами (сплошные линии) и степени эллиптичности от t /  0 (штрихпунктирная кривая) при M ( z  0, t )  0.4 , 1 Ld I 0  5 ,  2 / 1  2 ,  0,1  0поворота их главных осей одинаков вдоль импульсов и линейно возрастает сростом координаты распространения. Их поиск был связан с решениемзадачи на собственные значения полученной в диссертации системыобыкновенных нелинейных дифференциальных уравнений второго порядкадля | A | . С помощью теории возмущений определены границы измененийсобственных значений, при которых происходитэллиптически поляризованных уединенных волн.формированиеПараграф 1.3посвященчисленномуисследованиювлияниядлительности, пиковой интенсивности и поляризации падающего импульсана характер его распространения в обладающей дисперсией групповойскорости изотропной гиротропной среде с пространственной дисперсиейкубической нелинейности, также имеющей различные времена релаксацииT для зависящих от интенсивности добавок к показателям преломленияправой и левой циркулярно поляризованных волн.

Характеристики

Список файлов диссертации