Диссертация (1105126), страница 17
Текст из файла (страница 17)
Используя титансапфировый лазер, генерирующий импульсы длительностью шесть фемтосекунд, сцентральной частотой спектра соответствующей длине волны 0.82 мкм , удалось плавноперестроить последнюю вплоть до 1.35 мкм [135]. Для экспериментального исследованияособенностей формирования сверхкоротких эллиптически поляризованных уединенныхволн и анализа влияния состояния поляризации входного излучения на скоростьнизкочастотного сдвига спектра сформировавшейся уединенной волны может бытьиспользована аналогичная [135] установка, дополненная системой контроля поляризациисверхкороткихимпульсов[154].Принципработытакойсистемыоснованнапространственном разнесении фурье-компонент сверхкороткого лазерного импульса(например, при помощи дифракционной решетки) и дальнейшем манипулированииамплитудой, фазой и состоянием поляризации этих компонент при помощи LCD дисплея.При этом оказывается возможным изменять в широких пределах поляризацию падающеголинейного поляризованного сверхкороткого импульса, оставляя его суммарную энергиюпрактическинеизменной.Измерениехарактеристиквыходногонеоднородноэллиптически поляризованного импульса может проводиться методом двуканальнойспектральной интерферометрии (dual-channel spectral interferometry) [154].Основные результаты второй главы.1.
Впервые предложен метод численного решения системы уравнений Максвелла,обобщающий так называемую ADE (auxiliary differential equation) модификацию методаконечных разностей во временной области (FDTD) на случай линейных сред, обладающихчастотной и пространственной дисперсией. Его эффективность проиллюстрирована напримере взаимодействия (распространения и отражения) со средой, имеющей частотнуюдисперсию лоренцевского типа и достаточно общий вид пространственной дисперсии,81линейно поляризованного электромагнитного импульса. Предложенный метод допускаетобобщение не только на другие модели пространственной и частотной дисперсии, но и нанелинейные среды. Численные результаты, полученные при его применении, впредельном случае совпадают с хорошо известным аналитическим решением задачи ораспространениидлинногоквазимонохроматическогоимпульсавизотропнойгиротропной среде.2.
Установлено, что режим распространения падающих на среду сверхкоротких(длительностьюменеедесятиколебанийполя)линейнополяризованныхэлектромагнитных импульсов существенно отличается от подробно описанного влитературе явления линейной оптической активности, для которого характеренодинаковый (не зависящий от времени) пропорциональный координате распространенияповорот плоскости поляризации. Зависимость угла поворота главной оси эллипсаполяризации импульса в толще среды от времени имеет ярко выраженный нелинейныйвид.3. Предложена модель нелинейной среды, обладающей частотной дисперсией инелокальностью оптического отклика, позволившая впервые записать материальныеуравнения без широко используемого требования малости параметра пространственнойдисперсии.
Модификация метода конечных разностей во временной области (FDTD) совспомогательным дифференциальным уравнением (ADE) впервые была использована дляописания распространения эллиптически поляризованного импульса произвольнойдлительности в такой среде. Результаты численного исследования в случае длинныхимпульсов совпадают с полученными ранее при решении системы связанных уравненийдля медленно меняющихся амплитуд циркулярно поляризованных плоских волн. В случаепредельно коротких импульсов (около десятка колебаний электрического поля)полученные результаты существенно отличаются от предсказанных формулами длязависящих от интенсивности угла поворота и степени эллиптичности эллипсаполяризации.
В этом случае степень эллиптичности эллипса поляризации и угол,задающий его ориентацию в пространстве, теряют физический смысл, и следует говоритьоб изменениях модуля вектора напряженности электрического поля и угла, который этотвектор образует с осью x . При этом о характере изменения E x и E y удобно судить повиду годографа ‒ кривой в пространстве переменных E x , E y и z , которую описываетконец вектора напряженности электрического поля. В зависимости от соотношения междупараметрами поляризации падающего импульса и константами, характеризующими среду,возможныразличныережимыегораспространения.Состояниеполяризации82распространяющегося импульса в ряде случаев немонотонно меняется на временахпорядка периода колебаний электрического поля.4.МодификацияFDTDметодасовспомогательнымдифференциальнымуравнением применена для нахождения и исследования квазисолитонного режимараспространенияэллиптическиполяризованногосверхкороткогоимпульса,когдадиапазон спектральных частот последнего расположен вдали от частот однофотонных инерамановскихмногофотонныхрезонансовизотропнойнелинейнойсреды,апространственная дисперсия ее линейного и нелинейного оптического откликанезначительна.
Показано, что выбор формы падающего на изотропную среду саномальной частотной дисперсией и безынерционной кубической нелинейностьюимпульса в виде солитонного решения системы нелинейных уравнений Шредингераобеспечивает формирование в процессе его дальнейшего распространения (описываемогос помощью FDTD метода) эллиптически поляризованной уединенной волны и еедальнейшемураспространениюнадостаточнобольшиерасстояния,дажееслиполуширина падающего на среду импульса меньше периода колебаний электрическогополя.
Угол поворота главной оси эллипса поляризации такой волны монотонно меняется сростом координаты распространения, достигая нескольких градусов при прохожденииимпульсом расстояния равного одной длине волны.5. Установлено, что в зависимости от значений параметров, характеризующихинерционность нелинейного оптического отклика, происходит или увеличение, илиуменьшение скорости сдвига несущей частоты распространяющейся эллиптическиполяризованной уединенной волны по сравнению со сдвигом несущей частоты линейнополяризованной уединенной волны с такой же пиковой интенсивностью. С ростомпиковой интенсивности падающего импульса этот эффект усиливается. Показано, что длялюбой степени эллиптичности эллипса поляризации распространяющейся уединеннойволны, сдвиг ее несущей частоты с хорошей степенью точности пропорционалендлительности импульса в минус четвертой степени.83Глава 3.Особенностивзаимодействиясверхкороткихэллиптическиполяризованных импульсов с метаматериалами, состоящими из периодическирасположенных в виде двухмерной решетки трехмерных спиралей§ 3.1.
Взаимодействие эллиптически поляризованного излучения с фотоннымиметаматериалами,состоящимиизпериодическирасположенныхввидедвухмерной решетки хиральных трехмерных объектов. Обзор литературыИнтерес к метаматериалам связан, в первую очередь, с возможностью реализации вних таких режимов взаимодействия и самовоздействия волн, которые невозможноосуществить в природных средах. Метаматериалы с отрицательным показателемпреломления [163], в частности, могут быть использованы для создания суперлинз,способных разрешать объекты с характерным размером много меньшим дифракционногопредела [164–166], и экранирующих покрытий, делающих объекты невидимыми взаданном частотном диапазоне [167–169].
Первый экспериментально полученныйметаматериал с отрицательным показателем преломления [170] в микроволновой областичастотсостоялизпериодическирасположенныхметаллическихстрежней,обеспечивающих его отрицательную диэлектрическую проницаемость [171], и кольцевыхметаллическихмагнитнуюрезонаторовпроницаемость(split-ring[172].resonator),Благодаряобеспечивающихуменьшениюотрицательнуюразмеровкольцевыхметаллических резонаторов и упрощению их структуры были получены метаматериалы,обладающие значительным магнитным откликом в диапазоне частот от терагерц [173,174]до инфракрасного излучения [175,176].Достижение отрицательной магнитной проницаемости в оптическом диапазонеявляется сложной задачей, так как электромагнитный отклик металла на этих частотахсущественно отличается от его отклика в области меньших частот, в которой металл ведетсебя как идеальный проводник [130,177–179]. Теоретически было показано, чтоальтернативным способом достижения отрицательного показателя преломления являетсяиспользования хиральных метаматериалов [180–183], у которых показатели преломлениянезависимых циркулярно поляризованных компонент поля существенно различаются.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
