Распространение света в одномерных периодических волноводных структурах со сложной топологией в кристаллах ниобата лития

• Автор: Каншу, Андрей Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 117 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. ОДНОМЕРНЫЕ ПЕРИОДИЧЕСКИЕ ВОЛНОВОДНЫЕ СТРУКТУРЫ В НЕЛИНЕЙНО-ОПТИЧЕСКИХ СРЕДАХ
1.1. Распространение света в нелинейно-оптических средах
1.2. Одномерные периодические волноводные структуры
1.2.1. Формирование оптических волноводных структур в кристаллах ниобата лития
1.2.2. Распространение света в периодической системе связанных канальных волноводов
1.2.2.1. Линейный режим распространения света
1.2.2.2. Нелинейный режим распространения света
1.3. Одномерные волноводные структуры со сложной топологией
1.4. Выводы по первой главе
2. РАСПРОСТРАНЕНИЕ СВЕТА В ОДНОМЕРНОЙ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ ВОЛНОВОДНОЙ СТРУКТУРЕ СО СЛУЧАЙНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ В ПОПЕРЕЧНОМ НАПРАВЛЕНИИ
2.1. Исследуемая структура и схема эксперимента
2.2. Экспериментальные результаты и их обсуждение
2.2.1. Распространение света в одном и двух оптически модулированных каналах одномерной периодической волноводной структуры
2.2.2. Распространение света в одномерной неупорядоченной волноводной структуре
2.3. Выводы по второй главе
3. РАСПРОСТРАНЕНИЕ СВЕТА ВБЛИЗИ ОБЩЕЙ ГРАНИЦЫ ДВУХ ОДНОМЕРНЫХ ПЕРИОДИЧЕСКИХ ВОЛНОВОДНЫХ СТРУКТУР
3.1. Исследуемая структура и схема эксперимента
3.2. Экспериментальные результаты и их обсуждение

3.2.1. Линейный режим распространения света
3.2.2. Нелинейный режим распространения света
3.4. Выводы по третьей главе
4. РАСПРОСТРАНЕНИЕ СВЕТА В ОДНОМЕРНОЙ ВОЛНОВОДНОЙ СТРУКТУРЕ С ПЕРИОДИЧЕСКИМ ИЗМЕНЕНИЕМ РАССТОЯНИЯ МЕЖДУ КАНАЛАМИ
4.1. Исследуемая структура и её свойства
4.2. Методика и схема эксперимента
4.3. Экспериментальные результаты и их обсуждение
4.3.1. Линейный режим распространения света
4.3.2. Нелинейный режим распространения света
4.3.2.1. Светлые щелевые солитоны
4.3.2.2. Поверхностные солитоны
4.3.2.3. Взаимодействие светлых щелевых солитонов
4.3.2.4. Тёмные дискретные солитоны
4.4. Выводы по четвертой главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы.
Изучение закономерностей распространения оптического излучения в фотонных кристаллах является объектом интенсивных исследований в течение последних двадцати лет. Такой повышенный интерес определяется богатым потенциалом фотонных структур в управлении светом и возможностью их применения в качестве базовых компонентов в оптических системах связи и устройствах оптической обработки информации [1].
Фотонный кристалл представляет собой материал, в котором пространственная модуляция показателя преломления осуществлена с периодом, сравнимым с длиной волны распространяющегося в нём оптического излучения. Одним из примеров реализации подобной структуры является периодическая система связанных оптических канальных волноводов. Методика изготовления таких волноводных структур хорошо отработана в фоторефрактивных кристаллах ниобата лития (1лМЬ>03) [2]. Данный материал проявляет нелинейно-оптические свойства при мощностях света в единицы микроватт, и обладает сильно выраженным фотовольтаическим эффектом, что позволяет получить оптически индуцированное изменение показателя преломления без приложения внешнего электрического поля. Это даёт возможность исследовать характеристики линейного и нелинейного распространения света в волноводных структурах, сформированных в подложке LiNbOз. При этом особый интерес представляют волноводные структуры со сложной топологией, так как такие оптические структуры проявляют новые уникальные явления при распространении в них света и предлагают новые возможности в управлении оптическим излучением [3, 4]. Помимо применения волноводных структур для пространственного преобразования световых полей в приборах и устройствах, они также могут использоваться для исследования оптических аналогов эффектов наблюдаемых

Рисунок 1.9 Распределение интенсивности света на выходной плоскости периодической волноводной структуры при входной пиковой мощности света: (а) 70 Вт; (б) 320 Вт и (в) 500 Вт [28]
В ходе последующих исследований, было показано, что нелинейно-локализованные моды могут распространяться не только вдоль оптических волноводов, но и под углом к ним. Для этого необходимо чтобы пучок света вводился в сечение волноводов с линейным градиентом фазы, было также найдено, что при увеличении вводимой мощности света, солитон может изменять направление своего распространения. Поэтому в работе [59] было предложено использовать данное свойство дискретных солитонов для оптического переключения и отклонения пучков света в периодических волноводных структурах.
При распространении пучка света в периодических волноводных структурах под углом Брэгга, происходит изменение режима дифракции и знака оптической нелинейности. При этом оказывается возможным формирование темных дискретных солитонов в среде с фокусирующей нелинейностью и светлых щелевых солитонов в среде с дефокусирующей нелинейностью. Такие нелинейные локализованные состояния экспериментально наблюдались, например, в системе связанных волноводов на основе арсенида галлия [59], а так же в оптически индуцированных фотонных решетках в кристаллах стронций-бариевого ниобата [17].