Трехволновое взаимодействие и нелинейное распространение оптических импульсов в одномерных фотонных кристаллах

• Автор: Петров, Евгений Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 143 с. : ил.

Глава I. ГЕНЕРАЦИЯ ВОЛН НА КОМБИНИРОВАННЫХ

ЧАСТОТАХ И БРЭГГОВСКИЕ СОЛИТОНЫ В

ПЕРИОДИЧЕСКИХ СТРУКТУРАХ (ОБЗОР)

§1.1. Генерация оптических сигналов на комбинированных

частотах

§ 1.2. Г енерация сигналов терагерцового частотного диапазона

§1.3. Брэгговские солитоны

Глава II. НЕСИНХРОННОЕ УСИЛЕНИЕ ПРИ СИНХРОННОЙ

ГЕНЕРАЦИИ СИГНАЛОВ ВТОРОЙ ГАРМОНИКИ И

СУММАРНОЙ ЧАСТОТЫ

§2.1. Аналитические выражения для энергии электрического поля,

локализованного внутри одномерного фотонного кристалла
§ 2.2. Г енерация сигналов суммарной частоты и второй гармоники
в одномерных фотонных кристаллах: коллинеарная и
неколлинеарная геометрия взаимодействия волн
§ 2.3. Формирование пространственных спектров сигналов и
генерация сигнала второй гармоники при дифракции излучения вблизи брэгговского условия: слабая и сильная
дифракции
§ 2.4. Генерация сигнала ВГ вблизи точки запрещенного
брэгговского отражения: слабая и сильная дифракции
§ 2.5. Динамическая задача генерации сигнала второй гармоники в
одномерном фотонном кристалле

Глава III. ГЕНЕРАЦИЯ СИГНАЛОВ РАЗНОСТНОЙ ЧАСТОТЫ
ТЕРАГЕРЦОВОГО ДИАПАЗОНА
§3.1. Задача многократного отражения излучения от нескольких
фотонных кристаллов
§ 3.2. Усиление ТГц сигналов разностной частоты в условиях брэгговской дифракции излучения при многократном
отражении в системе фотонных кристаллов
§ 3.3. Генерация ТГц сигналов в одномерной сверхрешетке
фотонных кристаллов
Глава IV. ФОРМИРОВАНИЕ И РАСПРОСТРАНЕНИЕ
БРЭГГОВСКИХ СОЛИТОНОВ В РЕЗОНАНСНОМ ФОТОННОМ КРИСТАЛЛЕ С ПРОИЗВОЛЬНЫМ РАСПРЕДЕЛЕНИЕМ КОНЦЕНТРАЦИИ
ДВУХУРОВНЕВЫХ АТОМОВ
§ 4.1. Взаимодействие оптического излучения с резонансной
средой с произвольным периодическим профилем функции
распределения концентрации резонансных атомов
§ 4.2. Решение системы двухволновых уравнений Максвелла-Блоха в случае косинусоидального распределении
концентрации резонансных атомов
§ 4.3. Формирование, распространение и взаимодействие
брэгговских солитонов самоиндуцированной прозрачности в резонансно поглощающем фотонном кристалле
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Последние пятнадцать лет бурно развивается область нелинейной оптики, связанная с распространением и взаимодействием оптического излучения в фотонных кристаллах (ФК). Фотонные кристаллы представляют собой искусственные структуры, в общем случае трехмерные, у которых в пространстве периодически модулированы линейно- и/или нелинейнооптические параметры, такие как диэлектрическая проницаемость, нелинейная восприимчивость, плотность резонансных атомов и т.д., причем период модуляции близок к длине волны оптического диапазона. Благодаря наличию периодичности при распространении оптического излучения в ФК возникаю фотонные запрещенные зоны (ФЗЗ) - интервалы частот или углов падения, при которых запрещено распространение излучения в глубь структуры. Ширина ФЗЗ тем больше, чем глубже модуляция линейной функции диэлектрической проницаемости, и при значительном контрасте линейных коэффициентов преломления возникают полностью запрещенные фотонные зоны, благодаря чему становиться возможным подавление спонтанного излучения атомов в ФК. Кроме того, на краю ФЗЗ имеет место сильная пространственная дисперсия. Это обуславливает возможность управления временем релаксации атомов, частота излучения которых лежит на краю ФЗЗ, локализации излучения внутри ФК, компрессии импульсов, а также дает дополнительные возможности для обеспечения условий фазового и группового синхронизмов при генерации сигналов на комбинированных частотах в ФК.
Эффект локализации энергии излучения внутри ФК, частота которого соответствует краю ФЗЗ, дает дополнительные по сравнению с однородной средой возможности для усиления сигналов на смешанных частотах, генерируемых в ФК. При соответствии частоты основных сигналов краю ФЗЗ происходит значительный (на порядок) рост плотности нелинейных источников за счет локализации излучения в структуре, что и приводит к увеличению интенсивности генерируемых сигналов. Такой эффект получил название
0, град.
Рис. 2.2. Зависимость от угла падения 0 излучения: экспериментальных значений а -нормированной интенсивности прямого /&’ (красные крути) и отраженного 4Ч' (синие круги) сигнала СЧ, б - коэффициентов отражения основных волн на частотах оц ((У?)!2, зеленая линия) и с>2 (|Лг| , черная линия); теоретических значений в - нормированной интенсивности прямого 4+ч> (красная линия) и отраженного /(-.ч' (синяя линия) сигнала СЧ, г - параметров Д ДФС (синяя линия) и ЛФКС (красная линия) при генерации сигнала СЧ в структуре 2п8/8гРг-