Нелинейная динамика и квантовые состояния локализованных оптических структур в плотных средах с оптической накачкой

• Автор: Губин, Михаил Юрьевич
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Владимир
• Количество страниц: 152 с. : ил.

Оглавление
Введение
Глава 1. Литературный обзор
1.1. Общие методы анализа нелинейных атомно-оптических взаимодействий в условиях формирования устойчивых структур оптического поля
1.2. Временные диссипативные оптические солитоны в резонансных атомных средах
1.3. Формирование и распространение пространственных оптических солитонов сложной топологии в нелинейных средах с диссипацией
1.4. Неклассические поляризационные состояния оптических пучков и практические проблемы разработки квантовых алгоритмов с однофотонными импульсами света
1.5. Выводы к главе
Глава 2. Диссипативные оптические временные солитоны в плотных средах с оптической накачкой
2.1. Основные уравнения для Л-схемы взаимодействия в оптически-плотной допированной среде
2.2. Анализ самосогласованной задачи нелинейного рассеяния света в трехуровневой среде. Основные приближения
2.3. Стационарные солитоны в допированных волноводах
2.4. Точные решения для матрицы плотности трехуровневой среды, возбуждаемой пробными импульсами различной длительности
2.5. Выводы к главе
Глава 3. Формирование и оптическое управление пространственными локализованными структурами в газонаполненных полых оптических волокнах
3.1. Основные приближения для рамановского предела Л-схемы взаимодействия в плотной среде в различных пределах атомнооптического взаимодействия

3.2. Анализ самосогласованной задачи нелинейного рассеяния света в трехуровневой среде
3.3. Стресс-тестирование газонаполненных волокон на сохранение стабильности оптических вихрей в условиях возмущения базовых параметров системы
3.4. Оптическое управление динамикой вихревых солитонов без нарушения условий их стабильности
3.5. Выводы к главе
Глава 4. Эффективная генерация неклассических поляризационных состояний импульсов света в допированных редкоземельными ионами средах
4.1. Анализ М-схемы взаимодействия в допированной среде. Основные уравнения
4.2. Генерация поляризационно-сжатого света при использовании М-схемы взаимодействия в допированной среде
4.3. Выводы к главе
Заключение
Список литературы

Введение
Актуальность темы исследования
Изучение процессов формирования и распространения оптических временных и пространственно-локализованных образований - одиночных и комплексных диссипативных оптических солитонов, оптических вихрей, бризеров и оптических пуль, - в различных средах является одной из важных задач современной прикладной атомной оптики и связана с широким спектром их практического применения, в частности, - в задачах передачи и обработки информации, оптического захвата и транспорта наноструктур и др. Такие оптические структуры относительно просто могут быть получены в лазерных резонаторах либо пространственно-неоднородных средах, однако, поддержание условий их устойчивости представляет собой нетривиальную задачу даже при современном уровне развития лазерных технологий.
Объяснением этому служит тот факт, что полноценное решение задачи
проектирования подобных оптических систем требует выполненного в
параметрах лазерного эксперимента корректного определения областей
устойчивости, а также проведения стресс-тестирования на внутренние и внешние
возмущения для распространяющихся в них оптических локализованных
структур. Поскольку формирование подобных образований происходит вблизи
порога лазерной генерации, где нелинейные эффекты проявляются очень сильно,
решение данной задачи требует строгого учета высших порядков нелинейных и
нелинейно-диссипативных эффектов, значительно влияющих на устойчивость
подобных образований. С экспериментальной позиции, для осуществления
простого оптического управления параметрами такой системы при выходе на
солитонный режим наиболее удачным решением могут служить многолучевые
схемы атомно-оптического взаимодействия при наличии управляющих полей
оптической накачки. Появление двухквантовых переходов между рабочими
уровнями в таких схемах связано с использованием рамановского режима, когда
частота отстройки электромагнитных полей от атомно-оптического резонанса

§ 1.2. Временные диссипативные оптические солитоны в резонансных атомных средах
Существенным отличием стационарных импульсов при наличии поглощения/усиления при их распространении в среде (диссипативных солитонов) от их консервативных аналогов (шредингеровские солитоны) является строгая необходимость одновременного удовлетворения двум балансам в системе. С одной стороны, речь идет о необходимости соблюдения баланса между эффектами дисперсионного уширения оптического импульса и его нелинейной самофокусировки, - точно так, как это необходимо для формирования шредингеровских солитонов. С другой стороны, чтобы получить стационарное решение в диссипативной системе, необходимо соблюсти условие равновесия эффектов усиления и рассеяния энергии (поглощения). Поскольку огибающая оптического солитона представляет собой некоторую функцию времени, в ее пределах должны иметь место области, где солитон получает энергию из внешнего источника, а также те области, где энергия рассеивается в окружающую среду (см. рис. 1.4) [22]. В этом смысле стационарный диссипативный солитон - результат динамического процесса обмена энергией с окружающей средой и ее непрерывного перераспределения между различными частями солитона. Как только это перераспределение энергии заканчивается, солитон исчезает.
Усиление/ Ус1шение
Рисунок 1.4. Качественное описание солитонов в диссипативных системах