Когерентные взаимодействия оптических импульсов с резонансными и нелинейными искусственными средами

• Автор: Елютин, Сергей Олегович
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 402 с. : ил.

Оглавление

Введение. Общая характеристика работы

Глава 1. Распространение ультра-и предельно коротких электромагнитных импульсов в одномерных нелинейных средах

Введение к главе

§1.1 Волны поляризованного света в нелинейном двулучепреломляющем

волокне. Нелинейный поляризационный ответвитель

§ 1.2 Динамика поляризационных компонент ультракороткого оптического

импульса в нелинейном двулучепреломляющем активном волокне

§ 1.3 Когерентные эффекты в нелинейном двулучепреломляющем волокне

с резонансными примесями

§ 1.4 Переходные процессы в формировании векторных л-импульсов в световодных усилителях
§1.5 Нестационарные эффекты при взаимодействии оптических импульсов
в волокне с нелинейностями третьего и пятого порядков
§1.6 Динамика предельно короткого импульса в штарковской среде
Глава 2. Когерентные переходные процессы в тонких плёнках резонансных
атомов
Введение к главе
§2.1 Сверхизлучение и фотонное эхо в резонансной плёнке в условиях
одноквантового резонанса
§2.2 Когерентное взаимодействие света с тонкой плёнкой трёхуровневых
атомов
§2.3 Преломление коротких оптических импульсов в плёнке атомов
при двухфотонном резонансе
§2.4 Эффекты переключения при прохождении видеоимпульса сквозь тонкий слой диполярных атомов
Глава 3. Нестационарные явления в среде изолированных двухэлектронных квантовых точек под действием ультракоротких оптических импульсов
Введение к главе
§3.1 Теория взаимодействия ультракоротких импульсов со средой изолированных двухэлектронных квантовых точек. Эффекты распространения
§3.2 Эффекты фотонного эхо и оптических нутаций в системе двухэлектронных квантовых точек
§3.3 Взаимодействие ультракоротких электромагнитных импульсов с тонким слоем квантовых точек
Глава 4. Фотоиндуцированные нестационарные процессы в системе Бозе-
конденсатов в оптической сверхрешётке
Введение к главе
§4.1 Модель Бозе-Хаббарда для ансамбля ультрахолодных атомов в оптической сверхрешётке

§4.2 Эффекты эхо при импульсном возбуждении бозонных атомов в узлах
оптической сверхрешётки
§4.3 Фотоиндуцированная динамика бозе-эйнштейновсих конденсатов в
оптической сверхрешётке
§4.4 Модуляционная неустойчивость бозе-эйнштейновского конденсата в оптической сверхрешётке
Глава 5. Когерентные и нелинейные эффекты в средах с отрицательным показателем преломления
Введение к главе
§5.1 Когерентные эффекты при преломлении предельно короткого импульса электромагнитного излучения в тонкой плёнке метаматериала
§5.2 Нестационарные параметрические процессы в средах с отрицательным преломлением
§§5.2.1 Динамика генерации третьей гармоники в среде с отрицательным преломлением волны накачки
§§5.2.2 Нестационарное трёхволновое смешение с удвоением частоты в «лево-правых» средах
Заключение
Список цитируемой литературы
Список публикаций по теме диссертации

Введение. Общая характеристика работы
Актуальность темы
Современная лазерная физика оперирует мощными и ультра- и предельно короткими импульсами электромагнитного излучения (УКИ, ПКИ) когерентно и нелинейно взаимодействующих со средой. При анализе когерентной динамики мощных УКИ можно выявить области параметров задачи, где существуют нелинейные моды в виде периодических и уединённых волн (обобщённо соли-тонов). Вместе с тем, в более общих моделях взаимодействия импульсного электромагнитного излучения с веществом возникают задачи, для которых стационарные импульсы (солитоны) представляют собой эталонные решения, используемые как тестовые для численного моделирования нестационарных и переходных процессов при распространении волн (в т.ч. поляризованных) в нелинейных средах.
Для быстроразвивающейся прикладной области передачи и обработки оптической информации и для фундаментальных и прикладных оптических исследований создаются искусственные среды, как правило, низкой размерности (оптические волокна с материальной дисперсией и нелинейностями различного типа, тонкие плёнки, квазиодномерные среды), электромагнитный отклик которых контролируется резонансными примесями разной физической природы: резонансными атомами, квантовыми точками, плазмонными наноструктурами.
Значительный технологический прогресс в создании метасред, обладающих свойством отрицательного преломления («левых» сред) в оптическом диапазоне, делает актуальным исследование в области нелинейной оптики метаматериалов.
В настоящее время с помощью методов когерентной и нелинейной оптики широко исследуется фотоиндуцированная динамика ультрахолодных атомов в такой искусственной среде как бозе-конденсаты в квазиодномерной оптической решётке.
Более подробное обоснование актуальности диссертационных исследований

Численные симуляции были проведены для различных значений коэффициента кросс-модуляции р. В расчётах этот коэффициент выбирался /7 = 0.5.
На рис. 1.1.2. результаты численного решения системы (1.1.27) на плоскости собФ уэ/=|/г| в предельном случае £а«.
Из рисунка видно, что при моделировании процесса распространения с использованием полной системы уравнений происходит при больших интенсивностях световой волны и, сле-
довательно, при меньших (примерно на порядок) значе-
1-----1------I
0.00 0.20 0 40 0.60 0.80 1.
Рис. 1.1.2. Фазовые траектории системы уравнений (1.1.27) при 4=6,4-10'4, 4=10'3, р=4, р=0.5, 5=0.■

чем это следует из
формулы (1.1.24). Семейство кривых на рис. 1.1.2. и аналогичные кривые на рисунках далее в этом параграфе показывают результаты численного решения системы (1.1.27) при различных граничных услови-
ях для нормализованной амплитуды и разности фаз. Длина трассы прохождения импульса £ является параметром. По мере распространения импульсов связанных волн в волокне, точка, представляющая решение системы уравнений (1.1.27) многократно перемещается по соответствующим ветвям параметрического графика.
Наличие чётких траекторий свидетельствует о регулярном поведении поля и фазы импульсов вдоль трассы. Кривые на рис. 1.1.2. иллюстрируют полученные выше в этом параграфе аналитические решения для случая « Ьс (/:й«) (см.
рис. 1.1.1). На рис. 1.1.3 представлены нормализованные интенсивности связанных волн [/2 и [22 как функции расстояния, пройденного в волокне при выполнении граничных условий Ф(0)=л/2, /(0)=0 и критической величине коэффициента р=рс=4.