Нелинейные квантовые явления в низкоразмерных пространственно-периодических микро- и наноструктурах при взаимодействии с лазерным излучением

• Автор: Седов, Евгений Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Владимир
• Количество страниц: 116 с. : ил.

Содержание

Список используемых сокращений

Введение

Глава 1. Обзор литературы

1.1. Эксперименты по созданию электромагнитных микрорезонаторов и цепочек микрорезонаторов
1.2. Взаимодействие электромагнитного поля с веществом в микрорезонаторах и цепочках микрорезонаторов; теория и эксперимент

1.3. Солитоны в системах связанных состояний среды и поля; теория и эксперимент

1.4. Солитоны в пространственно-периодическом потенциале

1.5. Выводы к главе 1

Глава 2. Нелинейные эффекты в среде поляритонного кристалла
2.1. Модель поляритонного кристалла за пределом приближения малой плотности возбуждений
2.2. Свойства поляритонов в импульсном пространстве
2.3. Нелинейная динамика поляритонов и устойчивость поляритонного кристалла .
2.3.1. Когерентные макроскопические свойства поляритонов в симметричном поляритонном кристалле
2.3.2. Нелинейные свойства поляритонов в асимметричном поляритонном кристалле
2.3.3. Неравновесная динамика поляритонов в квазиклассическом приближении
2.4. Выводы к главе 2

Глава 3. Солитоны в цепочке микрорезонаторов, содержащих взаимодействующие двухуровневые системы
3.1. Основные уравнения в приближении непрерывной среды
3.2. Дисперсионные соотношения и групповые скорости поляритонных волновых пакетов
3.3. Поляритонные солитоны и их свойства при малых возмущениях
3.4. Возможности наблюдения поляритонных солитонов на основе полупроводниковых и/или атомных двухуровневых систем
3.5. Выводы к главе 3
Глава 4. Локализованные состояния и хранение оптической информации в цепочке микрорезонаторов в условиях взаимодействия двухуровневых атомов с электромагнитным
полем
4.1. Модель взаимодействия квантованного поля и двухуровневой среды за пределом приближения тесной связи между микрорезонаторами
4.2. Поляритоны в цепочке микроразмерных резонаторов
4.3. Динамика решёточных поляритонных волновых пакетов в приближении тесной связи резонаторов
4.4. Нелинейные режимы для поляритонных волновых пакетов за пределом приближения тесной связи резонаторов
4.5. Физический алгоритм хранения оптической информации на основе реализации нелинейных режимов поляритонов в решётке
4.6. Выводы к главе 4
Заключение
Список литературы

КЭД-резонатор
(микрорезонатор)
Метод ММР
Модель ДК
Модель ДКХ
МШГ-резонатор (микрорезонатор)

СЭМ-изображение

ФК-резонатор
(микрорезонатор,
волновод)
Список используемых сокращений
быстрый адиабатический переход
бозе-эйнштейновский конденсат
верхняя дисперсионная ветвь
волновая функция двухуровневая система зона Бриллюэпа
квантовый электродинамический резонатор (микрорезонатор)
метод многомасштабных разложений
модель Джейнса-Каммингса
модель Джейнса-Каммингса-Хаббарда
резонатор (микрорезонатор) с модами шепчущей галереи
нижняя дисперсионная ветвь
изображение, полученное при помощи сканирующего электронного микроскопа
фотонный кристалл
фотонно-кристаллический резонатор (микрорезонатор, волновод)

интенсивности на расстоянии порядка четверти длины волны от поверхности ФК-волновода. Положением максимума можно управлять в пределах от нуля до половины длины волны, изменяя сдвиг фазы отражённого пучка. В точку максимума интенсивности помещается атом рубидия. Наименьшее эксперментально достижимое расстояние от атома до поверхности ФК-волновода составляет порядка ЮОнм.
При помощи оптического волокна в ФК-резонатор вводится резонансное оптическое излучение. Ввиду того что поперечные размеры резонатора малы в сравнении с длиной волны излучения, за его пределами возникает эванесцентное поле. Именно оно взаимодействует с помещённым вблизи поверхности атомом. В эксперименте достигнута величина параметра атомно-оптической связи порядка нескольких гигагерц.
1.3. Солитоны в системах связанных состояний среды и поля; теория и
эксперимент
Уединённые волны или солитоны являются объектом изучения физики волновых процессов на протяжении более чем полутора веков. Исторически солитоны как предмет исследования берут начало в гидродинамике, когда в 1834 году уединённая волна была наблюдена на поверхности воды и позднее описана Джоном Скоттом Расселом в работах [89,90]. Впервые термин «солитон» (от англ. “solitary” — уединённый) был введён в работе [91]: он подчёркивает созвучием с названиями частиц (например, фотон, протон, электрон) тот факт, что даже после столкновения с другими аналогичными образованиями он, подобно частице, остаётся неизменным. Помимо гидродинамики солитоны были обнаружены и исследованы в физике плазмы [92], биологии [93], а также в оптике.
В нелинейной оптике выделяют два типа солитонов: пространственные и временные. Временные солитоны — это оптические импульсы ограниченной длительности, которые не изменяют своей формы в процессе распространения в среде. Пространственные солитоны представляют собой оптические пучки в протяжённой среде, которые ограничены в направлениях, ортогональных направлению распространения, при этом их форма в пространстве также остаётся неизменной. Непременным условием образования солитонов в среде является присутствие в ней нелинейных эффектов, например, возникающих по причине зависимости показателя преломления среды от интенсивности излучения — нелинейности Керра [94]. Для пространственных солитонов ключевым является эффект самофокусировки пучка [95], для временных — эффект фазовой самомодуляци. Солитоны образуются в среде, если дей-