ИСТИНА

Проект направлен на экспериментальное и теоретическое исследование линейных и нелинейных оптических явлений при Лауэ-геометрии брэгговской дифракции ультракоротких импульсов лазерного излучения в фотонных кристаллах. В качестве одного из основных направлений работы предполагается развить теорию и провести экспериментальные исследования дифракции лазерных импульсов по схеме Лауэ в фотонных кристаллах с квадратичной и кубичной нелинейностями, изучить зависимость линейной и нелинейной динамики импульсов от параметров структуры. Одним из основных ожидаемым здесь результатов, имеющим фундаментальное и прикладное значение, является экспериментальное наблюдение линейного и нелинейного эффектов расщепления лазерных импульсов и, как следствие, удвоения частоты их следования в условиях Лауэ-геометрии дифракции в одномерных фотонных кристаллах на основе наноструктурированного кремния. Другим направлением в рамках предлагаемого проекта является экспериментальное и теоретическое исследование эффективной генерации нелинейных сигналов (оптических гармоник) при параметрическом взаимодействии лазерных импульсов с фотонными кристаллами при дифракции по схеме Лауэ. Здесь ожидается обнаружение эффективной генерации оптических гармоник и эффективного кубичного самовоздействия при реализации условий фазового синхронизма и локализации поля в нелинейных слоях за счет эффекта Бормана при Лауэ-геометрии брэгговской дифракции.

Впервые теоретически предсказано и экспериментально обнаружено новое оптическое явление – дифракционно-индуцированное деления фемтосекундных лазерных импульсов в линейном фотонном кристалле (ФК) при брэгговской дифракции по схеме Лауэ. В эксперименте использованы одномерные ФК на основе отожженного пористого кремния. Развита методика изготовления таких фотонно-кристаллических структур с большим числом периодов (до 1000) и высоким оптическим качеством, что позволяет проводить исследования эффектов динамической брэгговской дифракции света в диапазоне длин волн 400-2000 нм при его торцевом заведении в ФК в схеме Лауэ. Экспериментальные результаты хорошо согласуются с теоретическими. Впервые экспериментально зарегистрировано пространственное деление лазерных импульсов и пучков в оптически толстом ФК, а также маятниковый эффект в тонком ФК при динамической брэгговской дифракции в схеме Лауэ в одномерном пористокремниевом ФК. Экспериментальные результаты хорошо согласуются с теоретическими. Развита теория динамической брэгговской дифракции по схеме Лауэ, «на прохождение», оптических импульсов в нелинейных фотонных кристаллах с кубической нелинейность. Впервые показано, что в таких структурах происходит нелинейное дифракционное деление лазерных импульсов и формирование Лауэ-солитона. В рамках полуклассического приближения с помощью двухволновых уравнений Максвелла-Блоха аналитически и численно исследовано нелинейное взаимодействие когерентного интенсивного оптического излучения с непрерывным резонансным фотонным кристаллом с четной функцией пространственного распределения концентрации резонансных атомов. Получено аналитическое решение, представляющее собой брэгговский солитон самоиндуцированной прозрачности. Показано хорошее соответствие аналитических и численных результатов. Проведено теоретическое исследование брэгговской дифракции в схеме Лауэ пространственно ограниченных оптических импульсов в линейных фотонных кристаллах. Впервые показано, что эффект дифракционного деления оптического импульса при дифракции по схеме Лауэ имеет место для пространственно ограниченного лазерного импульса. Указанный эффект может наблюдаться в многослойной структуре с числом периодов менее ста. Методом FDTD для одномерных фотонных кристаллов проведено численное моделирование роли дефектов ФК структуры в делении световых импульсов в схеме Лауэ. Впервые теоретически показано, что за счет большой решеточной дисперсии при эффекте дифракционного деления лазерных импульсов в толстом фотонном кристалле возможно эффективное селективное сжатие, то есть сжатие лишь одного из парных импульсов, бормановского или антибормановского. Показана также возможность полного оптического переключения излучения в тонком фотонном кристалле.