ИСТИНА

Проект направлен на исследование когерентных и нелинейных оптических явлений, возникающих при взаимодействии сверхкоротких лазерных импульсов с резонансными и квадратично-нелинейными периодическими структурами в условиях брэгговской дифракции. В качестве одного из направлений работы предполагается осуществить экспериментальное изучение ранее теоретически предсказанных явлений: нелинейного подавления брэгговского отражения и распространения брэгговских солитонов в одномерной резонансной периодической структуре. Другая часть проекта посвящена теоретическим и экспериментальным исследованиям процессов генерации второй гармоники и нелинейной динамики фемтосекундных импульсов в одно-, двух- и трехмерных квадратично-нелинейных и резонансных периодических структурах. Будут исследованы периодические среды на основе полимерных соединений, жидких и коллоидных кристаллов с характерными периодами структуры порядка оптической длины волны. Теоретически будет изучена динамика генерации и усиления оптических импульсов при когерентном взаимодействии поля с усиливающей решеткой инверсной населенности.

В отчетный период (1998-2000гг.) проведены экспериментальные и теоретические исследования процессов генерации сигналов второй гармоники и суммарной частоты в квадратично-нелинейной периодической структуре в условиях брэгговской дифракции. Особое внимание уделялось роли несинхронного усиления нелинейных сигналов, т.е. усиления за счет увеличения плотности энергии полей на основных частотах вблизи краев брэгговской запрещенной зоны, при одновременном выполнении условий дисперсионного синхронизма и/или квазисинхронизма. Показано, что механизм несинхронного усиления в структурах с запрещенными фотонными зонами является определяющим и приводит к увеличению интенсивности квазисинхронного нелинейного сигнала более чем на порядок. Экспериментально обнаружено усиление на порядок отраженного сигнала суммарной частоты за счет несинхронного усиления вблизи условия квазисинхронизма в многослойной структуре ZnS/SrF2 толщиной пять микрон. На данной структуре наблюдалось также более чем 300-кратное усиление сигнала второй гармоники по отношению к сигналу от одного слоя ZnS, что объясняется одновременным выполнением условий несинхронного усиления и квазисинхронизма, а также приближенного условия дисперсионного синхронизма. Теоретически решена задача о генерации сигнала суммарной частоты в многослойных структурах при неколлинеарном взаимодействии волн на основных частотах. Показано, что в этом случае удается добиться точного выполнения условий квазисинхронизма и несинхронного усиления в широком интервале длин волн излучения накачки. Экспериментально исследован процесс четырехволнового смешения в одномерной периодической структуре. Обнаружено значительное повышение эффективности процесса при одновременном выполнением условий синхронизма и несинхронного усиления. Теоретически была исследована нелинейная динамика формирования и распространения ультракоротких лазерных импульсов в многомерных резонансных периодических структурах (фотонных кристаллах) в условиях двухволновой брэгговской дифракции. В случае дифракции по схеме Лауэ получены два новых решения - Лауэ-солитон, представляющий собой 2пи-импульс, сформированный полями двух дифрагирующих волн с равными амплитудами, а также линейно взаимодействующее со средой поле, состоящее из двух дифракционных мод с равными по модулю, но противоположными по знаку амплитудами. Это явление может быть интерпретировано как нелинейный эффект Бормана. Исследования нелинейной дифракции по схеме Брэгга показали, что в зависимости от параметров структуры, внешний падающий на среду импульс поля может формировать брэгговский солитон, распадаться на ряд двухволновых солитонов с различными скоростями или образовывать в среде гребенку стоячих солитонов с соответствующей решеткой инверсной населенности. Рассмотрена динамика нелинейного взаимодействия лазерного импульса с одномерным фотонным кристаллом с произвольным профилем распределения плотности резонансных атомов с периодом порядка длины волны. Показана возможность распространения брэгговского солитона в случае синусоидального распределения плотности атомов с периодом, равным половине длины волны. Описана пространственно-временная динамика излучения при распаде начального возбуждения как в решетках плотности, так и в решетках инверсной населенности.