ИСТИНА

Настоящий проект является развитием завершающегося проекта 13-02-01190 "Фемтосекундное частотно-разрешающее оптическое стробирование в плазмонных, магнитоплазмонных и магнитофотонных метаматериалах". Фундаментальной задачей проекта является проблема взаимодействия фемтосекундных лазерных импульсов с магнитными диэлектрическими системами с конфигурационными резонансами с временем жизни порядка длительности самих импульсов. В этом случае ожидается наблюдение как модуляции параметров отраженного/прошедшего импульса (амплитуды огибающей, фазы и поляризации), так и сверхбыстрое изменение магнитооптических эффектов. Основные ограничения на величину наблюдаемых магнитооптических эффектов в магнитоплазмонных наноструктурах связаны с высокими потерями в металле. Поэтому одной из целей проекта является развитие задачи изучения сверхбыстрых резонансных магнитооптических и нелинейно-оптических эффектов в гибридных диэлектрических наносистемах, поддерживающих Ми-резонансы и содержащих магнитный диэлектрик. Изучаемые системы будут представлять собой упорядоченные нанорезонаторы (в простейшем случае – нанодиски), изготовленные из магнитного диэлектрика (например, висмут-замещенного железо-иттриевого граната). В таком случае ожидается резонансное усиление магнитооптического отклика при значительно меньших потерях интенсивности света. Локализация электромагнитного поля внутри резонаторов также обеспечит усиление нелинейно-оптических эффектов, на которых основаны все эксперименты по полностью оптическому переключению, которое, в свою очередь, требует высоких мощностей лазерного излучения. При этом достаточность для ожидаемых эффектов оптического контраста будет предметом численного изучения. В качестве альтернативы могут быть изготовлены системы с меньшими размерами металлических включений, поддерживающих только локальные плазмонные возбуждения и незначительно влияющие на оптическое поглощение структуры в целом, а также системы, в которых резонаторы изготавливаются из немагнитного диэлектрика на магнитной подложке. Оптимальная конфигурация образцов будет подбираться с помощью численных расчетов на основе FDTD методов. Характерные времена модуляции магнитооптического отклика при этом будут определяться добротностью соответствующих резонансов и могут контролироваться параметрами изготовления. Конечной целью проекта является экспериментальная проверка возможности реализации полностью оптического переключения в магнитных наноструктурах с Ми-резонансами, и влияния резонансной локализации поля на необходимую интенсивность лазерного поля.

В результате выполнения проекта будет разработан новый класс гибридных функциональных магнитооптических материалов на основе сочетания магнитного диэлектрика и нанорезонаторов Ми-типа с низкими оптическими потерями. Разрабатываемые материалы позволят сделать новый шаг в возможностях управления светом, формирования волнового фронта световых волн, полностью оптическом переключении, оптомагнитной записи, создании плоских активных оптических элементов. Ожидается наблюдение новых особенностей оптического, магнитооптического и нелинейно-оптического отклика, появляющихся за счет Ми-резонансов, демонстрация усиленных нелинейно-оптических эффектов самовоздействия и оптического управления параметрами среды. Последние результаты будут востребованы с точки зрения приложений оптического управления, оптического переключения и оптомагнитной записи. Более конкретно, в течение первого года выполнения проекта ожидается получение следующих результатов: (1) Будут разработаны принципы создания и численные макеты новых образцов гибридных функциональных магнитооптических материалов с Ми-резонансами. Будут подобраны оптимальные сочетания материалов, параметры нанорезонаторов (геометрия, добротность) и рекомендации для процедур их изготовления. (2) Будет впервые получена серия образцов, гибридных функциональных магнитооптических материалов с Ми-резонансами. (3) Будет проведена их всесторонняя характеризация, в том числе оптическая, магнитооптическая, нелинейно-оптическая.