ИСТИНА

В рамках данного проекта будут изучены оптические свойства однородных и периодических металло-диэлектрических гетероструктур, содержащих нелинейные или ферромагнитные материалы. При этом основное внимание будет уделено методам управления поверхностными плазмон-поляритонами, основанным на нелинейно-оптических и магнитооптических механизмах. В качестве нелинейных сред особый интерес представляют среды с кубичной нелинейностью, так как позволяют реализовывать сверхбыстрые переключения объемных и поверхностных волн. Также будет рассмотрен случай, когда нелинейность в структуре индуцируется посредством процесса термализации электронов проводимости в металле под действием мощного импульса электромагнитных волн. Закон дисперсии и распределение поля плазмонной волны могут быть модифицированы внешним магнитным полем, при условии, что плазмонная структура содержит ферромагнитные материалы. В проекте будут рассмотрены различные конфигурации намагниченности структуры. Наряду с этим, будут исследованы обратные магнитооптические эффекты (эффекты Фарадея и Керра) вблизи плазмонных резонансов. Кроме того, будут изучены невзаимные оптические осцилляции Блоха, возникающие при распространении импульсов поверхностных плазмон-поляритонов в квазипериодических поперечно-намагниченных структурах.

Первый этап проекта был посвящён исследованиям особенностей распространения импульсов поверхностных плазмон-поляритонов в метало-диэлектрической структуре с меняющимися в пространстве и/или времени оптическими параметрами, а также обратного эффекта Фарадея в плазмонных структурах. Развит новый подход к управлению характеристиками импульса плазмон-поляритонов малой интенсивности (сигнального) посредством второго плазмонного импульса высокой интенсивности (накачка), который создает изменения диэлектрической проницаемости металла, связанные с процессом термализации электронов проводимости. При взаимодействии происходит изменение времени задержки между импульсами по сравнению со случаем накачки малой интенсивности, когда термализацией электронов можно пренебречь. Также происходит сжатие сигнального импульса по длительности, величина сжатия достигает 15% для начальной задержки между двумя импульсами 13 фс. Если импульсы накачки и сигнальный распространяются с нулевой начальной задержкой, то сжатие сигнального импульса достигает 20%. Исследован процесс самовоздействия и взаимодействия мощных опорных плазмон-поляритонных пучков, распространяющихся вдоль границы металла и диэлектрика с керровской или фоторефрактивной нелинейностью. Выявлены условия полного отражения сигнального плазмона от опорного, рассчитан коэффициент прохождения и туннелирования через узкую индуцированную неоднородность. Также проведено экспериментальное наблюдение процесса фотовозбуждения электронов металла импульсом поверхностных плазмон-поляритонов в структуре «периодическая золотая решетка - диэлектрик» методом нелинейной спектроскопии «возбуждение-зондирования» («pump-probe») с фемтосекундным временным разрешением. Наибольшие относительные изменения в коэффициентах прохождения и отражения наблюдаются в “полностью плазмонном” случае, когда и импульс накачки, и импульс зондирования возбуждают плазмонные волны. При этом соответственно относительные изменения коэффициентов прохождения и отражения достигали 1% и 0,5% соответственно. Изучены дисперсионные свойства поверхностных плазмон-поляритонов в градиентной структуре диэлектрических нанопроволок на металло-диэлектрической подложке с различным диаметром диэлектрических нанопроволок. Определено влияние внешнего магнитного поля на условия распространения плазмон-поляритонов в таких структурах. Развита теория обратного эффекта Фарадея при возбуждении поверхностных плазмон-поляритонов на гладкой границе раздела металл - магнитный диэлектрик и в двумерно-периодических структурах. Показано, что намагниченность в структуре вследствие обратного эффекта Фарадея появляется при возбуждении плазмон-поляритонов даже линейно поляризованным светом. В периодических структурах вектор намагниченности имеет компоненту, направленную по нормали к плоскости перфорированной пленки. Локальные значения намагниченности при этом в 3 и более раз усиливаются по сравнению со случаем отсутствия перфорированного слоя.