 |
Ф И З И Ч Е С К И Й Ф А К У Л Ь Т Е Т М Г У и м е н и М . В . Л О М О Н О С О В АКафедра фотоники и физики микроволн |
|||||||||||||||||||||||
При нелинейном взаимодействии может наблюдаться отражение сигнального лазерного пучка от пучка накачки (аналог полного внутреннего отражения в геометрической оптике). Этот эффект может быть использован для изменения направления распространения пучков, для создания индуцированного волновода (рис. 1). С помощью двух скрещенных опорных волн можно создать индуцированную решетку волноводов. В зависимости от параметров решетки сигнал может распространяться по одному или нескольким волноводам, перекачиваться из одного волновода в другой. Такая решетка может применяться в системах передачи данных, для мультиплексирования лазерного пучка (рис. 2).
Другое направление наших исследований - распространение излучения в искусственных средах - метаматериалах с отрицательным показателем преломления. Плоская пластина из метаматериала фокусирует как линза расходящийся пучок лучей. Чередуя пластины метаматериала с воздухом или другим диэлектриком, можно создать оптический волновод для света (рис. 3). Также в лаборатории ведутся исследования распространения поверхностных плазмон-поляритонов в различных средах: метаматериалах, средах с гиротропией, нелинейностью и т.д. При помощи плазмонов можно усиливать нелинейно-оптические эффекты, исследовать свойства поверхностей материалов, изготавливать сверхчувствительные сенсоры. Кроме того, исследуются способы управления плазмонами при помощи мощных лазерных импульсов или внешних полей. Магнитооптика и наноплазмоника В последнее время идея создания оптических компьютеров приобретает все большую популярность, подкрепляемую, с одной стороны, неиссякающим стремлением к все большим скоростям вычислений, а, с другой стороны, удивительными возможностями современных технологий. Для того, чтобы обрабатывать и передавать информацию с помощью света, т.е. с помощью фотонов, необходимо научиться эффективно управлять ими. Хотя электрического заряда у фотонов нет, наличие поляризации - ориентации их электромагнитного поля - открывает такую возможность. Использование магнитных материалов позволяет эффективно управлять интенсивностью и состоянием поляризации распространяющегося или отраженного света за счет изменения намагниченности. В настоящее время большой интерес вызывает изучение магнитных наноструктурированных материалов, имеющих специально созданную структуру с характерным размером порядка сотен, десятков или даже единиц нанометров. Магнитные и оптические свойства таких материалов могут существенно отличаться от свойств однородных сред. Например, величина эффекта Фарадея (вращение плоскости поляризации света при его распространении по магнитной среде) может возрасти в несколько десятков раз. Это крайне важно для создания новых магнитооптических устройств интегральной оптики и фотоники. Так, ряд российских и зарубежных ученых занимается разработкой магнитооптических ячеек для новых видео-проекторов, мониторов и т.д.
Одним из наиболее ярких примеров наноструктурированных сред являются фотонные кристаллы - среды, у которых оптические свойства периодически модулированы в пространстве. Период модуляции сравним с длиной волны используемого излучения (рис. 4). Другой пример - плазмонные структуры (рис. 5), в которых возбуждаются плазмон-поляритонные волны, характеризующиеся сильной локализацией поля. Магнитные нанокомпозиты (рис. 6) не обладают периодической структурой, однако их оптические и магнитные свойства обладают рядом уникальных особенностей, поэтому такие объекты очень перспективны для создания новых устройств хранения, записи и считывания информации, магнитных сенсоров, ключей и т.д. В нашей лаборатории изучают оптические, магнитные и проводящие свойства фотонных кристаллов, плазмонных структур, магнитных вихрей и магнитных наночастиц. Исследования ведутся в тесном сотрудничестве с экспериментальными коллективами. Оптоэлектроника и акустооптика  Управление характеристиками оптических пучков является одной из основных задач фотоники. В современной науке и технике требуется управлять такими характеристиками световых пучков, как амплитуда, частота, поляризация, направление распространения и т.д. Особенно актуальным является разработка методов управления светом с помощью света, а также приборов управления светом с помощью электрических сигналов. Исследованием данных приборов занимается оптоэлектроника. Среди множества различных эффектов, используемых в оптоэлектронных устройствах, одно из важнейших мест занимает акустооптический эффект. Акустооптический эффект - это явление взаимодействия световых лучей с ультразвуковыми волнами. Вследствие данного эффекта под действием акустической волны в среде формируется периодическая фазовая структура, на которой происходит рассеяние света. Первые акустооптические устройства позволяли работать лишь с видимым и ближним инфракрасным светом. Поэтому одной из главных задач современной акустооптики является освоение новых диапазонов длин волн. Относительно недавно были разработаны приборы, предназначенные для работы с ультрафиолетовым излучением. Пока остается слабо освоенным диапазон дальнего инфракрасного излучения. В нашей лаборатории активно ведутся исследования и разработка новых акустооптических устройств для работы в дальнем инфракрасном диапазоне. Также большой интерес на кафедре уделяется разработке устройств управления терагерцовым излучением, свойства которого активно изучаются в фотонике. Презентации лаборатории
   Нелинейная оптика предельно коротких импульсов 
Одной из тенденций развития лазерной оптики является создание все более коротких световых импульсов фемто- и даже аттосекундной длительности. Такие импульсы содержат всего несколько периодов электромагнитных колебаний; поэтому для описания нелинейного распространения требуется новые методы и подходы в проведении исследований. Таким образом, сформировалась новое направление - нелинейная оптика предельно коротких импульсов. Особый интерес представляют исследования солитонных режимов распространения предельно коротких импульсов в фотонных кристаллах и оптических волокнах. Нелинейная оптика предельно коротких импульсов находится на стадии интенсивного развития и предоставляет широкое поле деятельности как для теоретиков, так и для экспериментаторов. Актуальность развития прикладных исследований обусловлена возможностью использования предельно коротких импульсов в информационно-оптических системах, так как с уменьшением длительности импульсов увеличивается пропускная способность данных устройств. Кроме того, сверхкороткие импульсы находят приложения в спектроскопии, работах по управляемому лазерному термоядерному синтезу, микрохирургии, методах формирования изображений и т.д. Профессор С.В. Сазонов (комн. 4-68; Курчатовский институт) |
