Основные результаты 2016 г.
Исследование пассивной синхронизации мод волоконных лазеров при запаздывающей инжекции генерируемого излучения в лазерный резонатор.
На основе численного моделирования исследуется новый режим генерации волоконных лазеров, в котором пассивная синхронизация мод реализуется одновременно с режимом регулярных незатухающих пичков излучения, вызванных внутрирезонаторным насыщающимся поглотителем. Такой суперпозиционный режим возникает за счет того, что часть выходного излучения лазера, состоящего из элементов 1 – 4, работающего в пичковом режиме, выводится из генерционного резонатора, и через определенное время задержки, определяемое длиной волокна 5, инжектируется в лазерный резонатор. Для реализации такого режима необходимо, чтобы время задержки было близко к временному интервалу между соседними пичками.
Рис. 1. Схема исследуемого лазера. 1 - источник накачки, 2- усиливающее волокно, 3 – устройство, создающее нелинейные потери, уменьшающиеся с ростом интенсивности, 4 – система вывода генерируемого излучения, 5 – оптоволоконная линия задержки
На рис. 2 показано изменение энергии излучения со временем в активном кольцевом резонаторе в установившемся после переходного процесса режиме генерации.
Рис. 2. Энергия излучения в генерационном резонаторе как функция числа проходов поля по этому резонатору для устанавливающегося режима генерации, реализующегося после переходного процесса.
При отсутствии оптоволоконной линии задержки 5, в задающем генераторе, работающем в режиме регулярных незатухающих пичков, реализующемся за счет нелинейных потерь 3, каждый генерируемый пичок формируется из начального излучения, интенсивность которого сравнима с интенсивностью внутрирезонаторного спонтанного шума. В результате в каждом импульсе выходного цуга, возникает своя, не зависящая от предыстории, пространственно-временная структура поля, что связано со стохастичностью затравочного излучения. В случае использования оптоволоконной линии задержки 5, каждый последующий пичок рождается из затравочного излучения предыдущего пичка. Возникающая преемственность характеристик генерируемых пичков обеспечивает режим пассивной синхронизации мод в предлагаемом лазере с резонатором восьмеричной конфигурации.
Обсуждаются преимущества предложенного режима генерации по сравнению с другими способами пассивной синхронизации мод волоконных лазеров. Предложенный режим представляет интерес для разработки генераторов устойчивых воспроизводимых высокоэнергетических импульсов света на основе волоконных лазеров.
Публикации:
- Комаров А.К., Дмитриев А.К., Комаров К.П., Санчес Ф. Пассивная синхронизация мод волоконного лазера, работающего в режиме регулярных незатухающих пичков // Оптика и спектроскопия. – 2016. – Т. 121. С. 153–158.
- Sanchez F., Komarov A., Grelu Ph., Salhi M., Komarov K., Leblond H. Collective dissipative soliton dynamics in passively mode-locked fiber lasers // In the book “Nonlinear optical cavity dynamics: from microresonators to fiber lasers” edited by Philippe Grelu, Chapter 10, P. 312 – 346. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. – 2016. 544 p.
Исследование квантовых свойств и пространственной структуры заряженных доменных стенок в сегнетоэлектриках. Изучение линейных свойств и нелинейно-оптических эффектов в микро-резонаторах типа шепчущей галереи в отсутствие аксиальной симметрии.
1. Аксиальная симметрия лежит в основе теории и приложений высоко-добротных микро-резонаторов типа шепчущей галереи. Однако, наличие важных анизотропных сред толкает исследователей к отказу от требования аксиальной симметрии. Мы показываем теоретически и экспериментально, что влияние потери азимутальной симметрии из-за оптической анизотропии умеренно для частот и добротностей мод резонатора. В то же время, влияние анизотропии на модовые функции весьма сильно. Это существенно модифицирует условия синхронизма для χ(2) нелинейных процессов и делает возможными широкополосную генерацию второй гармоники и параметрическую генерацию. Это открывает возможность для широкого использования одноосных и двуосных кристаллов с широкими окнами прозрачности и большими нелинейными коэффициентами в нелинейной оптике микрорезонаторов.
2. Заряженные доменные стенки, обладающие металлической проводимостью и контролируемые в объёме сегнетоэлектрика, представляют повышенный научный интерес. Наиболее важный метод формирования устойчивых заряженных стенок предполагает слабое освещение с энергией фотонов выше ширины запрещённой зоны. Мы исследуем теоретически влияние такого освещения на основные свойства стенки, включая её энергию и
Рис. 2. a) Спектральная зависимость коэффициента фазовой модуляции fмоды для нескольких оптически анизотропных кристаллов и радиусе резонатора R = 1 мм. b) Трансформация азимутального дискретного Фурьеспектра моды резонаторадля f = 100.
пространственные профили поляризации, электростатического потенциала, и компенсирующего заряда. Ключевые материальные параметры – это величина спонтанной поляризации, диэлектрическая проницаемость и концентрация ловушек. Основные предсказания – существенное понижение энергии стенки и уменьшение потенциала под действием света. Эти особенности способствуют формированию заряженных стенок и достижению металлической стеночной проводимости.
Публикации:
- Furst J., Sturman B., Buse K., and Breunig I. Whispering gallery resonators with broken axial symmetry: Theory and experiment Acoustic whispering gallery modes within the theory of elasticity // Opt. Express.– 2016. – V. 24. P. 20143.
- Sturman B. and E. Podivilov E. Charged domain walls under superbandgap illumination // Phys. Rev. B (submitted on 14.09.2016).
Основные результаты 2015 г.
Изучение многосолитонных режимов пассивной синхронизации мод волоконных лазеров при взаимодействии солитонов через самоинжектируемое узкополосное излучение, связанное с дисперсионными волнами
На основе численного моделирования дан анализ пассивной синхронизации мод волоконных лазеров в условиях дополнительной инерционной нелинейности показателя преломления внутрирезонаторной среды [1]. Показано, при таких условиях самоинжектируемое узкополосное излучение, связанное с дисперсионными волнами, излучаемыми солитонами вследствие сосредоточенности нелинейных потерь, приводит к расталкиванию солитонов на далеких расстояниях. При этом на близких межсолитонных интервалах превалирует их притяжение. Продемонстрировано, что при таком взаимодействии возникают связанные состояния близко расположенных солитонов и расталкивание образующихся многосолитонных структур (рис. 2.45). В результате реализуется гармоническая пассивная синхронизация лазерных мод, при которой после переходного процесса идентичные многосолитонные структуры эквидистантно располагаются вдоль кольцевого лазерного резонатора. Полученные результаты находятся в хорошем качественном согласии с результатами проведенных экспериментальных исследований с волоконным эрбиевым лазером (рис. 2.46) [2].
Рис. 2.45. Изменение распределения интенсивности I(τ) в кольцевом лазерном резонаторе с ростом числа проходов поля через резонатор ζ. Переходный процесс и устанавливающаяся пассивная синхронизация мод солитонных пар (а) и солитонных структур, состоящих из трех импульсов (б)
Рис. 2.45. Изменение распределения интенсивности I(τ) в кольцевом лазерном резонаторе с ростом числа проходов поля через резонатор ζ. Переходный процесс и устанавливающаяся пассивная синхронизация мод солитонных пар (а) и солитонных структур, состоящих из трех импульсов (б)
Публикации:
- Komarov A., Komarov K., Sanchez F. Harmonic passive mode locking of bound-soliton structures in fiber lasers // Optics Communications, 2015, v. 354. P. 158–162.
- Sanchez F., Komarov A., Grelu Ph., Salhi M., Komarov K., Leblond H. Collective dissipative soliton dynamics in passively mode-locked fiber lasers. P. 231-262 // In the book “Nonlinear optical cavity dynamics: from microresonators to fiber lasers” edited by Philippe Grelu. Wiley-VCHVerlagGmbH& Co. KGaA. –2016.325 p.
Исследование сверхсильного локального усиления светового поля вблизи заострений формы металлических наночастиц; изучение порогов бриллюэновской генерации в оптических микрорезонаторках типа шепчущей галереи
Исследованы плазмонные свойства металлических наночастиц, обладающих заострениями формы. Показана возможность гибридизации сверхлокализованных плазмонов, частоты которых определяются свойствами заострения, и обыкновенных плазмонов, локализованных на масштабе частицы. В условиях гибридизации частица действует подобно наноантенне. Поглощение ею энергии из падающей электромагнитной волны определяется бóльшим размером частицы. В то время как локальное усиление поля определяется отношением наибольшего к наименьшему размеру частицы, что обеспечивает локальное усиление поля падающей электромагнитной волны в районе заострения на несколько порядков величины (рис. 2.47).
Рис. 2.47. Иллюстрация усиления поля падающей волны в условиях гибридизации сверхлокализованного и обыкновенного плазмонов для гауссовского заострения с высотой h и отношением масштабов 100. Частота волны входит через известную зависимость ε'(ω). Цвет отражает кратность усиления
Рассчитаны и проанализированы пороговые мощности для вынужденного Бриллюэновского рассеяния в оптических твердотельных микрорезонаторах типа шепчущей галереи. Расчёты включают в себя определение акустических мод типа шепчущей галереи. Показано, что из-за наличия продольного и поперечного звука с существенно разными скоростями ситуация кардинально отличается от той, которая реализуется в случае жидкости и газа. Кроме того, облегчается выполнение условий синхронизма. Результаты исследования позволили объяснить ряд экспериментальных данных и предсказать новые закономерности.
Публикации:
- Gorkunov M.V., Sturman B.I., Podivilov E.V. Selective excitation of plasmons superlocalized at sharp perturbations of metal nanoparticles // EPL, 2015, v. 110. P. 57004 (6 p.).
- Gorkunov M.V., Sturman B.I., Podivilov E.V. Confining light with superlocalized plasmon resonances // The 9th International Congress on Advanced Electromagnetic Materials in Microwaves and Optics (Metamaterials 2015) (Oxford, UK, September 7−12, 2015). P. 82−84.
- Sturman B., Breunig I. Acoustic whispering gallery modes within the theory of elasticity // J. Appl. Phys., 2015, v. 118. P. 013102 (6 p.).
- Sturman B., Breunig I. Brillouin lasing in whispering gallery micro-resonators // New Journal of Physics, 2015, v. 17. P. 125006 (12 p.).
Основные результаты 2014 г.
Исследование режимов пассивной синхронизации мод волоконных лазеров, управляемой инжектируемым монохроматическим излучением
На основе численного моделирования показано, что нелинейное взаимодействие лазероного солитона и инжектируемой монохроматической непрерывной волны приводит к синхронизации их фаз [1]. Как следствие, скорость солитона начинает зависеть от амплитуды и частоты инжектируемого излучения (рис. 2.39). Установлено, что при совпадении частоты внешнего сигнала с частотой дисперсионных волн, излучаемых солитонами в лазерах с сосредоточенными внутрирезонаторными элементами и формирующих спектральные пики Келли (рис. 2.40), возникает механизм управления взаимодействием солитонов на больших расстояниях. Этот механизм связан с интерференцией инжектируемой волны и излучаемых солитонами дисперсионных волн, через которые реализуется взаимодействие солитонов на больших расстояниях. Продемонстрировано возникновение механизма отталкивания солитонов друг от друга, через который реализуется гармоническая пассивная синхронизация лазерных мод (многоимпульсная генерация с эквидистантным расположением идентичных импульсов в лазерном резонаторе). Полученные результаты находятся в хорошем качественном согласии с результатами экспериментальных исследований режимов пассивной синхронизации мод волоконных лазеров с инжекцией монохроматического излучения [2–4].
Рис. 2.39. Распределение интенсивности I(τ) и фазы φ(τ) результирующего излучения в окрестности солитонного пьедестала. Стрелками показано направление движения солитона и фазовых фронтов инжектируемого излучения в условиях их резонансного взаимодействия
Рис. 2.40. Спектральное распределение излучения. Резонансное взаимодействие реализуется при совпадении частоты инжектируемого излучения с частотой одного из пиков Келли
Публикации:
- Komarov A., Komarov K., Niang A., Sanchez F. Nature of soliton interaction in fiber lasers with continuous external optical injection // Phys. Rev. A. – 2014. – V. 89. – P. 013833 (6 p.).
- Niang A., Amrani F., Salhi M., Leblond H., Komarov A., Sanchez F. Harmonic modelocking in a fiber laser through continuous external optical injection // Opt. Commun. – 2014. – V. 312. – №1. – P. 1 – 6.
- Niang A., Amrani F., Salhi M., Leblond H., Komarov A., Sanchez F. Control of soliton pattern through continuous external injection // Proceedings of SPIE Conference Photonics Europe, Nonlinear Optics and its Applications VIII (Brussels, Belgium, April 14–16, 2014). – V. 9136. – 2014. – P. 91361A.
- Niang A., Amrani F., Salhi M., Leblond H., Komarov A., Sanchez F. Control of harmonic mode-locking in a fiber laser by continuous external optical injection // Proceedings of 16-th International Conference on Transparent Optical Networks ICTON 2014 (Graz, Austria, July 6–10, 2014). – 2014. – P. 1 – 4.
Исследование плазмонных свойств металло-диэлектрических 3D- наноструктур, обладающих заострениями формы; расчеты частот и модовой структуры для дисковых оптических микрорезонаторов типа шепчущей галереи
Показано экспериментально и теоретически, что нагрев оптически прозрачных изначально изотропных материалов маломощными непрерывными световыми пучками индуцирует сильную оптическую анизотропию. Эта анизотропия является результатом одноосных термооптических напряжений и эластооптического эффекта. Рассмотрены случаи стёкол и кристаллов ниобата лития (рис. 2.41). Найденный эффект важен для развития методов анализа свойств малого поглощения в оптически прозрачных материалах.
Рис. 2.41. Сравнение экспериментальных и теоретических результатов по угловым зависимостям AC сигнала для кристаллов ниобата лития
Дан обзор нелинейных эффектов в оптических микрорезонаторах типа шепчущей галереи, таких как генерация второй гармоники, параметрическая генерация, генерация оптических гребёнок. Данные эффекты отличает большая сила при малых мощностях оптической накачки [1].
Показано, что пересечение плазмонных ветвей наночастиц, отвечающих локализованным и суперлокализованным на остриях модам, приводит к их гибридизации, передаче энергии к остриям и гигантским эффектам локального усиления света [2–3].
Публикации:
- Fieberg S., Sturman B., Kühnemann F., Buse K. Strong polarization effects in photothermal common-path interferometry // Opt. Lett. – 2014. – V. 39. – P. 3880.
- Sturman B. Nonlinear phenomena with whispering gallery modes // 7th International conference «Solitons, Collapses and Turbulence» (Moscow, Russia, August 4–8, 2014). Technical Digest. – 2014. – P. 37.
- Gorkunov M., Sturman B., Podivilov E. Field singularities and super-localized plasmons at sharp metal corners and tips // Proceedings of 8th International Congress on Advanced Electromagnetic Materials in Microwaves and Optics, 2014. – 2014. – P. 121 – 123.
Основные результаты 2013 г.
Исследование условий подавления многоимпульсной генерации и анализ механизмов реализации различного типа солитонных структур в волоконных лазерах с пассивной синхронизацией мод
На основе численного моделирования показано, что диссипативный солитонный резонанс подавляет появление в генерации новых импульсов, обычно возникающих при увеличении накачки. Как следствие, энергия импульсов может достигать сколь угодно больших значений, определяемых уровнем накачки. Механизм подавления выхода в генерацию новых импульсов при увеличении накачки связан с их взаимодействием в усиливающей среде с насыщающимся усилением.
При этом генерация остается мультистабильной: число импульсов в устанавливающемся генерационном режиме зависит от начальных условий. В случае многоимпульсной генерации все импульсы имеют идентичные длительности, формы, частотные чирпы и пиковые интенсивности. Установлены условия реализации режима генерации одиночного импульса. Эффект подавления появления новых импульсов в лазерном резонаторе с ростом накачки может быть использован для генерации световых импульсов с высокой энергией.
Показано, что механизм формирования эквидистантного расположения световых импульсов в лазере с многоимпульсной пассивной синхронизацией мод и внешним инжектируемым излучением связан с интерференцией инжектируемого сигнала с солитонными крыльями. Определены условия перехода от режима связанных солитонов к режиму гармонической пассивной синхронизации лазерных мод (рис. 2.35).
a б
Рис. 2.35. Зависимость числа импульсов (N) в лазерном резонаторе от накачки a при обычной пассивной синхронизации мод волоконного лазера (a) и в случае диссипативного солитонного резонанса (б)
Публикации:
- Komarov A., Armani F., Dmitriev A., Komarov K., Sanchez F. Competition and coexistence of ultrashort pulses in passive mode-locked lasers under dissipative-solitonresonance conditions // Phys. Rev. A, 2013, vol. 87. P. 023838 (6 p.).
- Sanchez F., Armani F., Niang A., Salhi M., Komarov A. Characterization of a highpower erbium-doped fiber laser // International Journal of Microwaves Applications, 2013, vol. 2, № 2. P. 89–92.
- Niang A., Amrani F., Salhi M., Leblond H., Komarov A., Sanchez F. Harmonic modelocking in a fiber laser through continuous external optical injection // Optics Communications, 2014, vol. 312, № 1. P. 1–6. (www.elsevier.com/locate/optcom)
- Мещеряков Д.В. Комаров А.К., Комаров К.П. Программа для ЭВМ «Система моделирования диссипативных солитонов “DSELab”» // Свидетельство о государственной регистрации № 2013613928, зарегистрировано 19.04.2013.
- Smirnov G.I., Strekalov M.L., Bednarjevsky S.S. Nanoeffects by femtosecond laser radiation of the deuterium surface // SPIE Int. Conf. “Pacific Kim Laser Damage: Optical Materials for High-Power Lasers” (Shanghai, China, May 19–22, 2013). Technical Digest. P. 21.
- Ерофеев В.И. Принципы повышения информативности теоретических сценариев физической эволюции плазмы // XXXVII Международная конференция по физике плазмы и УТС (г. Звенигород, Россия, 22–26 апреля 2013). Тезисы докладов. С. 134.
- Komarov A., Amrani F., Dmitriev A., Komarov K., Sanchez F. Dissipative soliton resonance in passive mode-locked lasers // International Conference on Coherent and Nonlinear Optics ICONO/LAT 2013 (Moscow, Russia, June 18–22, 2013). Technical Digest. P. 1–2.
- Komarov A., Dmitriev A., Komarov K., Sanchez F. Passive mode-locked fiber lasers: multipulse regimes and operation of high-energy pulses // The Sixth International Symposium Modern Problem of Laser Physics MPLP 2013 (Novosibirsk, Russia, August 25–31, 2013). Technical Digest. P. 224–225.
Исследование плазмонных резонансов и оптических свойств металлических 2D-наночастиц с заострениями формы; расчеты частотной конверсии в оптических микрорезонаторах на основе ниобата лития
Предсказано наличие двух фундаментальных эффектов для металлических нанопроволок, поперечное сечение которых обладает острыми углами. Во-первых, основная плазмонная мода испытывает сильный красный сдвиг с увеличением кривизны угла (рис. 2.36). Для достаточно больших значений кривизны резонансная частота плазмона определяется величиной угла. Во-вторых, основная плазмонная мода
Рис. 2.36. а – зависимость резонансных плазмонных значений диэлектрической проницаемости для нанопроволоки квадратного сечения от параметра кривизны угла; б – пример дипольной собственной функции, демонстрирующий локализацию поверхностного заряда на угле
испытывает сильную локализацию вблизи угла. Это даёт возможность конструировать металлические наноструктуры с заданными резонансными свойствами, селективным частотным возбуждением и управляемой степенью ближнепольного усиления.
В оптических параметрических генераторах на основе дисковых резонаторов типа шепчущей галереи линия накачки становится сильно расщеплённой уже вблизи порога возбуждения. Мы моделируем это нелинейное поведение для экспериментов с дисковыми микрорезонаторами на основе ниобата лития и получаем отличное согласие с экспериментальными данными. Результаты расчётов позволяют прямо извлекать важную информацию о механизмах линейных и нелинейных потерь для генерационных волн и волн накачки.
Для 2D металлических наночастиц с заострениями формы показано существование двух новых эффектов. Нижняя плазмонная мода испытывает сильный красный сдвиг с увеличением кривизны заострения. Для достаточно больших значений кривизны резонансная частота определяется углом заострения. Кроме того, нижняя мода испытывает сильную локализацию вблизи заострения. Взятое вместе, это открывает новые возможности для создания линейных и нелинейных металлодиэлектрических наноструктур.
Мы анализируем влияние формы поперечного сечения металлических нанопроволок на плазмонные резонансы. Для слабой периодической модуляции проблема допускает полное аналитическое решение, указывающее на наличие ряда нетривиальных плазмонных свойств. Численные расчёты позволили существенно расширить область применимости аналитической теории. Для нанопроволок с острыми углами, обладающими варьируемой кривизной, предсказано наличие двух плазмонных явлений. Основная мода испытывает сильный красный сдвиг с увеличением кривизны угла. Для больших значений кривизны резонансная частота определяется углом заострения. Плазмонная мода испытывает сильную локализацию вблизи угла. Это даёт возможность управлять резонансными свойствами, селективным частотным возбуждением и степенью ближнепольного усиления.
Оптические моды типа шепчущей галереи в осесимметричных дисковых резонаторах сильно локализованы в экваториальной области. Используя эту отличительную особенность, мы получили простые аналитические выражения для частот и собственных функций этих мод, включающие большой и малый радиусы кривизны резонатора. Произведено сравнение аналитических результатов с данными прямых численных расчётов методом конечных элементов. Показано отличное согласие результатов. По результатам расчетов произведена экспериментальная идентификация основных мод в дисковом резонаторе на основе MgF2.
Публикации:
- Sturman B., Podivilov E., Gorkunov M. Universal plasmonic properties of twodimensional nanoparticles possessing sharp corners // Phys. Rev. B, 2013, vol. 87, issue 11. P. 115406 (6 p.).
- Breunig I., Sturman B., Buckle A., Werner C.S., Buse K., and Furst J. The structure of whispering-gallery resonances during optical parametric oscillation // Optics Letters, 2013, vol. 38. P. 3316–3318.
- Sturman B., Podivilov E., Gorkunov M. Metal nanoparticles with sharp corners: Universal properties of plasmon resonances // EuroPhysics Letters (EPL), 2013, vol. 101, issue 5. P. 57009 (4 p.).
- Gorkunov M., Sturman B.I., and Podivilov E.V. Tailoring plasmonic resonances of nanowires by corrugation and corners // International Congress on Advanced Electromagnetic Materials in Microwaves and Optics (Bordeaux, France, September 16–21, 2013). Technical Digest. P. 43–44.
- Breunig I., Sturman B., Sedlmeir F., Schwefel H. G. L., and Buse K. Whispering gallery modes at the rim of an axisymmetric optical resonator: Analytical versus numerical description and comparison with experiment // Opt. Express, accepted.
- Gorkunov M.V., Sturman B.I., and Podivilov E.V. Plasmons localized at nano-scale perturbations of flat metal surface // Phys. Rev. B, submitted.
- Sturman B., Podivilov E., and Gorkunov M. Critical behavior of optical singularities near sharp metal corners and tips // Phys. Rev. B, submitted.
Основные результаты 2012 г.
Исследование взаимодействия ультракоротких импульсов в волоконных лазерах через дисперсионные волны, анализ устанавливающихся режимов генерации
Дан анализ формирования мощных солитонных крыльев, связанных с дисперсионными волнами, излучаемыми солитонами в волоконном лазере за счет их взаимодействия с сосредоточенными внутрирезонаторными элементами [1]. Показано, что в лазерах с аномальной дисперсией мощность таких крыльев значительно увеличивается за счет возникающих солитонных колебаний, обусловленных фазовой модуляцией импульсов, связанной с фокусирующей нелинейностью и частотной дисперсией показателя преломления. Исследованы изменения фазы и амплитуды поля вдоль таких крыльев. Определены значения энергии связи пары взаимодействующих солитонов для различных связанных состояний (рис. 2.20).
Рис. 2.20. Зависимость энергии связи для первых шести стационарных связанных состояний от величины доли нелинейных потерь η, создаваемых сосредоточенным насыщающимся поглотителем: η = 1 (1), η = 0.75 (2), η = 0.50 (3), η = 0.25 (4), η = 0 (5). Полные нелинейные потери, определяемые сосредоточенными и распределенными насыщающимися поглотителями, остаются неизменными для всех случаев
Дан анализ динамики формирования солитонных комплексов в волоконном эрбиевом лазере с петлей нелинейного усиливающего зеркала [2]. Продемонстрированы режимы генерации, аналогичные режимам, полученным в случае использования нелинейных потерь, связанных с нелинейной техникой поляризационного вращения. Сделан вывод об общности механизмов формирования таких комплексов для этих лазеров.
Определены механизмы реализации многоимпульсной пассивной синхронизации лазерных мод в волоконных лазерах с насыщающимися поглотителями [3, 4]. Исследованы режимы формирования упорядоченных многосолитонных структур в эрбиевом волоконном лазере. Показано, что возникающие при больших накачках протяженные солитонные кристаллы, состоящие из большого числа эквидистантно расположенных импульсов, при увеличении накачки распадаются на солитонные структуры меньших размеров.
Исследованы механизмы формирования связанных многосолитонных структур в волоконных лазерах с различными типами нелинейных потерь, определяющих свойства ультракоротких импульсов [5–8]. Выявлены условия реализации солитонных состояний, аналогичных различным агрегатным состояниям вещества (газ, жидкость, стекло, кристалл, поликристалл). Установлены необходимые требования на свойства нелинейно-дисперсионных параметров лазерной среды для реализации этих состояний.
Публикации:
- Komarov A., Armani F., Dmitriev A., Komarov K., Meshcheriakov D., Sanchez F. Dispersive-wave mechanism of interaction between ultrashort pulses in passive modelocked fiber lasers // Phys. Rev. A, 2012, vol. 85. P. 013802 (5 p.).
- Amrani F., Salhi M., Niang A., Komarov A., Sanchez F. Soliton pattern formations in figure-of-eight laser // Proceedings of SPIE Conference Photonics Europe, Nonlinear Optics and its Amplifiers (Brussels, Belgium, April 16–19, 2012). P. 843403 (7 p.).
- Komarov A., Armani F., Dmitriev A., Komarov K., Meshcheriakov D., Sanchez F. Dispersive wave interaction between solitons in fiber lasers with saturable absorbers // Proceedings of IEEE, The International Symposium on Photonics and Optoelectronics (SOPO 2012) (Shanghai, China, May 21–23, 2012). P. 1–4.
- Komarov A., Amrani F., Dmitriev A., Komarov K., Meshcheriakov, Sanchez F. Mechanism of dispersive-wave soliton interaction in fiber lasers // Proceedings of International Conference “Solitons, Collapses and Turbulence” (Novosibirsk, Russia, June 4–8, 2012). P. 91–92.
- Sanchez F., Salhi M., Komarov A., Amrani F., Niang A. Soliton patterns formation in fiber lasers // Там же. P. 122–123.
- Amrani F., Niang A., Salhi M., Komarov A., Sanchez F. Passive mode-locking of a 10 W double-clad fiber laser // Proceedings of 14th International Conference on Transparent Optical Networks (ICTON 2012) (Coventry, England, July 2–5, 2012). P. 1–4.
- Бадалян А.М., Кашников Б.П., Пчеляков О.П., Смирнов Г.И. Способ металлизации поверхности полупроводника или диэлектрика. Патент РФ на изобретение № 2443799 // Официальный бюллетень Комитета РФ по патентам и товарным знакам, 2012, № 6.
- Erofeev V.I., Meshcheriakov D.V. A decay of elecromagnetic wave quanta in a turbulent plasma during their interaction with langmuir waves // Proceedings of International Conference “Solitons, Collapses and Turbulence” (Novosibirsk, Russia, June 4–8, 2012). P. 58.
Изучение взаимосвязи между заострениями формы металлических наночастиц и свойствами плазмонных возбуждений, включая их спектр и ближнепольное усиление светового излучения
Показано, что непрерывная волна накачки на длине волны 532 нм индуцирует значительное долгоживущее поглощение света в широком спектральном диапазоне в изначально прозрачных номинально чистых кристаллах ниобата лития [1]. Индуцированный коэффициент поглощения растет линейно с интенсивностью накачки Ip вплоть до ее максимального значения Imax = 48 кВт/см2 (рис. 2.21). Развита модель переноса заряда под действием света, объясняющая указанные экспериментальные данные. Ее ключевым моментом является наличие скрытого резервуара фотоактивных электронов в виде большого числа заполненных локализованных центров вблизи потолка валентной зоны. Модель существенно расширяет существующие представления о светоиндуцированных электронных процессах в этом важном оптическом материале.
Время релаксации, t [ms] Время релаксации, t [ms]
Рис. 2.21. Светоиндуцированный коэффициент пропускания и его релаксация для разных длин волн λt и разных интенсивностей накачки
Аналитически и численно исследованы характеристики процессов трансформации света – прохождения, дифракции и возбуждения поверхностных плазмонов, – происходящих на границе раздела между воздухом и 1D перфорированным металлом [2]. Рассмотрены и сопоставлены случаи реального и идеального металла. Зависимость сечений указанных процессов от ширины щелей, от расстояния между ними, от длины волны света и от оптической диэлектрической проницаемости металла обнаруживают ряд сильных и ранее неизвестных аномалий.
Исследованы процессы возбуждения второй гармоники и оптической параметрической генерации в ультравысокодобротных оптических микрорезонаторах типа «шепчущей галереи» на основе нелинейного оптического материала – сегнетоэлектрика ниобата лития [3]. Анализ включает в себя наличие периодической модуляции направления спонтанной поляризации, обеспечивающей фазовый синхронизм. Важным элементом теории являются также свойства дополнительной температурной подстройки к узким дискретным резонансам.
Для нанопроволок с периодически модулированным поперечным сечением построена теория плазмонных мод, включающая в себя резо-нансные значения оптической диэлектрической проницаемости, степень их вырождения, а также соответствующие плазмонные собственные функции [4]. Теория основана на известном методе поверхностных интегралов. Аналитические расчеты в области слабой модуляции сечения дополнены результатами численного моделирования в режиме сильной модуляции. Показано наличие сильного нелинейного усиления красных сдвигов при достаточно большой кратности модуляции.
Предсказано, что плазмонные моды сильно локализованы в острых углах металлических нанопроволок [5–7]. Размер локализации определяется радиусом кривизны в угле, а резонансная частота возбуждения плазмонной моды существенно сдвигается в длинноволновую часть спектра и контролируется как углом раствора, так и отношением радиуса кривизны к поперечному размеру проволоки. Это позволяет селективно возбуждать плазмонные моды.