Год издания: 2022
Ключевые слова: эффект Тальбота, фазовый квазисинхронизм, генерация второй гармоники, пространственная модуляция света, орбитальный угловой момент, нелинейный фотонный кристалл, раманновская среда, индуцированные решетки, ультракороткие импульсы
Аннотация: Впечатляющие успехи фотоники стимулируют цифровизацию общества и отвечают на современные вызовы, связанные с возрастающим интересом к цифровым, телекоммуникационным и интеллектуальным технологиям. Актуальной проблемой фотоники является развитие эффективных методов генерации, передачи и преобразования комплексных световых полей, такПоказать полностьюназываемого структурированного света, с целью создания новой архитектуры фотонных интегральных схем, объединяющих на одном чипе компоненты с различным функциональным назначением. Передача информации с помощью устройств фотоники характеризуется высокой энергоэффективностью, экстремально широкой полосой пропускания и высокой информационной емкостью оптических каналов связи. Широкий класс дискретных компонент фотоники представляют собой нелинейно-оптические преобразователи света. Существующие подходы к преобразованию частоты света основаны на использовании однородных нелинейно-оптических сред и пространственно-периодических структур. В последнее время для этих целей также активно исследуются резонансные метаповерхности и развиваются принципы объемной нелинейной голографии. Однако материальные свойства и технологические возможности могут существенно ограничивать область применимости этих подходов особенно в случае интеграции указанных компонент в фотонные схемы. Последнее может приводить к сокращению ширины доступного спектрального диапазона и ограничению полосы перестройки преобразуемого излучения. Это особенно характерно для базовых компонент интегральной оптики, в которых немаловажными характеристиками являются компактность, высокая эффективность и стабильность рабочих характеристик. Ограничение размеров компонент в устройствах интегральной оптики приводит к необходимости учета дифракционных явлений и, как правило, снижению степени их влияния на реализуемые оптические/нелинейно-оптические процессы. В рамках проекта предлагается качественно иной подход для реализации оптических/нелинейно-оптических явлений, использующих эффекты дифракции в ближней зоне. Новые возможности для фотоники и квантовой оптики открывает эффект Тальбота, удивительным проявлением которого является дифракционное самовоспроизведение изображения периодической структуры в определенных плоскостях в ближнем поле. Пространственная модуляция света, вызванная эффектом Тальбота, в значительной степени позволяет преобразить процессы взаимодействия света с веществом и обеспечить высокую стабильность основных характеристик оптических элементов нового типа. Это открывает новые возможности для создания эффективных компонент интегральных оптических схем, сочетающих в себе мультифункциональные характеристики, и получения структурированных световых полей. Особенность эффекта Тальбота состоит в том, что посредством данного эффекта можно формировать изображения на расстояниях существенно меньших, чем в случае геометрической оптики, что является несомненным преимуществом при разработке компонент интегральной оптики и топологической фотоники. Поэтому, целью заявленного проекта является систематическое теоретическое и экспериментальное исследование комбинированного проявления эффекта Тальбота и линейных/нелинейных оптических взаимодействий. Выполнение проекта приведет к развитию новых подходов к преобразованию света в условиях эффекта Тальбота и основанном на данном эффекте структурировании комплексных световых полей, в том числе вихревых лазерных пучков с фазовыми сингулярностями. Полученные результаты будут способствовать развитию технологической платформы нелинейной и топологической фотоники, квантовой оптики и созданию оптоэлектронной компонентной базы и энергоэффективных световых устройств, которые относятся к критическим технологиям Российской Федерации.