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 А

Кафедра фотоники и физики микроволн

Заглавная страница
Новости
История кафедры
Лаборатории
Сотрудники
Спецкурсы
Спецпрактикум
Студентам
младших курсов
Аспирантам
Практикум по радиоэлектронике
Школа-семинар по волновым явлениям
Фотоальбом
Полезные ссылки
English


Лаборатория фотоники и плазмоники

Нелинейная фотоника и плазмоника

Фотоника - наука о генерации, распространении и детектировании оптического излучения, в которой фотон рассматривается как носитель информации. Важной задачей фотоники является поиск новых сверхбыстрых методов управления излучением без помощи традиционных для оптики элементов (зеркал, линз, призм и т.д.). Реализация этих методов позволяет на порядки увеличивать скорости обработки и передачи информации, создавать полностью оптические микросхемы.

Важную роль в фотонике играют нелинейные среды, свойства которых, в первую очередь показатель преломления, меняются под действием мощного лазерного излучения. В таких средах при помощи мощных пучков (называемых пучками накачки, или опорными пучками) могут индуцироваться разнообразные оптические структуры (аналоги волноводов, линз, зеркал), свойства которых могут быстро перестраиваться при помощи изменения параметров (амплитуды, ширины или угла наклона) опорного пучка.

Рис. 1
Рис. 2

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 решётку 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).

Рис. 3

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.

Рис. 4
Рис. 5
Рис. 6

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


<1>
(PDF 919kB)
<2>
(PDF 9.0MB)
<3>
(PDF 1.6MB)
<4>
(PDF 1.4MB)
<5>
(PDF 305kB)
<6>
(PDF 598kB)
<7>
(PDF 693kB)


Основатель лаборатории
профессор Анатолий Петрович Сухоруков
(1935-2014)
Состав лаборатории:
доценты В.И. Белотелов, Г.А. Князев
старшие научные сотрудники Д.О. Игнатьева, А.А. Калинович, А.Н. Калиш
аспиранты И.М. Сопко, Д.А. Сылгачёва
студенты А.Е. Храмова, И.В. Домбровский, Р.С. Комаров

Контакты:
комн. 4-64
комн. 2-60, тел. 28-98
комн. 4-68, тел. 33-17




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)