Российские физики изучили преобразование частоты оптического излучения в нелинейных фотонных кристаллах с гексагональной структурой. Эти кристаллы можно будет применять в телекоммуникационных системах. Результаты работы опубликованы в журнале Laser Physics Letters и представлены на Международной молодежной конференции по люминесценции и лазерной физике. 

Когда два фотона распространяются в нелинейной среде — такой среде, где отклик на действие внешнего излучения нелинейно зависит от интенсивности этого излучения — есть определенная вероятность, что в результате взаимодействия они преобразуются в третий фотон. Частота этого фотона и другие его характеристики, например, импульс и энергия, будут определяться соответствующими характеристиками исходных фотонов и условиями взаимодействия. Такой процесс называется нелинейно-оптическим преобразованием частоты оптического излучения.

Эффективность такого взаимодействия без выполнения определенных условий крайне низка, поскольку вероятность этих процессов мала. Поэтому в экспериментах ученые используют интенсивные лазерные источники и подбирают специальные условия распространения в нелинейной среде, что позволяет наблюдать указанные эффекты невооруженным глазом.

Одна из разновидностей нелинейных сред — нелинейные фотонные кристаллы. В большинстве случаев это периодические структуры, в которых определенный параметр — нелинейная восприимчивость — модулируется, то есть периодически изменяется в пространстве в одном или нескольких направлениях. Такая модуляция влияет на процесс преобразования частоты лазерного излучения. Это позволяет с их помощью получить когерентное (с одной длиной волны) оптическое излучение на желаемых частотах.

«Мы теоретически рассмотрели нелинейно-оптическое преобразование частоты в двумерном нелинейном фотонном кристалле. При этом домены кристалла — элементарные единицы объема его структуры — были гексагональной формы. Вместо одного исходного пучка в нелинейной структуре генерируются пучки, которые распространяются строго под определенными углами. Такой процесс преобразования можно рассматривать как нелинейный аналог дифракции Брэгга — типа рассеяния волн на системе периодически упорядоченных элементов», — рассказал один из авторов статьи Андрей Вьюнышев, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Лаборатории когерентной оптики Института физики имени Л.В. Киренского СО РАН.

В комплексном исследовании принимали участие теоретики, технологи и экспериментаторы. В качестве образца нелинейного фотонного кристалла физики взяли сегнетоэлектрический кристалл ниобата лития — кристалл со спонтанной поляризацией, направление которой можно изменить внешним электрическим полем. Исследуемый образец содержал домены гексагональной формы, упорядоченные в объеме образца. Авторы измеряли распределение интенсивности излучения на определенной длине волны. Разработанная теоретическая модель позволила с высокой точностью предсказать основные характеристики преобразованного излучения.

Также ученые получили выражение, которое может быть интерпретировано как закон нелинейной дифракции Брэгга в двумерных нелинейных фотонных кристаллах. Это позволит определить пути повышения эффективности преобразования в двумерных нелинейных фотонных кристаллах.

3653de26fa34bc514c7448fed797f95c51724b12 

Картина нелинейной дифракции Брэгга в двумерном нелинейном фотонном кристалле. Андрей Вьюнышев

Ученые планируют оптимизировать параметры структуры, чтобы повысить эффективность преобразования. Также с помощью таких структур они хотят реализовать оптические параметрические взаимодействия. Это может найти применение в нелинейно-оптических преобразователях, которые способны изменять частоту и пространственную структуру излучения, делая ее многопучковой. Сейчас используются только однопучковые оптические преобразователи частоты.

«Переход к двумерным нелинейным оптическим структурам позволит одновременно генерировать серию световых пучков, что представляет интерес для разработки многоканальных аналогов интегрированных преобразователей для телекоммуникационных приложений и фотолитографии. Более того, нелинейно-оптические процессы — это источники неклассических световых полей, поэтому они вызывают сейчас значительный интерес в квантовой информации», — заключил Андрей Вьюнышев.

Работу выполнили сотрудники Института физики имени Л.В. Киренского СО РАН, МГУ имени М.В. Ломоносова и Сибирского и Уральского федеральных университетов.

Источники

Изучено преобразование частоты лазерного излучения в нелинейных фотонных кристаллах
Nanonewsnet.ru, 15/07/2018
Изучено преобразование частоты лазерного излучения в нелинейных фотонных кристаллах
Новости@Rambler.ru, 15/07/2018
Изучено преобразование частоты лазерного излучения в нелинейных фотонных кристаллах
Индикатор (indicator.ru), 15/07/2018
Новые кристаллы для телекоммуникации обнаружили ученые
Уральский федеральный университет (urfu.ru), 17/07/2018
УФУ: Новые кристаллы для телекоммуникации обнаружили ученые
РЕФ РФ (referatwork.ru), 17/07/2018
Новые кристаллы для телекоммуникации обнаружили ученые
БезФормата.Ru Екатеринбург (ekaterinburg.bezformata.ru), 17/07/2018
СФУ: Физики СФУ изучили преобразование частоты лазерного излучения в нелинейных фотонных кристаллах
РЕФ РФ (referatwork.ru), 25/07/2018
Физики СФУ изучили преобразование частоты лазерного излучения в нелинейных фотонных кристаллах
БезФормата.Ru Красноярск (krasnoyarsk.bezformata.ru), 25/07/2018
Физики СФУ изучили преобразование частоты лазерного излучения в нелинейных фотонных кристаллах
Научно-инновационный портал СФУ (research.sfu-kras.ru), 25/07/2018

Похожие новости

  • 24/12/2018

    Ухудшение зрения может быть индикатором эмоционального выгорания

    ​Российские ученые провели исследование, в ходе которого выяснили, что хронический стресс в форме профессионального выгорания изменяет контрастную чувствительность глаз. Благодаря полученным результатам ученые лучше поймут влияние хронического стресса на организм человека и смогут предложить новые, более быстрые способы диагностики профессионального выгорания.
    631
  • 04/04/2018

    Российские ученые повысили твердость стали с помощью лазера и наночастиц

    Коллектив ученых Национального исследовательского университета «МЭИ», Федерального исследовательского центра Красноярский научный центр СО РАН (ФИЦ КНЦ СО РАН) и Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета разработал технологию повышения поверхностной твердости и износостойкости стальных изделий.
    1210
  • 27/11/2017

    Композиционный материал из графена и дисульфида ванадия повысит емкость и скорость заряда литий-ионных батарей

    ​Ученые из Института физики им. Л.В. Киренского ФИЦ КНЦ СО РАН совместно с коллегами из СФУ и Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» предложили использовать соединение графена с монослоем дисульфидом ванадия в качестве анодного материала для литий-ионных батарей.
    1397
  • 08/07/2017

    Российские ученые получили чувствительные к малым дозам радиации белки

    Группа исследователей из Института биофизики СО РАН, Красноярского государственного аграрного университета, Сибирского федерального Университета (СФУ), а также МГУ им. М. В. Ломоносова разработала чувствительный к радиации белковый комплекс, сообщает пресс-служба СФУ.
    1269
  • 27/11/2018

    Российские биологи расшифровали генетический «секрет» светящихся грибов

    ​Российские биологи идентифицировали все гены, ответственные за биолюминесценцию светящегося гриба. Воссоздание путей синтеза необходимых для этого компонентов — люциферазы и люциферина — в дрожжевых клетках заставило их излучать свет, видимый невооруженным глазом.
    1134
  • 14/12/2018

    Красноярские ученые оценили эффективность различных методик отбора образцов древесины для датировки

    ​Экологи из Сибирского федерального университета (СФУ) оценили эффективность различных методик отбора образцов древесины для датировки и изучения климата прошлого. Исследование поддержано грантами Российского научного фонда (1, 1).
    931
  • 26/01/2018

    Ученые установили, что раковые клетки можно удалять с помощью золотых наночастиц и тепла

    ​Российские и канадские ученые разработали способ адресного разрушения раковых клеток с помощью наночастиц золота и теплового воздействия. Доставку терапевтических наночастиц к опухоли осуществляют специальные молекулы.
    1115
  • 25/10/2016

    Экспериментальная установка покажет, как бороться с перегревом термоядерного реактора

    Ученые Института ядерной физики СО РАН им. Г.И. Будкера (ИЯФ СО РАН), Московского энергетического института (НИУ МЭИ) и ОИВТ РАН создали экспериментальный стенд РК-3, на котором будут проводиться исследования гидродинамики и теплообмена жидкометаллических теплоносителей в условиях ИТЭР (International Thermonuclear Experimental Reactor) и других термоядерных реакторов-токамаков.
    1470
  • 18/08/2017

    Российские и французские ученые разработали уникальный детектор нейтронов

    ​Ученые из Объединенного института ядерных исследований вместе с коллегами из Орсе (Франция) разработали уникальный детектор нейтронов и с его помощью определили вероятность радиоактивного (нейтронного) распада атомных ядер легких химических элементов.
    806
  • 02/08/2017

    Как ученые проводят лето

    ТрВ-Наука обратился к ведущим российским ученым с просьбой поделиться новостями о том, как они проводят лето, над чем сейчас работают и что их тревожит в научно-образовательной сфере. Публикуем поступившие ответы.
    914