УДК: 535.21, 538.958, 621.373.826

Аномальное преломление ультракороткого импульса света на нелинейной границе раздела диэлектрических сред

Полный текст на elibrary.ru

Публикация в Journal of Optical Technology

Ссылка для цитирования:

Маймистов А.И., Габитов И.Р. Аномальное преломление ультракороткого импульса света на нелинейной границе раздела диэлектрических сред // Оптический журнал. 2015. Т. 82. № 11. С. 15–23.

Maymistov A.I., Gabitov I.R. Anomalous refraction of an ultrashort light pulse at a nonlinear interface of dielectric media [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2015. V. 82. № 11. P. 15–23.

Ссылка на англоязычную версию:

A. I. Maĭmistov and I. R. Gabitov, "Anomalous refraction of an ultrashort light pulse at a nonlinear interface of dielectric media," Journal of Optical Technology. 82(11), 727-733 (2015). https://doi.org/10.1364/JOT.82.000727

Аннотация:

Рассмотрено преломление ультракороткого импульса электромагнитного поля на нелинейной границе раздела диэлектрических сред. Нелинейность обусловлена наличием тонкой пленки резонансно-поглощающих атомов. В тех случаях, когда эффекты локального поля несущественны, система модельных уравнений является вполне интегрируемой, что позволяет найти точное решение. Показано, что преломленный импульс разбивается на несколько солитонов, количество которых зависит от угла падения.

Ключевые слова:

оптические солитоны, тонкая пленка, двухуровневые атомы, метод обратной задачи рассеяния, преломление

Благодарность:

Исследование выполнено при поддержке Российского научного фонда (проект №14-22-00098).

Коды OCIS: 270.5530, 240.0310, 190.7110

Список источников:

1. Рупасов В.И., Юдсон В.И. О граничных задачах в нелинейной оптике резонансных сред // Квант. электрон. 1982. T. 9. № 11. C. 2179–2186.
2. Ben-Aryeh Y., Bowden C.M., Englund J.C. Intrinsic optical bistability in collections of spatially distributed twolevel atoms // Phys. Rev. A. 1986. V. 34. № 5. P. 3917–3926.
3. Prasad P.N. Non-linear optical effects in thin organic. Polymeric films // Thin Solid Films. 1987. V. 152. № 1–2. P. 275–294.
4. Benedict M.G., Trifonov E.D. Coherent reflection as superradiation from boundary of a resonant medium // Phys. Rev. A. 1988. V. 38. № 6. P. 2854–2862.
5. Stokes K.L., Puri A. Mirrorless optical bistability in a nonlinear absorbing dielectric film // Opt. Lett. 1990. V. 15. № 17. P. 986–988.
6. Бенедикт М.Г., Зайцев А.И., Малышев В.А., Трифонов Е.Д. Резонансное взаимодействие ультракороткого импульса света с тонкой пленкой // Опт. спектр. 1989. T. 66. № 4. C. 726–728.
7. Зайцев А.И., Рыжов И.В., Трифонов Е.Д., Малышев В.А. Безынверсионное сверхизлучение тонкого слоя трехуровневых атомов. Эффект локального поля // Опт. спектр. 1999. T. 87. № 5. C. 827–835.
8. Зайцев А.И., Рыжов И.В., Трифонов Е.Д., Малышев В.А. Безынверсионное сверхизлучение тонкого слоя трехуровневых атомов. Наведение когерентности низкочастотным внешним полем // Опт. спектр. 1999. T. 87. № 6. C. 1045–1051.
9. Башаров А.М. Тонкая пленка резонансных атомов – простая модель оптической бистабильности и самопульсации // ЖЭТФ. 1988. T. 94. № 9. C. 12–18.
10. Бенедикт М.Г., Зайцев А.И., Малышев В.А., Трифонов Е.Д. Беззеркальная бистабильность при прохождении ультракороткого импульса света через тонкий слой с резонансными двухуровневыми центрами // Опт. спектр. 1990. T. 68. № 4. C. 812–817.
11. Логвин Ю.А., Самсон А.М., Туровец С.И. Неустойчивости и хаос в бистабильной тонкой пленке двухуровневых атомов // Квант. электрон. 1990. T. 17. № 11. C. 1521–1524.
12. Benedict M., Malysheev V.A., Trifonov E.D., Zaitsev A.I. Reflection and transmission of ultrashort light pulses through a thin resonant medium: Local field effects // Phys. Rev. A. 1991. V. 43. № 7. P. 3845–3853.
13. Malyshev V.A., Ryzhov I.V., Trifonov E.D., Zaitsev A.I. Super-radiance from a thin solid film of three-level atoms: Local-field effects // Opt.Commun. 2000. V. 180. № 1–3. P. 59–68.

14. Ванагас Э., Маймистов А.И. Отражение ультракоротких импульсов света от нелинейной границы раздела диэлектрических сред // Опт. спектр. 1998. T. 84. № 2. C. 301–306.
15. Башаров А.М., Маймистов А.И., Елютин С.О. О двухфотонном взаимодействии когерентного излучения с тонкой пленкой резонансных атомов // ЖЭТФ. 1999. T. 115. № 1. C. 30–42.
16. Рупасов В.И., Юдсон В.И. Нелинейная резонансная оптика тонких пленок: Метод обратной задачи // ЖЭТФ. 1987. T. 93. № 2. C. 494–499.
17. Захаров В.Е., Манаков С.В., Новиков С.П., Питаевский Л.П. Теория солитонов: Метод обратной задачи / Под ред. Новикова С.П. М.: Наука, 1980.
18. Абловиц М., Сигур Х. Солитоны и метод обратной задачи. М.: Мир, 1987.
19. Башаров А.М., Маймистов А.И., Маныкин Э.А. Точно интегрируемые модели резонансного взаимодействия света с тонкой пленкой трехуровневых частиц // ЖЭТФ. 1990.T. 97. № 5. C. 1530–1543.
20. Vanagas E. Bistability in a thin film of semiconductor superlattice // Lithuania Phys. Journ. 1992. V. 32. № 5. P. 371–372.
21. Pedersen Th.G., Pedersen K., Kristensen Th.B. Theory of second-harmonic generation from quantum well states in ultrathin metal films on semiconductors // Phys. Rev. B. 2000. V. 61. № 15. P. 10255.
22. Хаджи П.И., Федоров Л.В. Взаимодействие света с тонкой пленкой полупроводника при учете эффекта концентрационного усиления дипольного момента экситонного перехода // ЖТФ. 2000. T. 70. № 10. C. 65–75.
23. Yudson V.I., Reineker P. Excitonic effects in dense media: breakdown of intrinsic optical bistability // Phys. Lett. A. 1995. V. 196. № 5–6. P. 371–376.
24. Caputo J.-G., Kazantseva E.V., Maimistov A.I. Electromagnetically induced switching of ferroelectric thin films // Phys. Rev. B. 2007. V. 77. № 5. P. 014113–014119.
25. Vizdrik G., Ducharme S., Fridkin V.M., Yudin S.G. Kinetics of ferroelectric switching in ultrathin films // Phys. Rev. B. 2003. V. 68. № 9. P. 094113–094119.
26. Caputo J.-G., Maimistov A.I., Mishina E.D., Kazantseva E.V., Mukhortov V.M. High-frequency polarization switching of a thin ferroelectric film // Phys. Rev. B. 2010. V. 82. P. 094113–094121.
27. Caputo J.-G., Kazantseva E.V., Maimistov A.I. Fast electromagnetic response of a thin film of resonant atoms with permanent dipole // J. Phys. A. 2010. V. 43. P. 015206–015220.
28. Yulin A.V., Skryabin D.V., Russell P.St.J. Dissipative localized structures of light in photonic crystal films // Opt. Exp. 2005. V. 13. № 9. P. 3529–3534.
29. Litchinitser N.M., Gabitov I.R., Maimistov A.I., Shalaev V.M. Effect of an optical negative refractive index thin film on optical bistability // Opt. Lett. 2007. V. 32. № 2. P. 151–153.
30. Lazarides N., Tsironis G.P. RF superconducting quantum interference device metamaterials // Appl. Phys. Lett. 2007. V. 90. P. 163501.
31. Maimistov A.I., Gabitov I.R. Nonlinear response of a thin metamaterial film containing Josephson junctions // Opt. Commun. 2010. V. 283. № 8. P. 1633–1639.
32. Jung P., Butz S., Shitov S.V., Ustinov A.V. Low-loss tunable metamaterials using superconducting circuits with Josephson junctions // Appl. Phys. Lett. 2013. V. 102. P. 62601.
33. Caputo J.-G., Gabitov I., Maimistov A. Polarization rotation by an rf-SQUID metasurface // Phys. Rev. B. 2015. V. 91. P. 115430–115436.
34. Chihhui Wu, Shvets G. Design of metamaterial surfaces with broadband absorbance // Opt. Lett. 2012. V. 37. № 3. P. 308–310.
35. Аллен Л., Эберли Дж. Оптический резонанс и двухуровневые атомы. М.: Мир, 1978.
36. Maimistov A.I. Basharov A.M. Nonlinear Optical Waves. Dortrecht, Boston, London: Kluwer Academic Publishers, 1999.
37. Интегральная оптика: Пер. с англ. / Под ред. Тамир Т. М.: Мир, 1978.