Управление параметрами оптических импульсов и спектрально сингулярных мод в РТ-симметричной среде

Ссылка для цитирования:

Бушуев В.А., Манцызов Б.И. Управление параметрами оптических импульсов и спектрально сингулярных мод в РТ-симметричной среде // Оптический журнал. 2026. Т. 93. № 8. С. 31–41. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2026-93-08-31-41

Bushuev V.A., Mantsyzov B.I. Control of parameters of optical pulses and spectrally singular modes in a PT-symmetric medium [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2026. V. 93. № 8. P. 31–41. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2026-93-08-31-41

Ссылка на англоязычную версию:

Аннотация:

Предмет исследования. Спектрально сингулярные моды и субпикосекундные лазерные импульсы в одномерном диспергирующем фотонном кристалле с симметрией чётность–время. Цель работы. Теоретическое описание пространственно-временной динамики формирования спектрально сингулярных пространственно локализованных мод коротким оптическим импульсом в фотонном кристалле с широкополосной симметрией чётность–время. Метод. Граничная задача динамической брэгговской дифракции излучения вблизи спектральной сингулярности и особой точки решена спектральным методом в двухволновом приближении. Основные результаты. Показано, что в режиме ниже порога лазерной генерации амплитуда спектрально сингулярной моды линейно возрастает при увеличении длительности импульса накачки, что приводит к значительному изменению интенсивности и формы прошедшего и отражённого импульсов. По сравнению со случаем усиливающе-поглощающей брэгговской решётки в фотонном кристалле с симметрией чётность–время спектральная ширина и интенсивность сингулярной моды меньше, а критическая толщина среды, при которой появляется усиленное ультраузкополосное излучение, возрастает. Практическая значимость. Высокая чувствительность параметров спектрально сингулярных мод к амплитуде модуляции диэлектрической проницаемости периодической среды послужит основой для разработки новых принципов генерации и управления параметрами и динамикой оптического излучения с ультраузким спектром.

Ключевые слова:

PT-симметричные среды, фотонные кристаллы, спектральная сингулярность, короткие импульсы

Благодарность:

исследование выполнено в рамках государственного задания МГУ имени М.В. Ломоносова

Коды OCIS: 260.1960, 260.6042; 050.5298, 140.0140

Список источников:

1. Bender C.M., Boettcher S. Real spectra in Non-Hermitian Hamiltonians having PT symmetry // Phys. Rev. Lett. 1998. V. 80. № 24. P. 5243. DOI: 10.1103/PhysRevLett.80.5243
2. Wingenbach J., Schumacher S., Ma X. Manipulating spectral topology and exceptional points by nonlinearity in Non-Hermitian polariton systems // Phys. Rev. Res. 2024. V. 6. № 1. P. 013148. DOI: 10.1103/PhysRevResearch.6.013148
3. Parity-time symmetry and its applications // Springer Tracts in Modern Physics / Ed. by D. Christodoulides, Yang J. Vol. 280. Singapore: Springer, 2018.
4. Moayedi S.K., Rostami A. PT-invariant Helmholtz optics and its applications to slab waveguides // The European Physical Journal B. 2003. V. 36. № 3. P. 359–363. DOI: 10.1140/epjb/e2003-00354-5
5. Ruschhaupt A., Delgado F., Muga J.G. Physical realization of PT-symmetric potential scattering in a planar slab waveguide // J. Phys. A. 2005. V. 38. № 9. P. L171–L176. DOI: 10.1088/0305-4470/38/9/L03
6. El-Ganainy R., Makris K.G., Christodoulides D.N., Musslimani Z.H. Theory of coupled optical PT-symmetric structures // Opt. Lett. 2007. V. 32. № 17. P. 2632–2634. DOI: 10.1364/OL.32.002632
7. Wang C., Fu Z., Mao W., Qie J., Stone A.D., Yang L. Non-Hermitian optics and photonics: from classical to quantum // Adv. Opt. Photonics. 2023. V. 15. № 2. P. 442–523. DOI: 10.1364/AOP.475477
8. Hodaei H., Miri M.-A., Heinrich M., Christodoulides D.N., Khajavikhan M. Parity-time–symmetric microring lasers // Science. 2014. V. 346. № 6212. P. 975–978. DOI: 10.1126/science.1258480
9. Liang Y., Coudevylle J.-R., Benisty H., Ramdane A., Lupu A. Strong laser emission modulation by coherent perfect absorption inside complex-coupled distributed feedback laser diodes // Small. 2024. V. 20. P. 2404388. DOI: 10.1002/smll.2024 04388
10. Hurst H.M., Flebus B. Non-Hermitian physics in magnetic systems // J. Appl. Phys. 2022. V. 132. № 22. P. 220902. DOI: 10.1063/5.0124841
11. Miri M.-A., Alù A. Exceptional points in optics and photonics // Science. 2019. V. 363. № 6422. P. eaar7709. DOI: 10.1126/science.aar7709
12. Kulishov M., Laniel J.M., Bélanger N., Azaña J., Plant D.V. Nonreciprocal waveguide Bragg gratings // Opt. Express. 2005. V. 13. № 8. P. 3068–3078. DOI: 10.1364/opex.13.003068
13. Lin Z., Ramezani H., Eichelkraut T., Kottos T., Cao H., Christodoulides D.N. Unidirectional invisibility induced by PT-symmetric periodic structures // Phys. Rev. Lett. 2011. V. 106. № 21. P. 213901. DOI: 10.1103/PhysRevLett.106.213901
14. Tsvetkov D.M., Bushuev V.A., Konotop V.V., Mantsyzov B.I. Broadband quasi-PT-symmetry sustained by inhomogeneous broadening of the spectral line // Phys. Rev. A. 2018. V. 98. № 5. P. 053844. DOI: 10.1103/PhysRevA.98.053844
15. Bushuev V.A., Tsvetkov D.M., Konotop V.V., Mantsyzov B.I. Unidirectional invisibility and enhanced reflection of short pulses in quasi-PT-symmetric media // Optics Lett. 2019. V. 44. № 23. P. 5667–5670. DOI: 10.1364/OL.44.005667
16. Tsvetkov D.M., Bushuev V.A., Mantsyzov B.I. Opticalpulse dynamics under quasi-PT-symmetry // Phys. Rev. A. 2019. V. 99. № 2. P. 023846. DOI: 10.1103/PhysRevA.99.023846
17. Mostafazadeh A. Spectral singularities of complex scattering potentials and infinite reflection and transmission coefficients at real energies // Phys. Rev. Lett. 2009. V. 102. № 22. P. 220402. DOI: 10.1103/PhysRevLett.102.220402
18. Ahmed Z. Zero width resonance (spectral singularity) in a complex PT-symmetric potential // J. Phys. A: Math. Theor. 2009. V. 42. № 47. P. 472005. DOI: 10.1088/1751-8113/42/47/472005
19. Бушуев В.А., Манцызов Б.И. Оптические импульсы в неэрмитовой среде вблизи сингулярности // Известия РАН. Серия физическая. 2025. Т. 89. № 1. С. 6–12. DOI: 10.31857/S0367676525010013
Bushuev V.A., Mantsyzov B.I. Optical pulses in a NonHermitian medium near a singularity // Bull. Russ. Acad. Sci. Phys. 2025. V. 89. № 1. P. 1–6. DOI: 10.1134/S1062873824709048
20. Kogelnik H., Shank C.V., Stimulated emission in a periodic structure // Appl. Phys. Lett. 1971. V. 18. № 4. P. 152–154. DOI: 10.1063/1.1653605
21. Vasnetsov M.V. Oscillations conditions in a gain grating in the Bragg diffraction regime // Optics Communications. 2009. V. 282. № 10. P. 2028–2031. DOI: 10.1016/j.optcom.2009.02.003