Отчёт 2024
Материалы исследований, проведенных в течение первого года выполнения проекта, опубликованы в одной статье (первого квартиля: Chinese Journal of Physics), приняты в печать (Известия РАН) и представлены в 7 докладах на 5 конференциях: Всероссийская школа-семинар «Волновые явления: физика и применения» имени А.П. Сухорукова (Волны-2024, МГУ, Можайск), Всероссийская молодежная самарская конкурс-конференция по оптике, лазерной физике и физике плазмы (Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН, 2024, Самара), Международная конференция «Прикладная Оптика-2024», (Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова, Санкт-Петербург), Международный семинар по волоконным лазерам (ИАиЭ СО РАН, 2024, Новосибирск), 22th International Conference on Foundations & Advances in Nonlinear Science and 7th International Symposium on Advances in Nonlinear Photonics (FANS&ANP-2024, БГУ, Минск).
Среди задач топологической фотоники можно выделить получение топологических состояний в массивах вертикально-излучающих лазеров. Рассмотрены топологические и граничные состояния в одномерной цепочке Су-Шриффера-Хигера с дефектом в центре и найдена аналогия для акустических резонаторов в фононном кристалле. В качестве примера можно использовать зигзагообразную цепочку с чередующимися продольными и поперечными связями между микрорезонаторами соседних вертикально-излучающих лазеров. Микрорезонаторы на краях сильно связаны, но периодическое чередование сильных и слабых связей нарушается несколькими сильными связями, расположенными в центре. Гамильтониан системы представляет собой двухдиагональную матрицу. Комплексные коэффициенты в гамильтониане можно интерпретировать как фазовый сдвиг констант связи. Матрица является самосопряженной, поэтому ее собственные значения действительны. Теоретически описаны дефектные и топологические моды в изучаемых цепочках. Показано, что комплексная связь приводит к набегу фазы между возбуждениями микрорезонаторов и к отклонению пучка света от вертикального направления. Полученные эффекты могут найти применение при разработке фундаментальных основ твердотельных лидаров и топологических лазеров.
Исследованы спектральные свойства метаповерхности Панчаратнама–Берри, сопряженной со структурой металл-фотонный кристалл. В такой структуре может возбуждаться таммовский плазмон-поляритон - состояние света, локализованное на границе металла с фотонным кристаллом и экспоненциально затухающее при удалении от границы. Использование этого локализованного состояния, в сравнении с щелевым плазмоном, позволяет получить более добротную резонансную линию и, как следствие, большее изменение фазы при изменении параметров структуры. Структурные элементы метаповерхности изготовлены из антимонита - материала с фазовым переходом из аморфного состояния в кристаллическое, в результате которого изменяется фаза отраженного от структуры света. Продемонстрирована возможность дополнительного управления фазой отраженной волны путем поворота нанокирпичей относительно вектора электрического поля. Показано, что для кристаллической фазы антимонита поворот нанокирпича относительно вектора электрического поля приводит к большему изменению фазы, чем для аморфной фазы. Полученные результаты использованы для создания фазовой дифракционной решетки. Показано, что в кристаллической фазе смена круговой поляризации приводит к перераспределению интенсивности в дальнем поле между +1 и -1 порядками дифракции.
Исследованы спектральные и поляризационные характеристики резонатора Фабри-Перо, заполненного фотоуправляемым хиральным нематиком. Используются планарно-тангенциальные граничные условия, что позволяет структуре непрерывно изменять угол закручивания под действием управляющего синего и ультрафиолетового света. Увеличение угла закручивания структуры приводит к росту геометрической фазы собственных мод, сопровождающемуся красным спектральным сдвигом необыкновенных мод и синим спектральным сдвигом обыкновенных мод. Спектральный сдвиг мод изучается экспериментально, с помощью численного моделирования и аналитически. Получена обобщенная резонансная диаграмма резонатора, заполненного хиральным нематиком. Проведены измерения значений геометрической фазы в зависимости от угла закручивания структуры. Предложенный хиральный микрорезонатор с перестраиваемой геометрической фазой может оказаться перспективным для разработки устройств с фотоуправляемыми характеристиками.
Статьи, в которых представлены достигнутые научные результаты:
- Bikbaev R.G., Konov Y. V., Pykhtin D.A., Timofeev I. V. Dynamic light manipulation by geometric phase metasurface incorporated to Tamm plasmon polariton structure // Chinese J. Phys. 2024. Vol. 92. P. 1325–1330. doi:10.1016/j.cjph.2024.10.032
- Зуев А.С., Ветров С.Я., Федченко Д.П., Тимофеев И.В. Гибридизация акустических таммовских состояний с дефектными модами одномерного фононного кристалла // Известия РАН. Cерия физическая. 2025. Vol. 88
Тезисы конференций, на которых представлены достигнутые научные результаты:
1. И. В. Тимофеев, "Геометрическая фаза в вертикально-излучающих лазерах на хиральной высококонтрастной решетке," Материалы международного семинара по волоконным лазерам 2024 (Н.: НГУ, 2024), p. 59.
2. А. С. Зуев, С. Я. Ветров, Д. П. Федченко, И. В. Тимофеев, "Акустическое таммовское состояние в одномерном фононном кристалле с дефектами структуры," Сборник Трудов XXXIV Всероссийской Школы-Семинара «Волновые явления: физика и применения» имени профессора А.П. Сухорукова (М.: МГУ, 2024), p. 206.
3. И. В. Тимофеев, "Локализация света в хиральных микрорезонаторах для топологической фотоники (приглашенный доклад)," Сборник Трудов XXXIV Всероссийской Школы-Семинара «Волновые явления: физика и применения» имени профессора А.П. Сухорукова (М.: МГУ, 2024), p. 66.
4. Р. Г. Бикбаев, Ю. В. Конов, Д. А. Пыхтин, И. В. Тимофеев, "Динамическая манипуляция светом с помощью встроенной в структуру с таммовским плазмон-поляритоном метаповерхности геометрической фазы," XXII Всероссийская молодежная самарская конкурс-конференция по оптике, лазерной физике и физике плазмы. Самара, 12-16 Ноября 2024 г. Сборник Конкурсных Докладов (Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН, 2024), p. 99.
5. А. С. Зуев, С. Я. Ветров, Д. П. Федченко, И. В. Тимофеев, "Акустическое таммовское состояние в одномерном фононном кристалле с дефектами структуры," // 22th International Conference on Foundations & Advances in Nonlinear Science (FANS) 7th International Symposium on Advances in Nonlinear Photonics. Minsk. 2024
6. М. Н. Крахалев, А. С. Абдуллаев, А. С. Зуев, В. А. Гуняков, В. Я. Зырянов, И. В. Тимофеев, "Резонатор Фабри-Перо с фотоуправляемым холестерическим дефектным слоем," XVI Международная Конференция «Прикладная Оптика-2024», 17-18 декабря 2024 г. (Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова, 2024).
7. П. Н. Ким, М. Н. Крахалев, Д. П. Федченко, Н. В. Рудакова, И. В. Тимофеев, "Электроуправляемый мозаичный фотонный топологический изолятор на основе массива призм," XVI Международная Конференция «Прикладная Оптика-2024», 17-18 декабря 2024 г. (Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова, 2024).