Наиболее значимые результаты исследований лаборатории теории нелинейных процессов
Связанные состояния в радиационном континууме с угловым орбитальным моментом в стопке диэлектрических дисков
Авторы: Булгаков Е.Н. и Садреев А.Ф.
Из курсов по электродинамике известно, что диэлектрический стержень поддерживает связанные моды электромагнитного поля лишь ниже световой линии. Нами поставлен и положительно решен вопрос о существовании связанных мод выше световой линии. Такие решения уравнений Максвелла существуют, если показатель преломления периодически модулирован по оси стержня. Предельным случаем такой модуляции является периодическая цепочка диэлектрических дисков (Рис. 1). Одно из таких решений, показанное на Рис. 2, открывает новое поколение оптоволокон.
Рис. 1. Периодическая цепочка диэлектрических дисков.
Рис 2. Связанное состояние в континууме, описывающее бегущую электромагнитную волну.
Bulgakov E.N. and A.F. Sadreev
Bound states in the continuum with high orbital angular momentum
in a dielectric rod with periodically modulated permittivity//
Physical Review A – 2017 – v. 96, issue 1, p. 013841.
Связанное состояние в континууме в одномерной фотонной структуре
Авторы: П.С. Панкин, Б.-Р. Ву, Ж.-Х. Ян, Г.-П. Чэнь, И.В. Тимофеев, А.Ф. Садреев
Предложена одномерная слоистая модель для наблюдения электронного связанного состояния в континууме. Магнитное поле, приложенное к системе, приводит к снятию вырождения по спину. Электроны со спином вниз не могут покинуть центральный слой системы из-за наличия в нем потенциальной ямы, а электроны со спином вверх не могут покинуть центральный слой из-за полной деструктивной интерференции электронных волн на границе слоя, обеспечиваемой поворотом направления магнитного поля в центральном слое. Таким образом, была показана возможность реализации связанного состояния в континууме интерференционной природы.
Аналогия между оптикой и квантовой механикой позволила реализовать явление в фотонной структуре, в которой роль магнитного поля играет повернутая относительно плоскости падения оптическая ось центрального анизотропного слоя, а погружение связанного состояния в континуум происходит при падении света под углом Брюстера qB. Предложенная структура была реализована экспериментально в виде микрорезонатора с зеркалами из одномерного фотонного кристалла с одной стороны и золотой пленки с другой. Резонатор был заполнен планарно ориентированным нематическим жидким кристаллом. Экспериментально показана возможность управления спектральным положением и добротностью микрорезонаторных мод, путем поворота оптической оси жидкого кристалла. При определённых углах поворота реализуется условие возникновения связанного состояния в континууме – полная деструктивная интерференция световых волн на выходе из центрального слоя. Спектрально это было зафиксировано в виде коллапса (сужения и исчезновения) резонансной линии в спектре отражения микрорезонатора. Для объяснения результатов численных и экспериментальных спектров была аналитически решена задача на собственные значения открытой системы. Аналитические, численные и экспериментальные результаты показали хорошее согласие друг с другом.
Схематическое представление слоистой системы с повернутым направлением магнитного поля в центре для наблюдения электронного связанного состояния в континууме (слева). Аналог в фотонике – жидкий кристалл с повернутой относительно плоскости падения оптической осью, заключенный между фотоннокристаллическими зеркалами (в центре). Экспериментальный и теоретический спектры показывают коллапс резонансной линий, свидетельствующий о реализации оптического связанного состояния в континууме (справа).
S. Pankin, B.-R. Wu, J.-H. Yang, K.-P. Chen, I. V. Timofeev, and A. F. Sadreev.
One-dimensional photonic bound states in the continuum //
Communications Physics V. 3, № 1 (2020): P. 1-8. (Impact Factor WoS – 4.684, Q1)
- Захват света на частотах выше светового конуса.
- Локализация звука и волн материи в резонаторах изменяемой геометрии.
- Нарушение симметрии в нелинейных фотонных кристаллах.
- Оптический диод.
- Теорема об отсутствии спиновой поляризаций в квантовом транспорте через двухтерминальные микроэлектронные структуры.
- Вихревое основное состояние для спинорных Бозе конденсатов.