Discrete and Continuous Models and Applied Computational ScienceDiscrete and Continuous Models and Applied Computational ScienceDiscrete and Continuous Models and Applied Computational Science2658-46702658-7149Peoples' Friendship University of Russia named after Patrice Lumumba (RUDN University)1580510.22363/2312-9735-2017-25-2-182-191Physics and AstronomyФизикаResearch ArticleCoherent Perfect Absorption Mediated Enhancement and Optical Bistability in Phase ConjugationУсиление и оптическая бистабильность при фазовом сопряжении, обусловленные идеальным когерентным поглощением светаNireekshanReddy KothakapuНирикшанРедди КотакапуSchool of PhysicsИнститут физикиknireekshanreddy@gmail.comGopalVenu AchantaГопалВену ЭчантаDepartment of Condensed Matter Physics and Material SciencesОтдел физики конденсированных сред и наук о материалахachanta@tifr.res.inGuptaSubhasish DuttaГуптаСубхашиш ДаттаSchool of PhysicsИнститут физикиsdghyderabad@gmail.comUniversity of HyderabadУниверситет ХайдерабадаTata Institute of Fundamental ResearchИнститут фундаментальных исследований Тата15122017252VOL 25, NO2 (2017)ТОМ 25, №2 (2017)18219114042017Copyright ©; 2017, Нирикшан Р.К., Гопал В.Э., Гупта С.Д.2017Нирикшан Р.К., Гопал В.Э., Гупта С.Д.http://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://journals.rudn.ru/miph/article/view/15805Coherent perfect absorption has been one of the important research directions in optics in recent years because of its ability to absorb all the incident light. It has been extended to nonlinear regime to show multistability and gap solitons in nonlinear periodic structures. We study yet another nonlinear effect, namely, phase conjugation in a Kerr nonlinear composite slab when the counter propagating pump waves are completely absorbed by means of coherent perfect absorption. The theory is developed under the undepleted pump approximation, when the pump waves can be decoupled from the signal and the phase conjugated waves. Dynamical phase matching is also incorporated. The coupling constant and the phase conjugated reflectivity are shown to undergo a substantial increase. They also exhibit multivalued response. Both downward and upward switching are shown to be possible. The effect can be used for efficient switching of the phase conjugated reflectivity in photonic circuits and can find several application in photonic logic gates.Идеальное когерентное поглощение света стало одним из важных направлений исследований в последние годы в области оптики из-за его способности поглощать весь падающий свет. Это явление в данной работе распространено на нелинейный режим, что позволило продемонстрировать мультистабильность и существование щелевых солитонов в таких нелинейных периодических структурах. В работе также исследуется ещё один нелинейный эффект, а именно обращение волнового фронта (ОВФ) в керровской нелинейной композитной структуре, когда распространяющиеся волны накачки полностью поглощаются с помощью когерентного идеального поглощения. Теория разработана в предположении постоянной интенсивности волны накачки, тогда последняя может быть отделена от сигнальной и фазосопряжённой волн. Учитывается также динамическое согласование фаз. Показано, что постоянная связи и величина фазосопряжённой отражательной способности в этом случае значительно увеличиваются, при этом становятся многозначными функциями. Продемонстрирована возможность переключений как «вниз», так и «вверх». Эта возможность может быть использована для эффективного переключения фазосопряжённой отражательной способности в фотонных схемах, а также найти несколько приложений при построении логических оптических вентилей.phase conjugationcoherent perfect absorptionswitchingKerr mediummultistabilityфазовое сопряжениеидеальное когерентное поглощениепереключениекерровская средамультистабильность1.Yariv A. Universal Relations for Coupling of Optical Power between Microresonators and Dielectric Waveguides // Electronics Letters. 2000. Vol. 36, No 4. Pp. 321-322. ISSN 0013-5194.2.Tischler J.R., Bradley M.S., Bulovi´c V. Critically Coupled Resonators in Vertical Geometry Using a Planar Mirror and a 5 nm Thick Absorbing Film // Opt. Lett. 2006. Vol. 31, No 13. Pp. 2045-2047. http://ol.osa.org/abstract.cfm? URI=ol-31-13-2045.3.Dutta Gupta S. Strong-Interaction-Mediated Critical Coupling at Two Distinct Frequencies // Opt. Lett. 2007. Vol. 32, No 11. Pp. 1483-1485. http://ol.osa.org/abstract.cfm?URI=ol-32-11-1483.4.Deb S., Dutta-Gupta S., Banerji J. Critical Coupling at Oblique Incidence // Journal of Optics A: Pure and Applied Optics. 2007. P. 555.5.Dutta-Gupta S., Deb S. Signature of Strong Atom-Cavity Interaction on Critical Coupling // Journal of Optics. 2010. Vol. 12 (7). P. 075103.6.Deb S., Gupta S.D. Critical Coupling in a Fabry-P´erot Cavity with Metamaterial Mirrors // Optics Communications. 2010. Vol. 283 (23). Pp. 4764-4769.7.Time-Reversed Lasing and Interferometric Control of Absorption / W. Wan, Y. Chong, L. Ge, H. Noh, A.D. Stone, H. Cao // Science. 2011. Vol. 331, No 6019. Pp. 889-892. http://www.sciencemag.org/content/331/6019/889.abstract.8.Controllable Coherent Perfect Absorption in a Composite Film / S. Dutta-Gupta, O.J.F. Martin, S. Dutta Gupta, G.S. Agarwal // Opt. Express. 2012. Vol. 20, No 2. Pp. 1330-1336. http://www.opticsexpress.org/abstract. cfm?URI=oe-20-2-1330.9.Coherent Perfect Absorption Mediated Anomalous Reflection and Refraction / S. Dutta-Gupta, R. Deshmukh, A.V. Gopal, O.J.F. Martin // Opt. Lett. 2012. Vol. 37. P. 4452.10.Nireekshan Reddy K., Dutta Gupta S. Nonlinear Coherent Perfect Absorption // Bulletin of PFUR. Series “Mathematics. Information Sciences. Physics”. 2014. No 4. Pp. 112-133.11.Hong C.K., Ou Z.Y., Mandel L. Measurement of Subpicosecond Time Intervals between Two Photons by Interference // Phys. Rev. Lett. 1987. Vol. 59, issue 18. Pp. 2044-2046. http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.59.2044.12.Dutta Gupta S., Agarwal G.S. Two-Photon Quantum Interference in Plasmonics: Theory and Applications // Opt. Lett. 2014. Vol. 39, No 2. Pp. 390-393. http://ol.osa.org/abstract.cfm?URI=ol-39-2-390.13.Two-Plasmon Quantum Interference, Author = James S. Fakonas and Hyunseok Lee and Yousif A. Kelaita and Harry A. Atwater // Nature Photonics. 2014. Vol. 8, No 4. Pp. 317-320. ISSN 0013-5194.14.Nireekshan Reddy K., Gopal A.V., Dutta Gupta S. Nonlinearity Induced Critical Coupling // Opt. Lett. 2013. Vol. 38, No 14. Pp. 2517-2520.15.Nireekshan Reddy K., Dutta Gupta S. Light-Controlled Perfect Absorption of Light // Optics letters. 2013. Vol. 38, No 24. Pp. 5252-5255.16.Reddy K.N., Dutta Gupta S. Cavity-Controlled Spectral Singularity // Opt. Lett. 2014. Vol. 39, No 15. Pp. 4595-4598.17.Longhi S. Time-Reversed Optical Parametric Oscillation // Phys. Rev. Lett. 2011. Vol. 107, issue 3. P. 033901. http://link.aps.org/doi/10.1103/ PhysRevLett.107.033901.18.Longhi S., Della Valle G. Coherent Perfect Absorbers for Transient, Periodic, or Chaotic Optical Fields: Time-Reversed Lasers Beyond Threshold // Phys. Rev. A. 2012. Vol. 85, issue 5. P. 053838. http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevA.85.053838.19.Yariv A., Pepper D.M. Amplified Reflection, Phase Conjugation, and Oscillation in Degenerate Four-Wave Mixing // Opt. Lett. 1977. Vol. 1, No 1. Pp. 16-18. http://ol.osa.org/abstract.cfm?URI=ol-1-1-16.20.Boyd R. W. Nonlinear Optics, Third Edition. 3rd edition. Academic Press, 2008. ISBN 0123694701, 9780123694706.21.Jensen S.M., Hellwarth R.W. Observation of the Time-Reversed Replica of a Monochromatic Optical Wave // Applied Physics Letters. 1978. Vol. 32, No 3. Pp. 166-168. http://scitation.aip.org/content/aip/journal/apl/32/3/10.1063/1.89976.22.Kaplan A., Law C. Isolas in Four-Wave Mixing Optical Bistability // IEEE Journal of Quantum Electronics. 1985. Vol. 21, No 9. Pp. 1529-1537. ISSN 00189197.23.Gupta S.D., Ghosh N., Banerjee A. // Wave Optics : Basic Concepts and Contemporary Trends. New York: CRC Press, 2015.24.Marburger J.H., Felber F.S. Theory of a Lossless Nonlinear Fabry-Perot Interferometer // Phys. Rev. A. 1978. Vol. 17, issue 1. Pp. 335-342. http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevA.17.335.25.Dutta Gupta S. Nonlinear Optics of Stratified Media / Ed. by E. Wolf. Elsevier, 1998. Vol. 38 of Progress in Optics. Pp. 1-84. http://www.sciencedirect. com/science/article/pii/S0079663808703494.26.Johnson P.B., Christy R.W. Optical Constants of the Noble Metals // Phys. Rev. B. 1972. Vol. 6, issue 12. Pp. 4370-4379. http://link.aps.org/doi/ 10.1103/PhysRevB.6.4370.27.Agarwal G.S., Dutta Gupta S. T-Matrix Approach to the Nonlinear Susceptibilities of Heterogeneous Media // Phys. Rev. A. 1988. Vol. 38, issue 11. Pp. 5678- 5687. http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevA.38.5678.28.Enhanced Nonlinear Optical Response of Composite Materials / G.L. Fischer, R.W. Boyd, R.J. Gehr, S.A. Jenekhe, J.A. Osaheni, J.E. Sipe, L.A. WellerBrophy // Phys. Rev. Lett. 1995. Vol. 74, issue 10. Pp. 1871-1874. http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.74.1871.29.Jose J., Gupta S.D. Phase Conjugation Induced Distortion Correction and Optical Multistability in Enhanced Back Scattering in Nonlinear Layered Media // Opt. Commun. 1998. Vol. 145. Pp. 220-226.