Нелинейное когерентное полное поглощение

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Рассматриваются некоторые из последних направлений и их реализации с использованием идеальной деструктивной интерференции света в микро-и наноструктурах. Это относится к оптическим структурам, в которых можно управлять эффективным поглощением и максимизировать его до полного поглощения. Рассматриваемые эффекты в решающей степени зависят от когерентных свойств падающего излучения. Эффект, достигаемый с одной (двумя или более) падающей плоской волной (волнами) носит название критической связи (когерентное полное поглощение). Таким образом, в системе, поддерживающей критическую связь (КС) или когерентное полное поглощение (КПП), всё падающее излучение может быть поглощено, что приводит к нулевому рассеянию. В частности, вся энергия падающего света может быть передана определённой моде многомодовой структуры, если такие моды поддерживаются системой. Дан краткий обзор КС и КПП в линейных системах с целью представить их основные принципы как обращённый во времени лазерный эффект и обсудить некоторые из их будущих приложений. Далее рассматриваются работы авторов в направлении расширения КС и КПП в область нелинейных взаимодействий, где одна или более слоистых сред может быть нелинейной с керровским типом нелинейности. Показано, что путём изменения падающей лазерной мощности дисперсионная нелинейность может служить практическим инструментом управления процессом полного поглощения. Далее показано, что нелинейная периодическая структура может поддерживать солитонные решения в запрещённой зоне, которые поглощают всю падающую энергию, и не рассеивать свет за пределы гетеро-волновода.

Об авторах

К Нирикшан Редди

Институт физики Университет Хайдерабада

Email: knireekshanreddy@gmail.com

Субхашиш Датта Гупта

Институт физики Университет Хайдерабада

Email: sdghyderabad@gmail.com

Список литературы

  2. Time-Reversed Lasing and Interferometric Control of Absorption / W. Wan, Y. Chong, L. Ge et al. // Science. - 2011. - Vol. 331, No 6019. - Pp. 889 - http://www.sciencemag.org/content/331/6019/889.abstract.
  3. Coherent Perfect Absorbers: Time-Reversed Lasers / Y. D. Chong, L. Ge, H. Cao, A. D. Stone // Physical Review Letters. - 2010. - Vol. 105, issue 5. - P. 053901. - http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.105.053901.
  4. Frederick C. Evering J. Artificial Diffraction Anomalies for Gratings of Rectangular Profile // Applied Optics. - 2014. - Vol. 5. - Pp. 1313-1317.
  5. 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.
  6. Cai M., Painter O., Vahala K. J. Observation of Critical Coupling in a Fiber Taper to a Silica-Microsphere Whispering-Gallery Mode System // Physical Review Letters. - 2000. - Vol. 85, issue 1. - Pp. 74-77. - http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.85.74.
  7. 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 // Optic Letters. - 2006. - Vol. 31, No 13. - Pp. 2045-2047. - http://ol.osa.org/abstract.cfm?URI=ol-31-13-2045.
  8. Dutta Gupta S. Strong-Interaction-Mediated Critical Coupling at Two Distinct Frequencies // Optics Letters. - 2007. - Vol. 32, No 11. - Pp. 1483-1485. - http://ol.osa.org/abstract.cfm?URI=ol-32-11-1483.
  9. 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.
  10. Longhi S. -Symmetric Laser Absorber // Physical Review A. - 2010. - Vol. 82, issue 3. - P. 031801. - http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevA. 82.031801.
  11. Reddy K.N., Gopal A.V., Dutta Gupta S. Nonlinearity Induced Critical Coupling // Optics Letters. - 2013. - Vol. 38, No 14. - P. 2517. - http: //dx.doi.org/10.1364/OL.38.002517.
  12. Reddy K.N., Dutta Gupta S. Light-Controlled Perfect Absorption of Light // Optics Letters. - 2013. - Vol. 38, No 24. - P. 5252. - http://dx.doi.org/ 10.1364/OL.38.005252.
  13. Reddy K.N., Dutta Gupta S. Gap Solitons with Null-Scattering // Optic Letters. - 2014. - Vol. 39, No 8. - Pp. 2254-2257. - http://ol.osa.org/ abstract.cfm?URI=ol-39-8-2254.
  14. Bohren C.F., Huffman D. R. Absorption and Scattering of Light by Small Particles. - 1998.
  15. Agarwal G.S., Dutta Gupta S. T-Matrix Approach to the Nonlinear Susceptibilities of Heterogeneous Media // Physical Review A. - 1988. - Vol. 38, issue 11. - Pp. 5678-5687. - http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevA.38.5678.
  16. Critical Coupling at Oblique Incidence / S. Deb, S. Dutta-Gupta, J. Banerji, S. Dutta Gupta // Journal of Optics A: Pure and Applied Optics. - 2007. - Vol. 9, No 7. - P. 555. - http://stacks.iop.org/1464-4258/9/i=7/a=001.
  17. Deb S., Dutta Gupta S. Critical Coupling in a Fabry-P´erot Cavity with Meta-material Mirrors // Optics Communications. - 2010. - Vol. 283, No 23. - Pp. 4764-4769. - ISSN 0030-4018. - http://www.sciencedirect.com/ science/article/pii/S0030401810006978.
  18. Balci S., Kocabas C., Aydinli A. Critical Coupling in Plasmonic Resonator Arrays // Optic Letters. - 2011. - Vol. 36, No 15. - Pp. 2770-2772. - http://ol.osa.org/abstract.cfm?URI=ol-36-15-2770.
  19. Yariv A. Critical Coupling and its Control in Optical Waveguide-Ring Resonator Systems // Photonics Technology Letters, IEEE. - 2002. - Vol. 14, No 4. - Pp. 483-485. - ISSN 1041-1135.
  20. Choi J.M., Lee R. K., Yariv A. Control of Critical Coupling in a Ring Resonator- Fiber Configuration: Application to Wavelength-Selective Switching, Modulation, Amplification, and Oscillation // Optic Letters. - 2001. - Vol. 26, No 16. - Pp. 1236-1238. - http://ol.osa.org/abstract.cfm?URI=ol-26-16-1236.
  21. Dutta-Gupta S., Deb S., Dutta Gupta S. Signature of Strong Atom-Cavity Interaction on Critical Coupling // Journal of Optics. - 2010. - Vol. 12, No 7. - P. 075103. - http://stacks.iop.org/2040-8986/12/i=7/a=075103.
  22. Coherent Perfect Absorption Mediated Anomalous Reflection and Refraction / Shourya Dutta-Gupta, Rahul Deshmukh, Achanta Venu Gopal et al. // Optics Letters. - 2012. - Vol. 37, No 21. - Pp. 4452-4454. - http://ol.osa.org/ abstract.cfm?URI=ol-37-21-4452.
  23. Surface-Plasmon Mediated Total Absorption of Light Into Silicon / J.W. Yoon, W.J. Park, K.J. Lee et al. // Opt. Express. - 2011. - Vol. 19, No 21. - Pp. 20673-20680. - http://www.opticsexpress.org/abstract.cfm?URI= oe-19-21-20673.
  24. Ultrathin Broadband Nearly Perfect Absorber with Symmetrical Coherent Illumination / M. Pu, Q. Feng, M. Wang et al. // Opt. Express. - 2012. - Vol. 20, No 3. - Pp. 2246-2254. - http://www.opticsexpress.org/abstract. cfm?URI=oe-20-3-2246.
  25. Perfect Coupling of Light to Surface Plasmons by Coherent Absorption / H. Noh, Y. Chong, A. D. Stone, H. Cao // Physical Review Letters. - 2012. - Vol. 108, issue 18. - P. 186805. - http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.108. 186805.
  26. Measurement and Modeling of a Complete Optical Absorption and Scattering by Coherent Surface Plasmon-Polariton Excitation Using a Silver Thin-Film Grating / J. W. Yoon, G. M. Koh, S. H. Song, R. Magnusson // Physical Review Letters. - 2012. - Vol. 109, issue 25. - P. 257402. - http://link.aps.org/ doi/10.1103/PhysRevLett.109.257402.
  27. Thongrattanasiri S., Koppens F. H. L., Garcia de Abajo F. J. Complete Optical Absorption in Periodically Patterned Graphene // Physical Review Letters. - 2012. - Vol. 108, issue 4. - P. 047401. - http://link.aps.org/doi/10.1103/ PhysRevLett.108.047401.
  28. Piper J.R., Fan S. Total Absorption in a Graphene Monolayer in the Optical Regime by Critical Coupling with a Photonic Crystal Guided Resonance // ACS Photonics. - 2014. - Vol. 1, No 4. - Pp. 347-353. - http://pubs.acs.org/ doi/abs/10.1021/ph400090p.
  29. Coherent Perfect Absorption and Transparency in a Nanostructured Graphene Film / J. Zhang, C. Guo, K. Liu et al. // Opt. Express. - 2014. - Vol. 22, No 10. - Pp. 12524-12532. - http://www.opticsexpress.org/ abstract.cfm?URI=oe-22-10-12524.
  30. Jablan M., Buljan H., Soljaˇci´c M. Plasmonics in Graphene at Infrared Frequencies // Physical Review B. - 2009. - Vol. 80, issue 24. - P. 245435. - http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevB.80.245435.
  31. Shen J.-T., Fan S. Quantum Critical Coupling Conditions for Zero Single-Photon Transmission Through a Coupled Atom-Resonator-Waveguide System // Physical Review A. - 2010. - Vol. 82, issue 2. - P. 021802. - http://link.aps.org/ doi/10.1103/PhysRevA.82.021802.
  32. Chong Y. D., Cao H., Stone A. D. Noise Properties of Coherent Perfect Absorbers and Critically Coupled Resonators // Phys. Rev. A. - 2013. - Vol. 87, issue 1. - P. 013843. - http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevA.87.013843.
  33. Coherent Perfect Absorption, Transmission, and Synthesis in a Double-Cavity Optomechanical System / X.-B. Yan, C.-L. Cui, K.-H. Gu et al. // Opt. Express. - 2014. - Vol. 22, No 5. - Pp. 4886-4895. - http://www.opticsexpress.org/ abstract.cfm?URI=oe-22-5-4886.
  34. Dutta Gupta S., Agarwal G. S. Two-Photon Quantum Interference in Plasmonics: Theory and Applications // Optic Letters. - 2014. - Vol. 39, No 2. - Pp. 390-393. - http://ol.osa.org/abstract.cfm?URI=ol-39-2-390.
  35. Huang S., Agarwal G. S. Coherent Perfect Absorption of Single Photons // arXiv:1402.7146 [physics.optics]. - 2014.
  36. Agarwal G. S., Huang S. Nanomechanical Inverse Electromagnetically Induced Transparency and Confinement of Light in Normal Modes // New Journal of Physics. - 2014. - Vol. 16, No 3. - P. 033023. - http://stacks.iop.org/ 1367-2630/16/i=3/a=033023.
  37. Longhi S. Time-Reversed Optical Parametric Oscillation // Physical Review Letters. - 2011. - Vol. 107, issue 3. - P. 033901. - http://link.aps.org/doi/ 10.1103/PhysRevLett.107.033901.
  38. Longhi S. Coherent Perfect Absorption in a Homogeneously Broadened Two-Level Medium // Physical Review A. - 2011. - Vol. 83, issue 5. - P. 055804. - http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevA.83.055804.
  39. Longhi S., Della Valle G. Coherent Perfect Absorbers for Transient, Periodic, or Chaotic Optical Fields: Time-Reversed Lasers Beyond Threshold // Physical Review A. - 2012. - Vol. 85, issue 5. - P. 053838. - http://link.aps.org/ doi/10.1103/PhysRevA.85.053838.
  40. Johnson P. B., Christy R. W. Optical Constants of the Noble Metals // Physical Review B. - 1972. - Vol. 6, issue 12. - Pp. 4370-4379. - http://link.aps. org/doi/10.1103/PhysRevB.6.4370.
  41. Chen W., Mills D. L. Optical Response of a Nonlinear Dielectric Film // Phys. Rev. B. - 1987. - Vol. 35, issue 2. - Pp. 524-532. - http://link.aps.org/ doi/10.1103/PhysRevB.35.524.
  42. Dutta Gupta S., Agarwal G. S. Dispersive Bistability in Coupled Nonlinear Fabry- Perot Resonators // Journal of the Optical Society of America B. - 1987. - Vol. 4, No 5. - Pp. 691-695. - http://josab.osa.org/abstract.cfm?URI= josab-4-5-691.
  43. Dutta Gupta S., Ray D. S. Optical Multistability in a Nonlinear Fibonacci Multilayer // Physical Review B. - 1988. - Vol. 38, issue 5. - Pp. 3628-3631. - http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevB.38.3628.
  44. Dutta Gupta S. Optical Multistability and Solitonlike Intensity Distribution in a Nonlinear Superlattice for Oblique Incidence // Journal of the Optical Society of America B. - 1989. - Vol. 6, No 10. - Pp. 1927-1931. - http://josab.osa. org/abstract.cfm?URI=josab-6-10-1927.
  45. Dutta Gupta S., Ray D. S. Localization Problem in Optics: Nonlinear Quasiperiodic Media // Physical Review B. - 1990. - Vol. 41, issue 12. - Pp. 8047- 8053. - http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevB.41.8047.
  46. 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.
  47. Marburger J. H., Felber F. S. Theory of a Lossless Nonlinear Fabry-Perot Interferometer // Physical Review A. - 1978. - Vol. 17, issue 1. - Pp. 335-342. - http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevA.17.335.
  48. Born M., Wolf E. Principles of Optics. - Cambridge University Press, 1999.
  49. Enhanced Nonlinear Optical Response of Composite Materials / G.L. Fischer, R.W. Boyd, R.J. Gehr et al. // Physical Review Letters. - 1995. - Vol. 74, issue 10. - Pp. 1871-1874. - http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett. 74.1871.
  50. Barnoskki M. K. Introduction to Integrated Optics. - Plenum, 1974.
  51. Chen W., Mills D. L. Gap Solitons and the Nonlinear Optical Response of Super-lattices // Physical Review Letters. - 1987. - Vol. 58, issue 2. - Pp. 160-163. - http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.58.160.
  52. Desterke C. M., Sipe J. E. Gap Solitons // Progress in Optics. - 1994. - Vol. 33. - Pp. 203-260.
  53. Hooper I.R., Preist T. W., Sambles J. R. Making Tunnel Barriers (Including Metals) Transparent // Physical Review Letters. - 2006. - Vol. 97, issue 5. - P. 053902. - http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.97.053902.
  54. Golla D., Deb S., Dutta Gupta S. The Role of Absorption and Dispersion in Resonant Tunnelling Through a Negative Index Medium // The European Physical Journal Applied Physics. - 2011. - Vol. 53, No 01.
  55. Yeh P. Optical Waves in Layered Media (Pure & Applied Optics). - illustrated edition edition. - John Wiley & Sons, 1988. - ISBN 0471828661. - http: //www.worldcat.org/isbn/0471828661.

© Нирикшан Редди К., Датта Гупта С., 2014

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах