Использование метаматериалов для управления скоростью распространения света в оптических структурах
Глущенко А.Г., Глущенко Е.П.

 

Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики

Аннотация:
В статье в геометрическом приближении показана одна из возможностей уменьшения скорости света в оптической волнонаправляющей структуре в направлении её оси за счёт использования метаматериалов в качестве элементов оптической структуры. Проводится исследование особенности распространения света в плоской модели оптической линии с оболочкой из материала с отрицательным показателем преломления. Показано, что за счёт введения метаматериала в структуре меняется характер распространения световых волн таким образом, что возможно существенное уменьшение скорости распространения света вдоль оси структуры вплоть до его остановки и изменения направления распространения света в противоположную сторону. Получены соотношения для расчёта времени прохождения луча в зависимости от геометрических и оптических параметров структуры, получены соотношения для расчёта критических параметров, условия «остановки» света.

Ключевые слова:
оптический волновод, метаматериал, время задержки.

Цитирование:
Глущенко, А.Г. Использование метаматериалов для управления скоростью распространения света в оптических структурах / А.Г. Глущенко, Е.П. Глущенко // Ком­пьютерная оптика. – 2017. – Т. 41, № 2. – С. 202-207. – DOI: 10.18287/2412-6179-2017-41-2-202-207.

Литература:

  1. Heinze, G. Stopped Light and Image Storage by Electromagnetically Induced Transparency up to the Regime of One Minute / G. Heinze, C. Hubrich, T. Halfmann // Physical Review Letters. – 2013. – Vol. 111, Issue 3. – 033601. – DOI: 10.1103/PhysRevLett.111.033601.
  2. Rui, Y. Realization of "Trapped Rainbow" in 1D slab waveguide with Surface Dispersion Engineering / Y. Rui, Zhu Wenkan, Li Jingjing // arXiv:1410.8196. – 2014. – Vol. 1(10). – P. 1-11. – DOI: 10.1364/OE.23.006326.
  3. Musorin, A.I. Ultrafast Faraday Rotation of Slow Light / I. Musorin, M.I. Sharipova, T. Dolgova, M. Inoue, A. Fedyanin // Physical Review Applied. – 2016. – Vol. 6, Issue 2. – 024012. - DOI: 10.1103/PhysRevAppli­ed.6.024012.
  4. Hau, L.V. Light speed reduction to 17 meters per second in an ultracold atomic gas / S. Harris, Z. Dutton, C. Behroozi // Nature. – 1999. – Vol. 397. – P. 594-598. – DOI: 10.1038/1756.
  5. Wu, P. Controllable Snail-Paced Light in Biological Bacteriorhodopsin Thin Film / P. Wu, N. Rao // Physical Review Letters. – 2005. – Vol. 95, Issue 25. – 253601. – DOI: 10.1103/PhysRevLett.95.253601.
  6. Александров, Е.Б. В погоне за «медленным светом» / Е.Б. Александров, В.С. Запасский // Успехи физических наук. – 2006. – Т. 176, № 10. – С. 1093-1102. – DOI: 10.3367/UFNr.0176.200610f.1093.
  7. Matsko, A.B. On the dynamic range of optical delay lines based on coherent atomic media / A.B. Matsko, D.V. Strekalov, L. Maleki // Optics Express. – 2005. – Vol. 13, Issue 6. – P. 2210-2223. – DOI: 10.1364/OPEX.13.002210.
  8. Майер, В.В. Полное внутреннее отражение света / В.В. Майер. – М.: Физматлит, 2007. – 112 с. – ISBN: 978-5-9221-0657-3.
  9. Дифракционная нанофотоника / А.В. Гаврилов, Д.Л. Головашкин, Л.Л. Досколович, П.Н. Дьяченко, А.А. Ковалёв, В.В. Котляр, А.Г. Налимов, Д.В. Нестеренко, В.С. Павельев, Р.В. Скиданов, В.А. Сойфер, С.Н. Хонина, Я.О. Шуюпова, под ред. В.А. Сойфера. – М.: Физматлит, 2011. – 680 с. – ISBN: 978-5-9221-1237-6.
  10. Bliokh, K.Y. Goos–Hänchen and Imbert–Fedorov beam shifts: An overview / K.Y. Bliokh, A. Aiello // Journal of Optics. – 2013. – Vol. 15(1). – 014001. – DOI: 10.1088/2040-8978/15/1/014001.
  11. Valentine, J. Three-dimensional optical metamaterial with a negative refractive index/ J. Valentine, S. Zhang, T. Zentgraf, E. Ulin-Avila, D. Genov, G. Bartal, X. Zhang // Nature. – 2008. – Vol. 455. – P. 376-379. – DOI: 10.1038/ nature 07247.
  12. Веселаго, В.Г. Электродинамика веществ с одновременно отрицательными значениями ε и μ / В.Г. Веселаго // Успехи физических наук. – 1967. – Т. 92, Вып. 7. – С. 517-526. - DOI: 10.3367/ UFNr.0092.196707d.0517.
  13. Глущенко, А.Г. Стимулированная прозрачность запредельных структур с активными средами / А.Г. Глущенко, Е.П. Захарченко. – LAP Lambert Academic Publishing, 2011. – 186 с. – ISBN: 978-3-8443-5745-5.
  14. Егоров, А.В. Использование связанных фотонно-кристаллических резонаторов для повышения чувствительности оптического датчика. / А.В. Егоров, Н.Л. Казанский, П.Г. Серафимович // Компьютерная оптика. – 2015. – Т. 39, № 2. – С. 158-162. – DOI: 10.18287/0134-2452-2015-39-2-158-162.
  15. Налимов, А.Г. Острая фокусировка света планарной градиентной микролинзой / А.Г. Налимов, В.В. Котляр // Компьютерная оптика. – 2016. – Т. 40, № 2. – С. 135-140. DOI: 10.18287/2412-6179-2016-40-2-135-140.
  16. Харитонов, С.И. Решение обратной задачи фокусировки лазерного излучения в плоские области в рамках геометрической оптики / С.И. Харитонов, Л.Л. Досколович, Н.Л. Казанский // Компьютерная оптика. – 2016. – Т. 40, № 4. – C. 439-450. - DOI: 10.18287/2412-6179-2016-40-4-439-450.
  17. Головастиков, Н.В. Резонансные дифракционные решётки для дифференцирования оптических импульсов в пропускании и отражении / Н.В. Головастиков, Д.А. Быков, Л.Л. Досколович, В.А. Сойфер // Компьютерная оптика. – 2013. – Т. 37, № 2. – С. 138-145.
  18. Завершинский, Д.И. Параметрическое взаимодействие сонаправленных магнитоакустической и альфвеновской волн в условиях магнитоакустической неустойчивости / Д.И. Завершинский, Н.Е. Молевич // Компьютерная оптика. – 2013. – Т. 37, № 4. – С. 410-414.
  19. Kirby, E.I. FDTD analysis of slow light propagation in negative-refractive-index metamaterial waveguides / E.I. Kirby, J.M. Hamm, K.L. Tsakmakidis, O. Hess // Journal of Optics A: Pure and Applied Optics. – 2009. – Vol. 11, № 11. – 114027. – DOI: 10.1109/ICMMT.2008.4540775.
  20. Jiang, T. Stopping light by an air waveguide with anisotropic metamaterial cladding / T. Jiang, J. Zhao, Y. Feng // Optics Express. – 2009 Vol. 17, Issue 1. – P. 170-177. – DOI: 10.1364/OE.17.000170.
  21. Jiang, T. Light trapper by tapered air core in anisotropic metamaterial / T. Jiang, J. Zhao, Y. Feng // International Workshop on Metamaterials 2008. – 2008. – P. 363-365. – DOI: 10.1109/META.2008.4723615.
  22. Вендик, И.Б. Метаматериалы и их применение в технике сверхвысоких частот (Обзор) / И.Б. Вендик, О.Г. Вендик // Журнал технической физики. – 2013. – Т. 83, Вып. 1. – C. 3-28.

© 2009, IPSI RAS
Россия, 443001, Самара, ул. Молодогвардейская, 151; электронная почта: ko@smr.ru ; тел: +7 (846) 242-41-24 (ответственный секретарь), +7 (846) 332-56-22 (технический редактор), факс: +7 (846) 332-56-20