Нелокальность оптического отклика атомарных газов, одномерных фотонных кристаллов и тонких металлических пленок
Диссертация
Пространственно-неоднородные поля естественным образом возникают в одномерных фотонных кристаллах. Исследования оптических свойств фотонных кристаллов весьма актуальны сейчас с точки зрения различных технологических приложений. Отдельный интерес представляют собой исследования нелинейно-оптических процессов второго порядка в фотонных кристаллах, слои которых изготовлены из изотропных материалов… Читать ещё >
Содержание
- Глава 1. Обзор эффектов нелокальности оптического отклика
- 1. 1. Атомарные газы
- 1. 2. Одномерные фотонные кристаллы
- 1. 3. Сверхтонкие металлические пленки
- Глава 2. Влияние пространственной неоднородности поля на нелинейно — оптический отклик атома
- 2. 1. Уравнения для атомного отклика
- 2. 1. 1. Общие уравнения
- 2. 1. 2. Двухуровневое приближение
- 2. 1. 3. Обобщение двухуровневой модели атома
- 2. 2. Теория возмущений для атомного отклика
- 2. 3. Атомный отклик на сверхсильиое лазерное поле
- 2. 4. Угловые спектры поля отклика среды двухуровневых атомов
- 2. 1. Уравнения для атомного отклика
- Глава 3. Генерация суммарной частоты и возбуждение волноводных мод в одномерных фотонных кристаллах с изотропными слоями
- 3. 1. Методика расчета поля внутри фотонного кристалла
- 3. 2. Параметры и свойства фотонного кристалла
- 3. 3. Генерация суммарной частоты в одномерном фотонном кристалле
- 3. 3. 1. Поверхностный вклад в генерацию суммарной частоты
- 3. 3. 2. Объемный вклад в генерацию суммарной частоты
- 3. 3. 3. Генерация суммарной частоты при неколлинеарной геометрии взаимодействия волн
- 3. 4. Возбуждение волноводных мод в одномерном фотонном кристалле
- 3. 4. 1. Условия необходимые для возбуждения волноводиых мод
- 3. 4. 2. Волноводные моды в многослойной структуре
- 3. 4. 3. Возбуждение волноводных мод в процессе четырехволнового смешения
- 4. 1. Модель однородного положительного фона
- 4. 2. Линейно-оптический отклик
- 4. 2. 1. Выражения для плотностей заряда и тока
- 4. 2. 2. Самосогласованные уравнения
- 4. 2. 3. s- поляризованное электромагнитное поле
- 4. 3. Частоты коллективных возбуждений
- 4. 3. 1. Продольные коллективные возбуждения
- 4. 3. 2. Поперечные коллективные возбуждения
- 4. 3. 3. Предельный переход к трехмерному электронному газу
- 4. 4. Спектры отражения, прохождения и поглощения
- 4. 5. Распределение поля внутри металлической пленки
- 4. 6. Угловые зависимости оптического отклика
- 4. 6. 1. Поперечные коллективные возбуждения
- 4. 6. 2. Продольные коллективные возбуждения
Список литературы
- Ахманов С. А., Хохлов Р. В. Проблемы нелинейной оптики. М.: ВИНИТИ, 1964.- 295 с.
- Kim D., Mullin С. S., Shen Y. R. Second-harmonic generation in atomic vapor with picosecond laser pulses// J. Opt. Soc. Am. В 1997. — v. 14. — p. 2530−2542.
- Kleinman D. A. Nonlinear dielectric polarization in optical media// Phys. Rev. 1962.- v. 126. p. 1977−1979.
- Шен И. P. Принципы нелинейной оптики. М.: Наука, 1989. — 435 с.
- Mossberg Т., Flusberg A., Hartmann S. R. Optical second-harmonic generation in atomic thallium vapor// Opt. Commun. 1978. — v. 25. — p. 121.
- Bethune D. S., Smith R. W., Shen Y. R. Sum-frequency generation via a resonant quadrupole transition in sodium// Phys. Rev. A 1978. — v. 17. — p. 277−292.
- Malcuit M. S., Boyd R. W., Davis W. V., Rzazewski K. Anomalies in optical harmonic generation using high-intensity laser radiation// Phys. Rev. A 1990. — v. 41. — p. 38 223 825.
- Jamroz W., LaRocque P. E., Stoicheff B. P. Resonantly enhanced second-harmonic generation in zinc vapor// Opt. Lett. 1982. — v. 7. — p. 148−150.
- Bethune D. S. Optical second-harmonic generation in atomic vapors with focused beams// Phys. Rev. A 1981. — v. 23. — p. 3139−3151.
- Elci A., Depatie D. Second-harmonic generation from collision complexes// Phys. Rev. Lett. 1988. — v. 60. — p. 688−691.
- Андреев А. В. Взаимодействие атома со сверхсильным лазерным нолем// ЖЭТФ- 1999. т. 116.-е. 793−801.
- Андреев А. В., Козлов А. Б. Влияние пространственной неоднородности поля на нелинейно-оптический отклик атома// Квантовая Электроника 2000. — т. 30. -с. 979−985.
- Development and applications of photonic band gap materials, edited by Bowden С. M., Dowling J. P., Everitt H. O.// special issue of J. Opt. Soc. Am. В 1993.- v. 10. p. 279−413.
- Ярив А., Юх П. Оптические волны в кристаллах. М.: Мир, 1987.
- Scalora М., Dowling J. P., Bowden С. M., Bloemer М. J. Optical limiting and switching of ultrashort pulses in nonlinear photonic band gap materials// Phys. Rev. Lett. 1994.- v. 73. p. 1368−1371.
- Андреев А. В., Балакин А. В., Буше Д., Масселин П., Ожередов И. А., Шкуринов А. П. Компрессия фемтосекундных оптических импульсов в тонких одномерных фотонных кристаллах// Письма в ЖЭТФ 2000. — т. 71. — с. 539−543.
- Andreev А. V., Balakin А. V., Ozheredov I. A., Shkurinov А. P., Masselin P., Mouret G., Boucher D. Compression of femtosecond laser pulses in thin one-dimensional photonic crystals// Phys. Rev. E 2000. — v. 63. — p. 16 602.
- Scalora M., Flynn R. J., Reinhardt S. В., Fork R. L., Bloemer M. J., Tocci M. D., Bowden С. M., Ledbetter H. S., Bendickson J. M., Dowling J. P., Leavitt R. P.
- Ultrashort pulse propagation at the photonic band edge: Large tunable group delay with minimal distortion and loss// Phys. Rev. E 1996. — v. 54. — p. 1078−1081.
- Scalora M., Bloeincr M. J., Manka A. S., Dowling J. P., Bowden С. M., Viswanathan R., Haus J. W. Pulsed second-harmonic generation in nonlinear, one-dimensional, periodic structures// Phys. Rev. A 1997. — v. 56. — p. 3166−3174.
- Centini M., D’Aguanno G., Scalora M., Sibilia C., Bertolotti M., Bloemer M. J., Bowden С. M. Simultaneously phase-matched enhanced second and third harmonic generation// Phys. Rev. E 2001. — v. 64. — p. 46 606.
- Андреев А. В., Андреева О. А., Балакин А. В., Буше Д., Масселин П., Ожередов И. А., Прудников И. Р., Шкуринов А. П. О механизмах генерации второй гармоники в одномерных периодических средах// Квантовая Электроника 1999. — т. 28. -с. 75−80.
- Andreev A. V., Balakin A. V., Kozlov А. В., Ozheredov I. A., Prudnikov I. R., Shkurinov A. P., Masselin P., Mouret G. Nonlinear process in photonic crystals under the noncollinear interaction// J. Opt. Soc. Am. В 2002. — v. 19. — p. 2083−2093.
- Guyot-Sionnest P., Chen W., Shen Y. R. General considerations on optical second-harmonic generation from surfaces and interfaces// Phys. Rev. В 1986. — v. 33. -p. 8254−8263.
- Андреев А. В., Козлов А. Б. Возбуждение волноводных мод в одномерном фотонном кристалле// Квантовая Электроника 2001. — т. 31. — с. 443−447.
- Ando Т., Fowler А. В., Stem F. Electronic properties of two-dimensional systems// Rev. Mod. Phys. 1982. — v. 54. — p. 437−672.
- Hohenberg P., Kohn W. Inhomogeneous electron gas// Phys. Rev. 1964. — v. 136. -p. B864-B871.
- Kohn W., Sham L. J. Self-consistent equations including exchange and correlation effects// Phys. Rev. 1965. — v. 140. — p. A1133-A1138.
- Kohn W. Nobel lecture: electron structure of matter wave functions and density functional// Rev. Mod. Phys. — 1999. — v. 71. — p. 1253−1266.
- Lang N. D., Kohn W. Theory of metal surfaces: charge density and surface energy// Phys. Rev. В 1970. — v. 1. — p. 4555−4567.
- Schulte F. K. A theory of thin metal films: electron density, potentials and work function// Surf. Sci. 1976. — v. 55. — p. 427−444.
- Heer W. A. The physics of simple metal clusters: experimental aspects and simple models// Rev. Mod. Phys. 1993. — v. 65. — p. 611−676.
- Brack M. The physics of simple metal clusters: self-consistent jellium model and semiclassical approaches// Rev. Mod. Phys. 1993. — v. 65. — p. 677−732.
- Rungc E., Gross E.K.U. Density-functional theory for time-dependent systems// Phys. Rev. Lett. 1984. — v. 52. — p. 997−1000.
- Gunnarsson O., Lundqvist В. I. Exchange and correlation in atoms, molecules, and solids by the spin-density-functional formalism// Phys. Rev. В 1976. — v. 13. — p. 42 744 298.
- Vignale G., Rasolt M. Density-functional theory in strong magnetic fields// Phys. Rev. Lett. 1987. — v. 59. — p. 2360−2363.
- Vignale G., Rasolt M. Current- and spin-density-functional theory for inhomogeneous electronic systems in strong magnetic fields// Phys. Rev. В 1988. — v. 37. — p. 1 068 510 696.
- Capelle K., Gross E. K. U. Spin-density functionals from current-density functional theory and vice versa: a road towards new approximations// Phys. Rev. Lett. 1997.- v. 78. p. 1872−1875.
- Ландау Л. Д., Лифшнц Е. М. Теоретическая физика: том III Квантовая механика.- М.: ФИЗМАТЛИТ, 2001. 803 с.
- Теория неоднородного электронного газа, под ред. Лундквиста С., Марча Н. -М.: Мир, 1987. 400 с.
- Levine В. F. Quantum-well infrared photodetectors// J. Appl. Phys. 1993. — v. 74. -p. R1-R81.
- Faist J., Capasso F., Sivco D. L., Sirtori C., Hutchinson A. L., Cho A. Y. Quantum cascade laser// Science 1994. — v. 264. — p. 553−556.
- Das Sarma S., Marmorkos I. K. Many-body coupling between quasiparticle and collective excitations in semiconductor quantum wells// Phys. Rev. В 1993. — v. 47.- p. 16 343−16 347.
- Chen W. P., Chen Y. J., Burstcin E. The interface EM modes of a «surface quantized» plasma layer on a semiconductor surface// Surf. Sci. 1976. — v. 58. — p. 263−265.
- Dahl D. A., Shain L. J. Electrodynamics of quasi-two-dimensional electrons// Phys. Rev. В 1977. — v. 16. — p. 651−661.
- Allen S. J., Tsui D. C., Vinter B. On the absorption of infrared radiation by electrons in semiconductor inversion layers// Solid State Commun. 1976. — v. 20. — p. 425−428.
- Ando T. Inter-subband optical absorption in space-charge layers on semiconductor surfaces// Z. Phys. В 1977. — v. 26. — p. 263−272.
- Tsujino S., Rufenacht M., Nakajima H., Noda Т., Metzner C., Sakaki H. Peak position of the intersubband absorption spectrum of quantum wells with controlled electron consentrations// Phys. Rev. В 2000. — v. 62. — p. 1560−1563.
- Shtrichman I., Metzner C., Ehrenfreund E., Gershoni D., Maranowski K. D., Gossard A. C. Depolarization shift of the intersubband resonance in a quantum well with an electron-hole plasma// Phys. Rev. В 2001. — v. 65. — p. 35 310.
- Das Sarma S. Quantum size effects on the plasma dispersion in quasi-two-dimensional electron systems// Phys. Rev. В 1984. — v. 29. — p. 2334−2336.
- Kaloudis M., Ensslin K., Wixforth A., Sundaram M., English J. H., Gossard A. C. Resonant coupling of collective intra- and intersubband excitations in a parabolically confined electron system// Phys. Rev. В 1992. — v. 46. — p. 12 469−12 472.
- Dobson J. F. Electron-gas boundary properties in non-neutral jellium (wide-parabolic-quantum-well) systems// Phys. Rev. В 1992. — v. 46. — p. 10 163−10 172.
- Schaich W. L., Dobson J. F. Excitation modes of neutral jellium slabs// Phys. Rev. В 1994. — v. 49. — p. 14 700−14 707.
- Andreev A. V., Kozlov A. B. Self-consistent linear-optical response of thin metal films// Phys. Rev. В 2003. — v. 68. — p. 195 405.
- Аллен JI., Эберли Дж. Оптический резонанс и двухуровневые атомы. М.: Мир, 1978. — 222 с.
- Партенский M. Б. Самосогласованная электронная теория металлической поверхности// УФН 1979. — т. 128. — с. 69−106.
- Ng Т. К. Transport properties and a current-functional theory in the linear-response regime// Phys. Rev. Lett. 1989. — v. 62. — p. 2417−2420.
- Zangwill A., Soven P. Density-functional approach to local-field effects in finite systems: photoabsorption in the rare gases// Phys. Rev. A 1980. — v. 21. — p. 1561−1572.
- Stott M. J., Zaremba E. Linear-response theory within the density-functional formalism: application to atomic polarizabilities// Phys. Rev. A 1980. — v. 21. -p. 12−23.
- Gross E.K.U., Kohn W. Local density-functional theory of frequency-dependent linear response// Phys. Rev. Lett. 1985. — v. 55. — p. 2850−2852.
- Vignale G., Kohn W. Current-dependent exchange-correlation potential for dynamical linear response theory// Phys. Rev. Lett. 1996. — v. 77. — p. 2037−2040.
- Vignale G., Ullrich C. A., Conti S. Time-dependent density functional theory beyond the adiabatic local density approximation// Phys. Rev. Lett. 1997. — v. 79. — p. 48 784 881.
- Ullrich C. A., Vignale G. Collective intersubband transitions in quantum wells: a comparative density-functional study// Phys. Rev. В 1998. — v. 58. — p. 15 756−15 765.
- Heinonen O., Kohn W. Surface effects on bulk plasmons// Phys. Rev. В 1993. — v. 48. — p. 12 240−12 244.
- Liebsch A. Dynamical screening at simple-metal surfaces// Phys. Rev. B. 1987. -v. 36. — p. 7378−7388.
- Kempa K., Liebsch A., Schaich W. L. Comparison of calculations of dynamical screening at jellium surfaces// Phys. Rev. B. 1988. — v. 38. — p. 12 645−12 648.
- Tsuei K.-D., Plummer E. W., Liebsch A., Kempa K., Bakshi P. Multipole plasmon modes at a metal surface// Phys. Rev. Lett. 1990. — v. 64. — p. 44−47.
- Шик А. Я. Оптические свойства размерно-квантованных пленок в резонансной области// ФТТ 1970. — т. 12. — с. 67−71.
- Пайнс Д., Нозьер Ф. Теория квантовых жидкостей. М.: Мир, 1967. — 382 с.
- Backes W. Н., Peeters F. М., Brosens F., Devreese J. Т. Dispersion of longitudinal plasmons for a quasi-two-dimensional electron gas// Phys. Rev. В 1992. — v. 45. -p. 8437−8442.
- Александров А. Ф., Рухадзе А. А. Лекции no электродинамике плазмоподобных сред. M.: МГУ, 1999. — 335 с.
- Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Теоретическая физика: том VIII Электродинамика сплошных сред. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2001. — 651 с.