Лаборатория нелинейной и экстремальной нанофотоники

Научные результаты:

1. Проведено исследование эффектов генерации третьей оптической гармоники в изготовленных образцах одиночных наночастиц непрямозонных полупроводников методами нелинейно-оптических измерений в случае как гауссовых, так и цилиндрических векторных пучков лазерного излучения накачки. Экспериментально продемонстрировано, что усиление нелинейно- оптического сигнала наблюдается в магнитном квадрупольном резонансе одиночной частицы при ее возбуждении азимутально- поляризованным векторным пучком излучения накачки и в электрическом квадрупольном резонансе в случае радиально- поляризованного векторного пучка. Получены изображения в обратной Фурье-плоскости методом поляриметрии параметров Стокса для выявления структуры распределения поляризации и интенсивности излучения генерации третьей оптической гармоники в одиночном субволновом нанообъекте.
2. Получены временные зависимости модуляции коэффициентов отражения при измерении интегрального сигнала зонда (без монохроматора) для фотоннокристаллической структуры и для пленки золота на стекле. Обнаружено, что возбуждение таммовских плазмон-поляритонов приводит к усилению модуляции коэффициента отражения в 17 раз по сравнению с чистой пленкой золота.
3. Проведены расчеты фактора Парселла и мощности насыщения люминесценции SiVцентров окраски в зависимости от размера алмазных частиц. Показано, что резонансы Ми в субмикронных алмазных частицах приводят к изменению скорости излучательных переходов центров окраски в несколько раз, что соответствует вариации времени жизни в единицы процентов. Зависимость мощности насыщения при непрерывной лазерной накачке от размера частицы имеет немонотонный характер, обусловленный возбуждением резонансов как на частоте накачки, так и на частоте люминесценции. Ожидаемый разброс мощности насыщения для алмазных частиц размером 200-400 нм составляет более пяти крат.
4. Разработана, изготовлена и экспериментально исследована высокодобротная метаповерхность из аморфного германия, которая демонстрирует фотоиндуцированное преобразование частоты из-за меняющимхся в течение импульса параметров метаатомов. Методом накачки-зондирования показано изменение спектральных особенностей зондирующего пучка и его третьей оптической гармоники при отрицательных временах задержки. Продемонстрировано смещение в коротковолновую область на 10 нм и 40%-ное уширение спектра на сверхкоротких временах, практически полное подавление ТГ при положительных задержках.
5. Разработана и реализована концепция микроразмерной схемы Отто для нормального угла падения при помощи полимерных микропризм, напечатанных на поверхности фотонных кристаллов методом двухфотонной литографии и имеющих субмикрометровый зазор между основанием и поверхностью фотонного кристалла. Показана возможность фокусировки блоховских поверхностных волн одновременно с их возбуждением с помощью призм с наклонной гранью в виде сектора конуса.
6. Экспериментально обнаружено направленное возбуждение блоховских поверхностных волн с помощью нано- и микролазеров, представляющих собой кристаллические нано- и микроразмерные проволоки, а также микропластинки из галогенидных перовскитов CsPbBr3, помещенные на поверхность одномерного фотонного кристалла.
7. Реализован новый метод обучения искусственной нейронной сети для задачи подбора параметров многослойных фотонных структур по заданному угловому спектру коэффициента отражения, состоящий в соединении нейронной сети с методом матриц распространения. Показана возможность применения обученной нейронной сети для разработки оптического аналогового дифференциатора.

Внедрение результатов исследования:

Получена серия патентов на изобретения на основе экспериментов, проведенных в лаборатории.

Организационные и инфраструктурные преобразования:

Часть оборудования лаборатории и помещения входят в состав ЦКП МГУ «Технологии получения новых наноструктурированных материалов и их комплексное исследование».

Образование и переподготовка кадров:

Защиты: 8 кандидатских диссертаций.

Стажировка сотрудников лаборатории в Католическом университете Лёвена (Бельгия), Университет Брешии (Италия), Университет Ганновера (Германия).

Совместно с Санкт-Петербургским национальным исследовательским университетом информационных технологий, механики и оптики была организована онлайн летняя школа по нанофотонике SLALOM: «School on Advanced Light-Emitting and Optical Materials» с 29 по 30 июня 2020 г.

Сотрудничество:

• KU Leuven (Belgium), University of Brescia (Italy),  Friedrich Schiller University Jena (Germany), Australian National University (Australia): совместные исследования, стажировки членов лаборатории, совместныеипубликации.
• Bangor University (UK), Sandia National Laboratories (United States), University of Technology Sydney (Australia): совместные исследования и публикации.
• Объединенный Институт Высоких температур РАН, Московский физико-технический институт, Сколковский институт науки и технологий: совместные исследования и публикации.
• Университет ИТМО: совместные исследования, организация совместных научных конференций и летних школ, совместные публикации.
• Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта: совместные исследования, стажировки членов лаборатории, совместные публикации.