.../Структура/ЛДО

Резонансные структуры нанофотоники для аналоговых оптических вычислений

Исследованы временные, пространственные и пространственно-временные преобразования оптических пучков и импульсов, реализуемые резонансными структурами нанофотоники. В частности, показано, что резонансные дифракционные решётки позволяют дифференцировать и интегрировать оптические импульсы. Показано, что пространственные преобразования, реализуемые резонансными дифракционными решётками и брэгговскими решётками с дефектом, включают вычисление первой и второй производных, интеграла и оператора Лапласа. Описан общий вид пространственно-временных преобразований, реализуемых указанными структурами. Частными случаями общих преобразований являются операции дифференцирования и интегрирования по временным и пространственным переменным.

Практическая значимость результата состоит в возможности создания новых систем сверхбыстрой оптической обработки информации и оптических вычислений (в частности, для оптического решения дифференциальных уравнений в частных производных эллиптического и параболического типов), а также в возможности создания новых оптических элементов для преобразования формы оптических пучков и импульсов.


Слева: дифракция оптического импульса на резонансной дифракционной решётке. Справа: огибающая падающего импульса. (сверху); огибающая прошедшего импульса (непрерывная линия снизу) и модуль аналитически вычисленной производной от огибающей падающего импульса (пунктир).


Вычисление первой производной: дифракция наклонно падающего двумерного пучка на брэгговской решётке с дефектом.


Вычисление оператора Лапласа брэгговской решёткой с дефектом: модуль огибающей падающего пучка (а) и прошедшего пучка (б). Сверху показаны сечения, полученные в результате численного моделирования. Кружочками показаны предсказания, полученные на основе аналитической модели.


Дифракция импульса на резонансной дифракционной решётке (a). Модуль огибающей импульса: (б) падающий импульс, (в) прошедший импульс (левая часть вычислена строго по методу Фурье-мод, правая часть получена с использованием предложенной аналитической модели).

Публикации:

  1. D. A. Bykov, L. L. Dokolovich, A. A. Morozov, V. V. Podlipnov, E. A. Bezus, et al., “First-order optical spatial differentiator based on a guided-mode resonant grating”, Optics Express 26, 10997–11006 (2018).
  2. E. A. Bezus, L. L. Doskolovich, D. A. Bykov, and Soifer. V. A., “Spatial integration and differentiation of optical beams in a slab waveguide by a dielectric ridge supporting high-Q resonances”, Optics Express 26, 25156–25165 (2018).
  3. L. L. Doskolovich, E. A. Bezus, N. V. Golovastikov, D. A. Bykov, and V. A. Soifer, “Planar two-groove optical differentiator in a slab waveguide”, Optics Express 25, 22328–22340 (2017).
  4. N. V. Golovastikov, D. A. Bykov, L. L. Doskolovich, and V. A. Soifer, “Analytical description of 3D optical pulse diffraction by a phase-shifted Bragg grating”, Optics Express 24, 18828–18842 (2016).
  5. L. L. Doskolovich, E. A. Bezus, D. A. Bykov, and V. A. Soifer, “Spatial differentiation of Bloch surface wave beams using an on-chip phase-shifted Bragg grating”, Journal of Optics 18, 115006 (2016).
  6. N. V. Golovastikov, D. A. Bykov, and L. L. Doskolovich, “Spatiotemporal pulse shaping using resonant diffraction gratings”, Optics Letters 40, 3492–3495 (2015).
  7. Н. В. Головастиков, Д. А. Быков, Л. Л. Досколович и В. А. Сойфер, “Преобразование пространственно-временного оптического импульса резонансной дифракционной решёткой”, ЖЭТФ 148, 899–907 (2015).
  8. N. V. Golovastikov, D. A. Bykov, L. L. Doskolovich, and E. A. Bezus, “Spatial optical integrator based on phase-shifted Bragg gratings”, Optics Communications 338, 457–460 (2015).
  9. L. L. Doskolovich, D. A. Bykov, E. A. Bezus, and V. A. Soifer, “Spatial differentiation of optical beams using phase-shifted Bragg grating”, Optics Letters 39, 1278–1281 (2014).
  10. D. A. Bykov, L. L. Doskolovich, E. A. Bezus, and V. A. Soifer, “Optical computation of the Laplace operator using phase-shifted Bragg grating”, Optics Express 22, 25084–25092 (2014).
  11. D. A. Bykov, L. L. Doskolovich, N. V. Golovastikov, and V. A. Soifer, “Time-domain differentiation of optical pulses in reflection and in transmission using the same resonant grating”, Journal of Optics 15, 105703 (2013).
  12. D. A. Bykov, L. L. Doskolovich, and V. A. Soifer, “Single-resonance diffraction gratings for time-domain pulse transformations: integration of optical signals”, J. Opt. Soc. Am. A 29, 1734–1740 (2012).
  13. Д. А. Быков, Л. Л. Досколович и В. А. Сойфер, “Интегрирование оптических импульсов резонансными дифракционными решетками”, Письма в ЖЭТФ 95, 8–12 (2012).
  14. Д. А. Быков, Л. Л. Досколович и В. А. Сойфер, “О способности резонансных дифракционных решеток дифференцировать импульсный оптический сигнал”, ЖЭТФ 141, 832–839 (2012).
  15. D. A. Bykov, L. L. Doskolovich, and V. A. Soifer, “Temporal differentiation of optical signals using resonant gratings”, Optics Letters 36, 3509–3511 (2011).