Генерация электромагнитного излучения в активных и нелинейных топологических структурах

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 20-72-00148

НазваниеГенерация электромагнитного излучения в активных и нелинейных топологических структурах

Руководитель Смирнова Дарья Александровна, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова Российской академии наук" , Нижегородская обл

Конкурс №49 - Конкурс 2020 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе; 02-302 - Когерентная и нелинейная оптика

Ключевые слова топологическая фотоника, нанофотоника, метаповерхность, лазер, краевое состояние, резонанс, радиационные потери, нелинейная оптика

Код ГРНТИ29.31.27

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проект посвящён разработке теории генерации излучения в активных топологических структурах, которая будет учитывать совместное влияние нелинейности среды, нарушения приближения сильной связи между структурными элементами топологической системы и радиационные эффекты. Развитое описание будет служить основой для проектирования топологических лазеров. Планируется рассмотреть различные дизайны топологических излучающих систем, выполненных на базе диэлектрических и полупроводниковых наноструктурированных метаповерхностей или решеток из близко расположенных одномодовых диэлектрических волноводов. Основное внимание в проекте будет уделено исследованию вопросов, связанных с надежной (защищенной от рассеяния на дефектах) генерацией монохроматического излучения и последовательности коротких импульсов в фотонных структурах, содержащих несколько топологических резонаторов, представляющими собой доменные стенки, или границы раздела топологически тривиальных и нетривиальных областей. Для решения поставленной задачи будут развиты новые теоретические подходы к анализу взаимного влияния топологических и нелинейных эффектов при генерации излучения, и проведено полномасштабное численное моделирование в рамках уравнений Максвелла с материальными соотношениями, описывающими особенности нелинейности (и в частности, ее инерционность) в рассматриваемых топологических структурах. Актуальность намеченных в проекте исследований связана с перспективой использования оптических топологических изоляторов в интегрированных оптических цепях, интерес к которым главным образом обусловлен поиском возможных альтернатив кремниевой электроники для повышения скорости обработки информации. Тематика проекта является актуальной и активно обсуждается в настоящее время в научной литературе. Выполнение проекта внесет существенный вклад в создание источников лазерного излучения, эффективно использующих как топологические, так и нелинейные особенности наноструктурированных сред. Научный потенциал руководителя проекта, имеющего значительный задел и ряд перспективных идей в области неэрмитовой нелинейной топологической фотоники, позволит обеспечить соответствие результатов проекта мировому уровню.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Лейкам Д., Смирнова Д.А. Probing bulk topological invariants using leaky photonic lattices Nature Physics (год публикации - 2021)
10.1038/s41567-020-01144-5

2. Лейкам Д., Смолина Е., Малуков А., Флах С., Смирнова Д.А. Probing band topology using modulational instability Physical Review Letters, vol. 126, p. 073901 (год публикации - 2021)
10.1103/PhysRevLett.126.073901

3. Смирнова Д.А., Смирнов Л.А., Смолина Е.О., Ангелакис Д.Г., Лейкам Д. Gradient catastrophe of nonlinear photonic valley-Hall edge pulses Physical Review Research, vol. 3, p. 043027 (год публикации - 2021)
10.1103/PhysRevResearch.3.043027

4. Смолина Е.О., Смирнова Д.А., Смирнов Л.А. Нелинейная динамика импульсных сигналов, распространяющихся вдоль топологических доменных стенок XXVI Нижегородская сессия молодых ученых (технические, естественные науки), с. 226-229 (год публикации - 2021)

5. Устинов А.С., Шорохов А.С., Смирнова Д.А. Topological Photonics (Brief Review) JETP Letters, vol. 114, issue 12, pp. 719–728 (год публикации - 2021)
10.1134/S0021364021240012

6. Малуков А., Смолина Е.О., Лейкам Д., Гундоду С., Ангелакис Д.Г., Смирнова Д.А. Nonlinear signatures of Floquet band topology Physical Review B, vol. 105, issue 11, p. 115133 (год публикации - 2022)
10.1103/PhysRevB.105.115133

7. Шу Л., Смирнова Д.А., Камачо-Моралес Р., Аони Р.А., Камали К.З., Кай М., Ин Ч.Ф., Чжэн З., Мирошниченко А.Е., Нешев Д.Н., Рахмани М. Enhanced four-wave mixing from multi-resonant silicon dimer-hole membrane metasurfaces New Journal of Physics, vol. 24, p. 035002 (год публикации - 2022)
10.1088/1367-2630/ac55b2

Публикации

1. Лейкам Д., Смирнова Д.А. Probing bulk topological invariants using leaky photonic lattices Nature Physics (год публикации - 2021)
10.1038/s41567-020-01144-5