ИСТИНА

Теоретические исследования

Впервые решена задача о генерации второй гармоники сингулярно поляризованным пучком в геометрии нормального падения. Показано, что в отраженном сигнале на удвоенной частоте присутствуют сингулярности поляризации с обоими направлениями вращения вектора напряженности электрического поля. Если существенна пространственная дисперсия нелинейной среды, то модуль суммарного индекса C-точек (точек пересечения C-линий, вдоль которых излучение поляризовано по правому или левому кругу, с поперечным сечением распространяющегося пучка) в сигнальном пучке будет в два раза больше модуля индекса C-точки в пучке основного излучения. При положительном значении этого индекса пучок на удвоенной частоте содержит две сингулярности также с положительным индексом. При отрицательном индексе сингулярности в пучке основного излучения наблюдается обратный эффект. Получены формулы для электрического поля пучка на суммарной частоте, сгенерированного в изотропной хиральной среде коллинеарными эллиптически поляризованным гауссовым пучком и циркулярно-поляризованным Лагерр-Гауссовым пучком. Показано, что количество и положение C-точек в поперечном сечении сигнального пучка определяются отношением частот пучков основного излучения, а также степенью эллиптичности гауссова пучка. Топологический заряд Лагерр-Гауссова пучка определяет топологические заряды сгенерированных C-точек. Возникающие поляризационные конфигурации электрического поля сигнального пучка на суммарной частоте удается классифицировать по значению суммарного топологического заряда. Исследовано взаимодействие двух содержащих сингулярности поляризации монохроматических пучков специального вида в нелинейной изотропной гиротропной среде при их коллинеарном распространении (самофокусировка, дефокусировка). Показано, что соотношения между компонентами тензоров локальной и нелокальной кубической нелинейности определяют возможные режимы взаимодействия циркулярно-поляризованных составляющих электрического поля. В нелинейной среде происходит рождение и аннигиляция пар C-точек с противоположными топологическими индексами. Суммарный топологический индекс C-точек в перпендикулярной оси распространения плоскости при всех значениях координаты распространения остается одинаковым. Показано, что при распространении фемтосекундного лазерного импульса с квазилинейной или квазициркулярной поляризацией, из-за самофокусировки, фазовой самомодуляции и многофотонного поглощения в сгенерированной им плазме в возникающем филаменте благодаря нелинейностям высокого порядка возможно появление С-точек. Предложена оригинальная модель обладающей частотной дисперсией и нелокальностью оптического отклика нелинейной среды, позволившая записать материальные уравнения без широко используемого требования малости параметра пространственной дисперсии. Показано, что эволюцию вектора напряженности электрического поля в этом случае следует анализировать исключительно по изменению вида годографа вектора напряженности электрического поля). Показано, что в случае безинерционной нелинейности специальный выбор начальных условий приводит к формированию эллиптически поляризованной уединенной волны и ее дальнейшему распространению на достаточно большие расстояния, даже если полуширина падающего на среду импульса меньше периода колебаний электрического поля. В этом режиме распространения сингулярности поляризации не возникают. Исследовано влияние параметров структурной ячейки нелинейного полимерного метаматериала на пропускание и отражение эллиптически поляризованных сверхкоротких импульсов. Если падающий импульс имеет правую поляризацию, то существует достаточно широкий частотный интервал, в котором интенсивность импульса, прошедшего через состоящий из правозакрученных спиралей образец, составляет несколько процентов от интенсивности падающего, а его поляризация близка к циркулярной с направлением вращения вектора напряженности по левому кругу, что дает основание ожидать сложную динамику поведения в нем С-точек.