С 18 по 22 октября 2010 г. в Санкт-Петербурге прошла VI Международная конференция «Фундаментальные проблемы оптики» («ФПО — 2010»), которая продолжает традицию проведения регулярных встреч ученых оптиков России, ближнего и дальнего зарубежья, начиная с 2000 года. Предлагаем вашему вниманию ее краткий обзор.

Рассмотрены несколько вариантов реализации спектрометров терагерцового частотного диапазона, работающих на эффектах свободно затухающей поляризации и быстрого прохождения частоты. Представлены результаты применения разработанных спектрометров для регистрации аммиака, ацетона и оксида азота в выдыхаемом воздухе, а также анализа промывочной жидкости трансплантируемых паренхиматозных органов — кустодиола.

В работе проведено сопоставление классических и цифровых методов голографической интерферометрии, показано преимущество цифровой голографии. Описаны новые цифровые методы, расширяющие возможности голографических измерений, диапазон исследований, наглядность представления результатов. Проанализированы все этапы регистрации, обработки и представления результатов измерений, проведены оценки требований к регистрирующим устройствам. Подробно рассмотрены проблемы автоматизации процесса голографических измерений, программно-аппаратные средства для создания полностью автоматизированного цифрового голографического измерительного комплекса. Приведены практические примеры использования цифровой голографии в механике, контрольно-измерительной технике, оптико-физических измерений. Показано, что данные цифровые голографические системы могут эффективно использоваться для измерений перемещений нанометрового диапазона.

В рамках численного эксперимента исследован эффект Брюстера в случайной системе изотропных магнито- диэлектрических слоев. Показано, что если диэлектрическая и магнитная проницаемости случайно меняются от слоя к слою, при том что характеристический импеданс всех слоев одинаков, то индекс Ляпунова (величина обратно пропорциональная длине локализации) растет с углом падения и не зависит от поляризации падающей волны. Это свойство является статистическим, так как в отдельно взятой конечной реализации коэффициенты прохождения для s- и p-поляризованного света различны. Предложено теоретическое объяснение найденного эффекта.

Дан краткий обзор применения микро- и наноструктур в современной фотонике. Отмечено, что для современной информатики особый интерес представляют технологии фабрикования высокодобротных волноводов и микрорезонаторов, с помощью которых можно локализовать фотоны, изолировать их от внешней среды. В работе развита теория дискретного когерентного фотодетектирования фоковских состояний моды микрорезонатора. Развита схема фотодетектора, различающего однофотонные и двухфотонные состояния поля. Здесь в качестве зонда предлагается использовать пакет из атомов, размещенный в микрорезонаторе. С помощью зондов, косвенно, можно определять состояние квантовой моды резонатора, тестируя энергетические состояния атомов пакета после окончания их взаимодействия с модой в течение строго определенного времени взаимодействия. Развита теория генератора однофотонных состояний моды микрорезонатора. Накачка микрорезонатора осуществляется полем резонансной флуоресценции от одного атома-источника, возбуждаемого внешним классическим полем. Однофотонное состояние моды обнаруживается с помощью процесса дискретного когерентного фотодетектирования. Как показано в работе, параметры детектора можно выбрать так, что в момент получения информации о возбужденном состоянии атома-зонда можно однозначно сделать вывод о состоянии моды резонатора. Условная редуцированная матрица плотности моды будет соответствовать чистому фоковскому однофотонному состоянию.

В полуклассическом приближении исследуются эффекты, связанные с нелинейным взаимодействием электромагнитного поля со средой. В частности, в стационарном режиме рассматривается взаимодействие четырех мод поля с переходами пятиуровневой атомной 𝑀-схемы. Найдены условия, при которых М-схема по своим оптическим свойствам близка к двух или трехуровневым схемам. На основе восьми полученных для атомной матрицы плотности решений рассчитаны суммарные набеги фаз рабочих волн и показано, что М-схема может выполнять операцию дважды контролируемого набега фазы. На примере взаимодействия электромагнитного поля с трехуровневой Λ-схемой исследуется гистерезис в нелинейной оптической системе с бистабильностью абсорбционного типа. Роль нелинейного элемента играет ячейка с парами атомов Λ-типа, помещенная в однонаправленный кольцевой резонатор. В обратную связь включены два электромагнитных поля, взаимодействующие с двумя атомными переходами. Найдена двумерная область стабильности в координатах начальных интенсивностей полей и исследована зависимость ее формы от значений различных параметров оптической системы. Получены кривые «вход-выход», отвечающие различным траекториям в области стабильности.

В работе представлен метод восстановления волнового фронта, основанный на использовании набора спекл-картин, сформированных различными длинами волн, и итерационном алгоритме решения уравнения распространения волн в различных плоскостях объема спекл-поля. С помощью численного моделирования восстановлены изображения амплитудных и фазовых объектов и показана возможность расширения данной методики с использованием распределений интенсивностей, записанных в разных плоскостях объема спекл-поля. Экспериментально продемонстрирована возможность восстановления волнового фронта с использованием спекл-картин на трех длинах волн, соответствующих спектральной чувствительности RGB-каналов ПЗС-матрицы, или излучения спектральных компонент суперконтинуума. Первое позволяет записывать три различных распределения интенсивности за одну экспозицию, что дает преимущества при анализе быстропротекающих процессов. Второй вариант подразумевает использование большого количества длин волн, что обеспечивает более быструю и точную сходимость метода, и привлекает простотой и надежностью схемы записи, использующей волоконные оптические элементы.

Экспериментально изучена кинетика спектров фотоиндуцированного поглощения кристаллов CdF₂ с бистабильными центрами индия и галлия при фемтосекундном импульсном возбуждении. На примере ионов индия показано, что полоса просветления в спектре поглощения глубоких центров формируется в течение времени 0.8–1 пс, что значительно превосходит интервал, в течение которого происходит поглощение фотонов.

Предложена интерпретация этого процесса как результата перемещения иона индия из исходного межузельного положения в узел соседней кристаллической ячейки, дана оценка скорости такого перемещения: 200–250 м/с, что близко к тепловой скорости данного иона при комнатной температуре. Впервые дана экспериментальная оценка времен, характеризующих процесс формирования свободных поляронов вследствие смещения окружающих ионов кристаллической решетки (0.8–1.2 пс).

Оценены времена захвата свободных поляронов трехвалентными ионами галлия и индия, составляющие, соответственно, 5 и 10 пс, а также присущие этим захватам сечения: 2⋅10⁻¹⁶ и 8⋅10⁻¹⁶ см² соответственно.

Импульсный метод анализа работы дифракционных систем применен для исследования преобразования линзой Френеля одиночного фемтосекундного импульса в импульсную последовательность. Разработаны основные элементы теоретического описания и проведена экспериментальная проверка, подтверждающая основные выводы теории.

С использованием теории динамической дифракции, обобщённой на случай высокого диэлектрического контраста исследованы механизмы формирования спектров брэгговского отражения света от тонких плёнок фотонных кристаллов с симметрией решётки опала. Показано, что в условиях многоволновой дифракции в спектрах фотоннокристаллических пленок с достаточно высокой степенью структурного совершенства могут проявляться дополнительные короткопериодные осцилляции коэффициента отражения (интерференционная “гребёнка”). На основании сопоставления формы полосы брэгговского отражения света с энергетическим спектром собственных электромагнитных мод фотонного кристалла делается вывод о том, что дополнительная структура в спектрах возникает вследствие интерференции добавочных мод с низкой групповой скоростью.

Проведено исследование оптических свойств слоев пористого кремния, полученного на кристаллическом кремнии р-типа (100) методом анодного травления. Из оптических спектров на пропускание и отражение проведена оценка основных оптических характеристик пористого кремния. Установлено, что явление видимой фотолюминесценции пористого кремния обусловлено изменением параметров зонной структуры.