Моделирование околорезонансных взаимодействий локализованных оптических полей c квантоворазмерными излучателями

Проектирование и моделирование новых перспективных материалов и оптических сред для локализации, удержания и манипулирования характеристиками электромагнитного поля на масштабах, сравнимых и существенно меньших длины волны света представляет собой одну из наиболее актуальных проблем современной физики конденсированного состояния и оптики. В связи с этим, изучение воздействия оптического излучения на различные виды диэлектрических, проводящих и полупроводниковых материалов, а так же их сочетаний в рамках наноструктурированных систем и гибридных материалов позволяет предсказывать условия формирования локализованных атомно-оптических состояний, которые служат основой для значительной концентрации, маршрутизации и преобразования электромагнитной энергии. Целью диссертационного исследования является проектирование новых функциональных материалов и исследование схем атомно-оптического взаимодействия для формирования и управления локализованными оптическими состояниями, востребованными при решении прикладных задач обработки и передачи данных, создании сверхчувствительных сенсоров и наноразмерных источников когерентного излучения с заданными квантовыми свойствами Научная новизна состоит в развитии фундаментальных принципов и создании системы цифрового проектирования и моделирования околорезонансных взаимодействий локализованных состояний электромагнитного поля в конденсированных средах, содержащих ансамбли квантовых излучателей с дискретной структурой энергетических уровней. Теоретическая значимость работы определяется развитием методов вторичного квантования на случай нелинейных ближнеполевых взаимодействий в спазерных системах и предложением квантово-кинетических подходов для вывода основных операторных уравнений исходя из гамильтониана нелинейного взаимодействия для многочастичных спазерных систем. Практическая ценность работы заключается в разработке общих способов функционализации оптических материалов усиливающей средой хромофоров для локализации и управления светом на наномасштабе. Используя самостоятельно созданные онлайн программы для проектирования нанофотонных схем, разработаны функциональные модели управления локализованным светом со скоростью модуляции порядка терагерц и глубиной модуляции около 80% на характерных длинах взаимодействия в несколько десятков нанометров.