Физические основы развития новой элементной базы фотоники и СВЧ-электроники

Объекты исследования: системы с микро- и наноразмерным упорядочением (фотонные структуры, нанокомпозиты, жидкокристаллические материалы, микрорезонаторы и т.п., свойства которых обусловлены не только индивидуальными характеристиками их компонентов, но и структурной организацией самих систем). Цель: изучение уникальных физических эффектов, характерных для рассматриваемых материалов и структур, результаты которых послужат основой для развития новой элементной базы оптоэлектроники, нанофотоники и СВЧ-техники. Показано, что диэлектрический диск в волноводе поддерживает связанные состояния в континууме (ССК) при варьировании радиуса и положения диска по отношению к волноводу. Теоретически такие ССК имеют бесконечную добротность, что даже с учетом материальных потерь приводит к огромному коэффициенту усиления и к весьма ощутимым силам, способным двигать диски в волноводе. Теоретически исследованы спектральные проявления таммовской моды, гибридизованной с дефектной модой в 1D фотонном кристалле, ограниченном серебряным слоем и имеющим в качестве дефекта слой нематического жидкого кристалла (ЖК). Предсказана возможность управления такими модами за счет высокой чувствительности ЖК к электрическому полю. Влияние поля на спектр пропускания данной структуры эффективно реализуется как при планарной, так и при гомеотропной ориентации ЖК. Показано, что волноводные свойства двумерных островковых пленок, состоящих из гексагонально упакованных плазмонных наночастиц сферической формы (на примере серебра) с малым межчастичным зазором, достаточны для передачи модулированного оптического сигнала на расстояния 10 - 15 размеров наночастиц, соответствующих прогнозируемому среднему расстоянию между функциональными элементами микросхем. Исследованы спектральные свойства новых материалов для фотоники на основе молибдатов, сульфидов и оксисульфидов, активированных редкоземельными ионами либо содержащих эти ионы в качестве основного структурообразующего компонента. Развит новый подход к изучению оптических свойств одноосных полимерных пленок с учетом эффектов двуосности мономеров. Для мономеров с двуосным тензором поляризуемости, характеризуемым продольной (Ау) и поперечной (Ay") анизотропией, а также двумя параметрами одноосного ориентационного порядка для продольной (S) и поперечных осей (G) мономеров, связь двупреломления пленки An <х (SAy+GAy"/2) с характеристиками двуосности G, Ау" мономеров может приводить к равенству An=0 при S ^ 0, G ^ 0. Получено уравнение состояния структурно-анизотропной пленки с An=0. Проиллюстрированы молекулярные и структурные особенности подобного состояния для одноосных пленок двух производных полифенилхиноксалинов. Проведено экспериментальное и теоретическое исследование особенностей оптических мод одномерной фотонной структуры с включением в качестве дефектного слоя нематического ЖК в режиме беспорогового магнитооптического Т-эффекта. Разработаны конструкция оптического резонатора, состоящего из двух диэлектрических слоев с решеткой из металлических патчей между слоями и решетками полосковых проводников на наружных границах структуры, а также конструкция нерегулярного диэлектрического цилиндрического резонатора, обладающего высокой добротностью. На основе разработанных резонаторов созданы оптимизированные конструкции полосно-пропускающих фильтров и миниатюрных линий для передачи электромагнитных волн, обладающие высокими частотно-селективными свойствами.