Научно-технический отчет по теме «Генерация и преобразование ТГц и инфракрасного излучения в нано- и метаструктурах»

Основная цель работы – разработка фундаментальных основ моделирования и проектирования наноматериалов и метаструктур для генерации терагерцового излучения и преобразования инфракрасного излучения. Принцип генерации основан на взаимодействии пучков заряженных частиц с нано- и метаструктурами различной топологии, в том числе с управляемыми характеристиками. Преобразование основано на принципе управления модулированным инфракрасным излучением диапазона 1.55 мкм, для задач радиофотоники, в полосе частот СВЧ сигнала до 40 ГГц. На основе теории локального поля получены выражения для поля и распределения по углам и частотам энергии, излученной коррелированной системой, состоящей из двух взаимодействующих анизотропных микро- и наночастиц, находящейся во внешнем поле движущегося электрона. Получен аналитический вид функций отклика на внешнее поле сгустка релятивистских электронов. Получены аналитические выражения для полей излучения Смита-Парселла и переходного от метаповерхностей различной топологии, а также для спектрально-угловых распределений и дисперсионные соотношения, проведен сравнительный анализ свойств излучения. Дано обсуждение роли эффекта Вавилова-Черенкова в этих процессах. Получены аналитические выражения для интенсивности ТГц излучения, сфокусированного за счет изменения топологии двумерных метаструктур. Рассмотрены прямые, параболические и гиперболические двупериодические решетки. Дано теоретическое обоснование возможности управления свойствами ТГц излучения путем изменения внешнего потенциала, приложенного к метаструктуре. Разработаны методики и алгоритмы квантового и электромагнитного моделирования характеристик компонентов и узлов радиофотонных интегральных схем. Проведено численное моделирование электрооптического эффекта для коэффициента поглощения и показателя преломления в многоямных наногетероструктурах со сложной композицией слоев. Проведено моделирование распространения электромагнитного излучения в многослойных микроструктурах со сложным распределением показателя преломления и нетривиальной топологией в трех измерениях.