#P-08

Badanie wpływu efektu Kerra na właściwości nieliniowych struktur wykazujących symetrię PT

Piotr WITOŃSKI¹, Agnieszka MOSSAKOWSKA-WYSZYŃSKA¹, Paweł SZCZEPAŃSKI^1,2

¹Politechnika Warszawska, Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki, ul. Koszykowa 75, 00-662 Warszawa
²Instytut Łączności - Państwowy Instytut Badawczy, ul. Szachowa 1, 04-894 Warszawa

Struktury periodyczne wykazujące symetrię PT (z ang. parity time) są tworzone z materiałów charakteryzujących się zrównoważonym poziomem wzmocnienia i strat. Struktury te posiadają szereg ciekawych własności, np.: silne wzmocnienie fali o długości rezonansowej, kierunkową niewidzialność, czy doskonałą absorpcję. Struktury takie zbudowane są z dwóch materiałów optycznie czynnych ułożonych naprzemiennie, wzmacniającego i stratnego, o wartościach współczynnika załamania dobranych zgodnie z regułą: n^*(-x)=n(x), gdzie gwiazdka oznacza zespolone sprzężenie.
W pracy przedstawiono po raz pierwszy analizę numeryczną nieliniowych struktur wykazujących symetrię PT z uwzględnieniem efektu Kerra oraz nasyceń wzmocnienia i strat. Efekt Kerra modyfikuje części rzeczywiste współczynników załamania warstw tworzących badaną strukturę, powodując ich wzrost w funkcji natężenia pola elektromagnetycznego w jej wnętrzu, natomiast nasycenie wzmocnienia i strat modyfikuje części urojone współczynników załamania warstw powodując ich spadek.
Analizę przeprowadzono z wykorzystaniem zmodyfikowanej metody macierzy transferu pozwalającej na opis przejścia fal przez kolejne warstwy struktury PT [1,2]. Otrzymano charakterystyki natężenia wyjściowego I_out^({1,2}) w funkcji natężenia fali wejściowej Iin oraz parametrów badanej struktury PT. Na rysunku zaprezentowano trzy wybrane charakterystyki I_out^({1,2}) dla następujących struktur: a) bez efektów nieliniowych; b) z uwzględnieniem wyłącznie efektu Kerra; c) z uwzględnieniem efektu Kerra i nasyceń wzmocnienia i strat. Pokazano silny wpływ efektu Kerra na przebieg charakterystyk wyjściowych w strukturze PT (rys.1b). W obecności nasyceń, efekt ten jest słabszy (rys.1c).

Rys. 1. Natężenie fali wyjściowej I_out^({1,2}) w funkcji natężenia fali padającej I_in.