Sympozjum Techniki Laserowej STL 2018 - Analiza właściwości rezonatora optycznego z ośrodkiem o ujemnym współczynniku załamania

Abstract

Pierwsze doniesienia dotyczące ośrodków o ujemnym współczynniku załamania pojawiły się już w roku 1968 [1]. Wówczas, Wiktor Veselago przedstawił w swojej pracy koncepcję tzw. metamateriału, czyli ośrodka o jednocześnie ujemnym współczynniku przenikalności elektrycznej oraz magnetycznej, który efektywnie wykazuje ujemny współczynnik załamania [1]. Prace poświęcone analizie właściwości tego typu ośrodków pozwoliły na rozważenie na nowo dobrze znanych zjawisk fizycznych, w szczególności ujemnego załamania światła, propagacji fali o wstecznie skierowanym wektorze Poyntinga, odwrotnego efektu Dopplera, a także odwrotnego promieniowania Czerenkowa [2]. Co więcej, wykazały one możliwość konstruowania przyrządów nieosiągalnych w kontekście wcześniejszego stanu wiedzy, takich jak bezdyfrakcyjna soczewka [3], czy anteny o rozmiarach znacznie mniejszych niż długość fali detekowanego promieniowania [4]. W ostatnich latach, z uwagi na wysoki poziom strat występujący w konwencjonalnych realizacjach struktur metamateriałowych bazujących na metalach, jednym z głównych nurtów badań w obszarze wytwarzania metamateriałów stało się wykorzystanie materiałów aktywnych optycznie [5,6]. Optyczne wzmocnienie występujące w strukturach tego typu jest wykorzystywane m.in. do kompensacji strat występujących podczas zatrzymywania światła [5], czy konstruowania nanolaserów o dużej sprawności [5,6]. Szczególnego znaczenia metamateriałów aktywnych można upatrywać w zastosowaniach scalonych o wysokiej skali integracji i gęstości upakowania komponentów fotonicznych, które napotykają ograniczenia związane z limitem dyfrakcyjnym. Niniejsza praca została poświęcona analizie rezonatora optycznego bazującego na ośrodku o ujemnym współczynniku załamania i stanowi wstęp do badań dedykowanych adaptacji konwencjonalnych technik laserowych dla ośrodków pozbawionych ograniczeń dyfrakcyjnych. W analizie zwrócono szczególną uwagę na strukturę modową rezonatora oraz zakres możliwości jej kształtowania.