Як лазерна фізика привела оптику в світ фотонних кристалів?
DOI:
https://doi.org/10.15407/ujpe65.4.327Ключові слова:
хiральний рiдкий кристал, планарна текстура, фотонний кристал, спектр пропускання, флуоресценцiя, спектри генерацiїАнотація
Представлено скорочений огляд авторських дослiджень, з наголосом на локалiзацiю фотонiв у спiральнiй структурi хiрального рiдкого кристала (ХРК), що була вперше експериментально зареєстрована авторами. Аналiз спектральних i генерацiйних характеристик лазерiв з розподiленим зворотним зв’язком (РЗЗ) на основi природних ХРК (тип 1) i лазерiв на основi хiральних нематикiв (тип 2), привiв до висновку: модель фотонного кристала, яка придатна для опису механiзму генерацiї ХРК лазерiв типу 2, непридатна для ХРК лазера типу 1. Про це свiдчить вiдсутнiсть смуг генерацiї на протилежних краях смуги селективного вiдбивання (СВ), а натомiсть лiнiя генерацiї розмiщена по її центру. В даному контекстi показано, що при сумiщеннi смуги СВ ХРК з максимумом смуги флуоресценцiї лазерного барвника, лiнiя генерацiї спiвпадає з центром смуги СВ з похибкою (±1 нм). При товщинах шарiв в ХРК лазерах обох типiв, при яких зберiгається якiсна планарна текстура (до 50 мкм) i досягаються низькi пороги генерацiї, спостерiгається суттєва вiдмiннiсть їх оптичних характеристик. А саме – спектр СВ ХРК для лазера типу 1 описується наближено профiлем Лоренца, тодi як контур СВ ХРК лазера типу 2 має профiль, характерний для пропускання багатошарових дiелектричних дзеркал. Вiдповiдно причини вiдмiнностей в оптичних i лазерних характеристиках для
ХРК лазерiв обох типiв розглянутi з використанням моделей генерацiї – РЗЗ i фотонних кристалiв.
Посилання
V.P. Bykov. Spontaneous emission in a periodic structure. Zh. 'Eksp. Teor. Fiz. 62, 505 (1972) (in Russian).
R. Dreher, H. Schomburg. Prolongation of fluorescence decay time by structural changes of the environment of the emitting molecule. Chem. Phys. Lett. 25, 527 (1974). https://doi.org/10.1016/0009-2614(74)85359-5
E. Yablonovitch. Inhibited spontaneous emission in solid state physics and electronics. Phys. Rev. Lett. 58, 2059 (1987). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.58.2059
I.P. Ilchishin,E.A.Tikhonov,V.G.Tishchenko,M.T. Shpak. Generation of a tunable radiation by impurity cholesteric liquid crystals. JETP Lett. 32, 27 (1980).
I.P. Ilchishin, A.G. Kleopov, E.A. Tikhonov, M.T. Shpak. Stimulated tunable radiation in an impurity cholesteric liquid crystal. Bull. Acad. Sci. USSR Phys. Ser. 45, 13 (1981).
R.G. Hulet, E.S. Hilfer, D. Kleppner. Inhibited spontaneous emission by a Rydberg atom. Phys. Rev. Lett. 55, 2137 (1985). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.55.2137
A.F. Munoz, P. Palffy-Muhoray, B. Taheri. Ultraviolet lasing in cholesteric liquid crystals. Opt. Lett. 26, 804 (2001). https://doi.org/10.1364/OL.26.000804
J. Schmidtke, W. Stille, H. Finkelmann, S.T. Kim. Laser emission in a dye doped cholesteric polymer network. Adv. Mater. 14, 746 (2002). https://doi.org/10.1002/1521-4095(20020517)14:10<746::AID-ADMA746>3.0.CO;2-5
L.-J. Chen, J.-D. Lina, C.-R. Lee. An optically stable and tunable quantum dot nanocrystal-embedded cholesteric liquid crystal composite laser. J. Mater. Chem. C 2, 4388 (2014). https://doi.org/10.1039/C4TC00128A
A. Chanishvili, G. Chilaya, G. Petriashvili, R. Barberi, R. Bartolino, G. Cipparrone, A. Mazzulla, R. Gimenez, L. Oriol, M. Pinol. Widely tunable ultraviolet-visible liquid crystal laser. Appl. Phys. Lett. 86, 051107 (2005). https://doi.org/10.1063/1.1855405
I. Ilchishin, L. Lysetskiy, T. Mykytiuk, M. Serbina, G. Chilaya. UV-radiation cotrolled tunable cholesteric dye laser based on an azoxy nematic matrix. Mol. Cryst. Liq. Cryst. 542, 221 (2011). https://doi.org/10.1080/15421406.2011.570598
M.-Y. Jeong, K. Kwak. Active thermal fine laser tuning in a broad spectral range and optical properties of cholesteric liquid crystal. Appl. Opt. 65, 9378 (2016). https://doi.org/10.1364/AO.55.009378
I.P. Ilchishin. Optimizing energy output and angular divergence of a DFB laser with cholesteric liquid crystal. Bull. Russ. Acad. Sci. Phys. 60, 494 (1996).
I. Ilchishin. Spectral and lasing characteristics of the dye-doped cholesteric liquid crystals as the materials for laser projection screens. Proc. SPIE 5507, 368 (2004). https://doi.org/10.1117/12.570017
K. Dolgaleva, S.K.H. Wei, S.G. Lukishova, Sh.H. Chen, K. Schwertz, R.W. Boyd. Enhanced laser performance of cholesteric liquid crystals doped with oligofluorene dye. J. Opt. Soc. Am. B 25, 1496 (2008). https://doi.org/10.1364/JOSAB.25.001496
I.P. Ilchishin, E.A. Tikhonov, M.T. Shpak. Damage to the planar texture of absorbing cholesteric liquid crystals by pulsed laser radiation. Sov. J. Quant. Electron. 17, 1567 (1987). https://doi.org/10.1070/QE1987v017n12ABEH011289
V.A. Belyakov, S.V. Semenov. Optical defect modes in chiral liquid crystals. JETP 112, 694 (2011). https://doi.org/10.1134/S1063776111030022
V.I. Kopp, Z.Q. Zang, A.Z. Genack. Lasing in chiral photonics structures. Progr. Quant. Electron. 27, 369 (2003). https://doi.org/10.1016/S0079-6727(03)00003-X
G.E. Nevskaya, S.P. Palto, M.G. Tomilin. Microlasers on liquid crystals.Sov. J. Opt. Techn. 77, 13 (2010). https://doi.org/10.1364/JOT.77.000473
R. Bartolino, L.M. Blinov. Liquid crystal microlasers (introductory notes). In: Liquid Crystal Microlasers. Edited by L.M. Blinov, R.Bartolino (Transworld Research Network, 2010), p. 1.
I.P. Ilchishin, E.A. Tikhonov. Dye-doped cholesteric lasers: Distributed feedback and photonic band gap lasing models. Progr. Quant. Electron. 41, 1 (2015). https://doi.org/10.1016/j.pquantelec.2015.02.001
E.A. Tikhonov, I.P. Ilchishin. Resonance nonlinear optical properties of dye- doped liquid crystals under pulse excitation: Insight into early experiments. J. Mol. Liq. 267, 73 (2018). https://doi.org/10.1016/j.molliq.2018.02.070
H. Kogelnik, S.V. Shank. Coupled-wave theory of distributed feedback lasers. J. Appl. Phys. 43, 2327 (1972). https://doi.org/10.1063/1.1661499
N.V. Kukhtarev. Cholesteric liquid crystal laser with distributed feedback. Sov. J. Quant. Electron. 8, 774 (1978). https://doi.org/10.1070/QE1978v008n06ABEH010397
H.P. Preiswerk, M. Lubanski, S. Gnepf , F.K. Kneubuhl. Group theory and realization of a helical distributed feedback laser. IEEE J. Quant. Electron. QE-19, 1452 (1983). https://doi.org/10.1109/JQE.1983.1072049
J.P. Dowling, M. Scalora, M.J. Bloemer, C.M. Bowden. The photonic band edge laser: A new approach to gain enhancement. J. Appl. Phys. 75, 1896 (1994). https://doi.org/10.1063/1.356336
V.I. Kopp, B. Fan, H.K.M. Vithana, A.Z. Genak. Low-threshold lasing at the edge of a photonic stop band in cholesteric liquid crystals. Opt. Lett. 23, 1707 (1998). https://doi.org/10.1364/OL.23.001707
Yu.V. Denisov, V.A. Kizel, E.P. Sukhenko. Investigation of ordering of the mesophase of cholesteric liquid crystals on basis of their optical parameters. Zh. ' Eksp. Teor. Fiz. 71, 679 (1976) (in Russian).
V.A. Kizel, S. I. Kudashev. Ordering mechanism in cholesteric liquid crystals. Zh. ' Eksp. Teor. Fiz. 72, 2180 (1977) (in Russian).
I.P. Ilchyshyn, E.A. Tikhonov, T.V. Mykytiuk. Spectral-beam features of radiation emitted by a cholesteric liquid crystal laser. Ukr. J. Phys. 63, 339 (2018). https://doi.org/10.15407/ujpe63.4.339
Downloads
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ліцензійний Договір
на використання Твору
м. Київ, Україна
Відповідальний автор та співавтори (надалі іменовані як Автор(и)) статті, яку він (вони) подають до Українського фізичного журналу, (надалі іменована як Твір) з одного боку та Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України в особі директора (надалі – Видавець) з іншого боку уклали даний Договір про таке:
1. Предмет договору.
Автор(и) надає(ють) Видавцю безоплатно невиключні права на використання Твору (наукового, технічного або іншого характеру) на умовах, визначених цим Договором.
2. Способи використання Твору.
2.1. Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору таким чином:
2.1.1. Використовувати Твір шляхом його видання в Українському фізичному журналі (далі – Видання) мовою оригіналу та в перекладі на англійську (погоджений Автором(ами) і Видавцем примірник Твору, прийнятого до друку, є невід’ємною частиною Ліцензійного договору).
2.1.2. Переробляти, адаптувати або іншим чином змінювати Твір за погодженням з Автором(ами).
2.1.3. Перекладати Твір у випадку, коли Твір викладений іншою мовою, ніж мова, якою передбачена публікація у Виданні.
2.2. Якщо Автор(и) виявить(лять) бажання використовувати Твір в інший спосіб, як то публікувати перекладену версію Твору (окрім випадку, зазначеного в п. 2.1.3 цього Договору); розміщувати повністю або частково в мережі Інтернет; публікувати Твір в інших, у тому числі іноземних, виданнях; включати Твір як складову частину інших збірників, антологій, енциклопедій тощо, то Автор(и) мають отримати на це письмовий дозвіл від Видавця.
3. Територія використання.
Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору способами, зазначеними у п.п. 2.1.1–2.1.3 цього Договору, на території України, а також право на розповсюдження Твору як невід’ємної складової частини Видання на території України та інших країн шляхом передплати, продажу та безоплатної передачі третій стороні.
4. Строк, на який надаються права.
4.1. Договір є чинним з дати підписання та діє протягом усього часу функціонування Видання.
5. Застереження.
5.1. Автор(и) заявляє(ють), що:
– він/вона є автором (співавтором) Твору;
– авторські права на даний Твір не передані іншій стороні;
– даний Твір не був раніше опублікований і не буде опублікований у будь-якому іншому виданні до публікації його Видавцем (див. також п. 2.2);
– Автор(и) не порушив(ли) права інтелектуальної власності інших осіб. Якщо у Творі наведені матеріали інших осіб за виключенням випадків цитування в обсязі, виправданому науковим, інформаційним або критичним характером Твору, використання таких матеріалів здійснене Автором(ами) з дотриманням норм міжнародного законодавства і законодавства України.
6. Реквізити і підписи сторін.
Видавець: Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України.
Адреса: м. Київ, вул. Метрологічна 14-б.
Автор: Електронний підпис від імені та за погодження всіх співавторів.
.png){kind=small}
