Взаимодействие ультракоротких импульсов света с ансамблем квантовых V-излучателей
DOI:
https://doi.org/10.33910/2687-153X-2026-7-1-45-53Ключевые слова:
2D-сверхрешётка, суперкристалл, метаповерхность, трёхуровневые квантовые излучатели, квантовые точки, автоколебания, V-схема, взаимодействие импульсов света с двумерными кристаллами, генерация оптических импульсов, фазовая релаксацияАннотация
Проводится теоретическое исследование оптического отклика 2D суперкристалла квантовых излучателей с дублетом в возбужденном состоянии (V-излучателей) на воздействие монохроматического внешнего поля в виде гауссовского импульса поля. Изучена динамика отклика в зависимости от площади входного поля. Показано, что импульсы воздействующего на суперкристалл поля приводят к генерации одиночных, двойных, тройных и цуга импульсов с длительностями в десятки раз меньшими, чем длительность возбуждающих импульсов поля. Показано, что генерация одиночных ультракоротких импульсов не зависит от величины возбуждения населенностей и может реализоваться и при наличии фазовой релаксации. Рассмотренные свойства и эффекты оптического отклика суперкристалла позволяют надеяться, что данная система может оказаться перспективной для приложений в области нанофотоники и квантовых вычислений.
Библиографические ссылки
Abragam, A. (1963) The Principles of Nuclear Magnetism. Oxford: Clarendon Press, 599 p. (In English)
Arkhipov, R. M., Rozanov, N. N. (2021) Generation of extremely short pulses of terahertz radiation based on superradiation of a three-level resonant medium. Optics and Spectroscopy, 129 (3), 289–296. https://doi.org/10.21883/OS.2021.03.50659.274-20 (In Russian)
Baimuratov, A. S., Rukhlenko, I. D., Turkov, V. K. et al. (2013) Quantum-dot supercrystals for future nanophotonics. Scientific reports, 3, 1727. https://doi.org/10.1038/srep01727 (In English)
Basharov, A. (1988) Thin film of two-level atoms: A simple model of optical bistability and self-pulsation. Journal of Experimental and Theoretical Physics, 67 (9), 1741 (In English)
Basov, N. G., Letokhov, V. S. (1965) Propagation of a light pulse in an environment with an inversion. Optics and Spectroscopy, 18, 1042–1046. (In Russian)
Bayramdurdiyev, D. Ya., Malikov, R. F., Ryzhov, I. V., Malyshev, V. A. (2020) Nonlinear optical dynamics and high reflectance of a monolayer of three-level quantum emitters with a doublet in the excited state. Zhurnal Eksperimental’noj i Teoreticheskoj Fiziki, 158, 2 (8), 269–281. https://doi.org/10.31857/S0044451020080040 (In Russian)
Bekenstein, R., Pikovski, I., Pichler, H. et al. (2020) Quantum metasurfaces with atom arrays. Nature Physics, 16 (6), 676–681. https://doi.org/10.1038/s41567-020-0845-5 (In English)
Bloch, F. (1946) Nuclear Induction. Physical Review, 70, 460. https://doi.org/10.1103/PhysRev.70.460 (In English)
Boneschanscher, M. P., Evers, W. H., Geuchies, J. J. et al. (2014) Long-range orientation and atomic attachment of nanocrystals in 2D honeycomb superlattices. Science, 344 (6190), 1377–1380. https://doi.org/10.1126/science.1252642 (In English)
Bonifacio, R., Lugiato, L. A. (1975a) Cooperative radiation processes in two-level systems: Superfluorescence. Physical Review A, 11 (5), 1507–1521. https://doi.org/10.1103/PhysRevA.11.1507 (In English)
Bonifacio, R., Lugiato, L. A. (1975b) Cooperative radiation processes in two-level systems: Superfluorescence. II. Physical Review A, 12 (2), 587–598. https://doi.org/10.1103/PhysRevA.12.587 (In English)
Bonifacio, R., Schwendimann, P., Haake, F. (1971) Quantum statistical theory of superradiance. II. Physical Review A, 4, 302. https://doi.org/10.1103/PhysRevA.4.854 (In English)
Brewer, R. G., Shoemaker, R. L. (1971) Photo Echo and Optical Nutation in Molecules. Physical Review Letters, 27, 631–634. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.27.631 (In English)
Castro Neto, A. H., Guinea, F., Peres, N. M. R. et al. (2009) The electronic properties of grapheme. Reviews of Modern Physics, 81 (1), 109–162. https://doi.org/10.1103/RevModPhys.81.109 (In English)
Dicke, R. H. (1954) Coherence in Spontaneous Radiation Processes. Physical Review, 93, 99–110. https://doi.org/10.1103/PhysRev.93.99 (In English)
Ding, F., Bozhevolnyi, S. I. (2023) Advances in quantum meta-optics. Materials Today, 71 (1), 63–72. https://doi.org/10.1016/j.mattod.2023.07.021 (In English)
Efros, Al. L., Rosen, M., Kuno, M. et al. (1996) Band-edge exciton in quantum dots of semiconductors with degenerate valence band: dark and bright exciton states. Physical Review B, 54 (7), 4843–4856. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.54.4843 (In English)
Frantz, L. M., Nodvik, J. S. (1963). Theory of pulse propagation in laser amplifier. Journal of Applied Physics, 34, 2346–2349. https://doi.org/10.1063/1.1702744 (In English)
Hope, F. A., Scully, M. O. (1969) Theory of an inhomogeneously broadened laser amplifier. Physical Review, 179, 339. https://doi.org/10.1103/PhysRev.179.399 (In English)
Icsevgi, A., Lamb, W. E. (1969) Propagation of light pulses in a laser amplifier. Physical Review, 185, 517. https://doi.org/10.1103/PhysRev.185.517 (In English)
Kasapi, A., Jain, M., Yin, G. Y., Harris, S. E. (1995) Electromagnetically induced transparency: Propagation dynamics. Physical Review Letters, 74 (13), 2447–2450. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.74.2447 (In English)
Kopvillem, U. H., Nagibarov, V. R. (1963) Light echo on paramagnetic crystals. Fizika metallov i metallovedenie, 15 (2), 313–315. (In Russian)
Kryukov, P. G., Letokhov, V. S. (1970) Propagation of a Light pulse in a Resonantly amplifying (absorbing) medium. Uspekhi Fizicheskikh Nauk, 12, 641–672. https://doi.org/10.3367/UFNr.0099.196910a.0169 (In Russian)
Kurnit, N. A., Abella, I. D., Hartmann, S. R. (1964) Observation of a Photon echo. Physical Review Letters, 13, 567–568. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.13.567 (In English)
Malikov, R. F., Malyshev, V. A. (2017) Optical bistability and hysteresis of a thin layer of resonant emitters: interplay of inhomogeneous broadening of the absorption line and the Lorentz local field. Optics and Spectroscopy, 122 (6), 955–963. https://doi.org/10.1134/S0030400X17060121 (In English)
Malikov, R. F., Malyshev, V. A. (2025) Optical dynamics of an ensemble of quantum emitters. Sankt Petersburg: Lan’ Publ., 320 p. (In Russian)
Marangos, J. P. (1998) Electromagnetically induced transparency. Journal of Modern Optics, 45 (3), 471–503. https://doi.org/10.1080/09500349808231909 (In English)
McCall, S. L., Hahn, E. L. (1967) Self-Induced Transparency by Pulsed Coherent Light. Physical Review Letters, 18, 908–911. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.18.908 (In English)
Novoselov, K. S., Geim, A. K., Morozov, S. V. et al. (2004) Electric field effect in atomically thin carbon films. Science, 306, 666–669. https://doi.org/10.1126/science.1102896 (In English)
Ryzhov, I. V., Malikov, R. F., Malyshev, A. V., Malyshev, V. A. (2021) Quantum metasurfaces of arrays of Λ-emitters for photonic nano-devices. Journal of Optics, 23 (11), 115102. https://doi.org/10.1088/2040-8986/ac2788 (In English)
Ryzhov, I. V., Malikov, R. F., Malyshev, A. V., Malyshev, V. A. (2019) Nonlinear optical response of a two-dimensional quantum-dot supercrystal: Emerging multistability, periodic and aperiodic self-oscillations, chaos, and transient chaos. Physical Review A, 100 (3), 033820. https://doi.org/10.1103/PhysRevA.100.033820 (In English)
Solntsev, A. S., Agarwal, G. S., Kivshar, Y. S. (2021) Metasurfaces for quantum photonics. Nature Photonics, 15 (5), 327–336. https://doi.org/10.1038/s41566-021-00793-z (In English)
Soukoulis, C. M., Wegener, M. (2010) Optical metamaterials-More bulky and less lossy. Science, 330 (6011), 1633–1634. https://doi.org/10.1126/science.1198858 (In English)
Timoshchenko, E. V. (2023) Modeling of nonlinear dynamics of the material response of dense optical layers to resonant radiation. Mogilev: Mogilev state A. Kuleshov University Publ., 236 p. (In Russian)
Trifonov, E. D., Zaitsev, A. I., Malikov, R. F. (1979) Superradiance of an extended system. Zhurnal eksperimentalnoj i teoreticheskoj fiziki, 76 (1), 65–75. (In Russian)
Varnavskii, O. P., Kirkin, A. N., Leontovich, R. F. et al. (1984) Coherent amplification of ultrashort pulses in activated crystals. Zhurnal eksperimentalnoj i teoreticheskoj fiziki, 86 (4), 1227–1239. (In Russian)
Vlasov, R. A., Lemeza, A. M., Gladush, M. G. (2013) Resonance Fluorescence of optically dense ensembles of three-level resonant centers under conditions of energy-level population auto-oscillations. Journal of Applied Spectroscopy, 80 (3), 698–706. https://doi.org/10.1007/s10812-013-9829-x (In English)
Zheludev, N. I. (2010) The road ahead for metamaterials. Science, 328 (5978), 582–583. https://doi.org/10.1126/science.1186756 (In English)
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2026 Давут Язмуратович Байрамдурдыев, Рамиль Фарукович Маликов
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
Авторы предоставляют материалы на условиях публичной оферты и лицензии CC BY 4.0. Эта лицензия позволяет неограниченному кругу лиц копировать и распространять материал на любом носителе и в любом формате в любых целях, делать ремиксы, видоизменять, и создавать новое, опираясь на этот материал в любых целях, включая коммерческие.
Данная лицензия сохраняет за автором права на статью, но разрешает другим свободно распространять, использовать и адаптировать работу при обязательном условии указания авторства. Пользователи должны предоставить корректную ссылку на оригинальную публикацию в нашем журнале, указать имена авторов и отметить факт внесения изменений (если таковые были).
Авторские права сохраняются за авторами. Лицензия CC BY 4.0 не передает права третьим лицам, а лишь предоставляет пользователям заранее данное разрешение на использование при соблюдении условия атрибуции. Любое использование будет происходить на условиях этой лицензии. Право на номер журнала как составное произведение принадлежит издателю.
