Влияние оптической анизотропии на распространение предельно коротких импульсов в полимерном композите с углеродными нанотрубками
С.В. Белибихин, Н.Н. Конобеева
ФГАОУ ВО «Волгоградский государственный университет»
DOI: 10.26456/pcascnn/2025.17.026
Оригинальная статья
Аннотация: В данной работе исследуется эволюция электромагнитных волн в оптически анизотропной среде с углеродными нанотрубками и полимерами. Актуальность работы обусловлена активным использованием подобных нанокомпозитов в современной нанофотонике и оптоэлектронике, где требуется управление световыми импульсами фемтосекундного диапазона. Основное внимание уделено влиянию анизотропии оптических свойств, которая возникает вследствие определенной ориентации углеродных нанотрубок в полимерной матрице. Данное явление существенно модифицирует нелинейный отклик среды. Система волновых уравнений на две компоненты векторного потенциала дополнена слагаемым, учитывающим влияние полимеров на предельно короткий оптический импульс. Установлены зависимости параметров выходного импульса от степени анизотропии и концентрации нанотрубок в композите. Показано, что за счет управления ориентацией углеродных нанотрубок можно целенаправленно влиять на параметры предельно короткого оптического импульса. Это открывает значительные перспективы для проектирования и
создания новых активных элементов, таких как сверхбыстрые оптические затворы, модуляторы, ограничители лазерного излучения и сенсоры, основанные на управляемых нелинейных свойствах материала.
Ключевые слова: углеродные нанотрубки, полимер, предельно короткие лазерные импульсы, оптическая анизотропия
- Белибихин Сергей Викторович – аспирант 4 года обучения кафедры судебной экспертизы и физического материаловедения, ФГАОУ ВО «Волгоградский государственный университет»
- Конобеева Наталия Николаевна – д.ф.-м.н., доцент, профессор кафедры информационных систем и компьютерного моделирования, ФГАОУ ВО «Волгоградский государственный университет»
Ссылка для цитирования:
Белибихин, С.В. Влияние оптической анизотропии на распространение предельно коротких импульсов в полимерном композите с углеродными нанотрубками / С.В. Белибихин, Н.Н. Конобеева // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. - 2025. - Вып. 17. - С. 026-033. DOI: 10.26456/pcascnn/2025.17.026. ⎘
Полный текст: загрузить PDF файл
Библиографический список:
1. Chini, M. The generation, characterization and applications of broadband isolated attosecond pulses / M. Chini, K. Zhao, Z. Chang // Nature Photonics. – 2014. – V. 8. – P. 178-186. DOI: 10.1038/NPHOTON.2013.362.
2. Carlson, D.R. Generating few-cycle pulses with integrated nonlinear photonics / D.R. Carlson, P. Hutchison, D.D. Hickstein, S.B. Papp // Optics Express. – 2019. – V. 27. – I. 26. – P. 37374-37382. DOI: 10.1364/OE.27.037374.
3. Архипов, Р.М. Генерация предельно коротких аттосекундных и терагерцовых импульсов на основе коллективного спонтанного излучения тонкой резонансной среды (Миниобзор) / Р.М. Архипов, М.В. Архипов, А.В. Пахомов и др. // Письма в журнал экспериментальной и технической физики. – 2021. – Т. 113. – Вып. 4. – С. 237-247. DOI: 10.31857/S1234567821040042.
4. Архипов, Р.М. Генерация предельно коротких импульсов терагерцового излучения на основе сверхизлучения трехуровневой резонансной среды / Р.М. Архипов, Н.Н. Розанов // Оптика и спектроскопия. – 2021. – Т. 129. – № 3. – С. 319-326. DOI: 10.21883/OS.2021.03.50659.274-20.
5. Sazonov, S.V. Few-cycle optical pulses in the gain media / S.V. Sazonov // Journal of Physics: Conference Series. – 2019. – V. 1283. – Art. № 012013. – 5 с. DOI: 10.1088/1742-6596/1283/1/012013.
6. Porras, M.A. General laws of the propagation of few-cycle optical pulses with orbital angular momentum in free space / M.A. Porras, R. García-Álvarez // Physical Review A. – 2020. – V. 102. – I. 3. – Art. № 033522. – 13 p. DOI: 10.1103/PhysRevA.102.033522.
7. Mihalache, D. Localized structures in optical and matter-wave media: a selection of recent studies / D. Mihalache // Romanian Reports in Physics. – 2021. – V. 73. – № 2. – Art. № 403. – 40 p.
8. Arkhipov, R.M. Population density gratings induced by few-cycle optical pulses in a resonant medium / R.M. Arkhipov, A.V. Pakhomov, M.V. Arkhipov et al. // Scientific Reports. – 2017. – V. 7. – Art. № 12467. – 21 p. DOI: 10.1038/s41598-017-12267-w.
9. Schwab, M.B. Few-cycle optical probe-pulse for investigation of relativistic laser-plasma interactions / M.B. Schwab, A. Sävert, O. Jäckel et al. // Applied Physics Letters. – 2013. – V. 103. – I. 19. – Art. № 191118. – 6 p. DOI: 10.1063/1.4829489.
10. Sazonov, S.V. Optical rectification and generation of harmonics under of propagation of few-cycle pulses in the birefringent medium with asymmetric molecules / S.V. Sazonov // Journal of Russian Laser Research. – 2018. – V. 39. – I. 3. – P. 252-262. DOI: 10.1007/S10946-018-9715-3.
11. Hofferber, E.M. Review – single walled carbon nanotubes as optical sensors for biological applications / E.M. Hofferber, J.A. Stapleton, N.M. Iverson // Journal of the Electrochemical Society. – 2020. – V. 167. – № 3. – Art. № 037530. – 9 p. DOI: 10.1149/1945-7111/ab64bf.
12. Zhigunov, D.M. Single-walled carbon nanotube membranes as non-reflective substrates for nanophotonic applications / D.M. Zhigunov, D.A. Shilkin, N.G Kokareva et al. // Nanotechnology. – 2021. – V. 32. – № 9. – Art. 095206. – 8 p. DOI: 10.1088/1361-6528/abcacc.
13. Konobeeva, N.N. Propagation of ultrashort optical pulses in anisotropic optical media with carbon nanotubes / N.N. Konobeeva, M.B. Belonenko // International Journal of Modern Physics B. – 2021. – V. 35. – № 19.– Art. № 2150197. – 8 p. DOI: 10.1142/S0217979221501976.
14. Дадашян, Л.Х. Предельно короткие импульсы в оптически анизотропной среде, содержащей углеродные нанотрубки с металлической проводимостью / Л.Х. Дадашян, Р.Р. Трофимов, Н.Н. Конобеева и др. // Оптика и спектроскопия. – 2022. – Т. 130. – Вып. 12. – С. 1861-1865. DOI: 10.21883/OS.2022.12.54092.49-22.
15. Конобеева, Н.Н. Распространение предельно коротких оптических импульсов в оптически анизотропной среде с примесными углеродными нанотрубками / Н.Н.Конобеева, М.Б. Белоненко // Известия российской академии наук. Серия физическая. – 2021. – Т. 85. – № 12. – С. 1706-1710. DOI: 10.31857/S0367676521120127
16. Moses, J.K. Carbon nanotubes and their polymer nanocomposites / J.K. Moses, A. Gangrade, B.B. Mandal // In: Nanomaterials and polymer nanocomposites. – Amsterdam: Elsevier, 2019. – Ch. 5. – P. 145-175. DOI: 10.1016/B978-0-12-814615-6.00005-9.
17. Матвеев, А.Н. Оптика / А.Н. Матвеев. – М.: Высшая школа, 1985. – 351 с.
18. Dresselhaus, M.S. Science of fullerenes and carbon nanotubes / M.S. Dresselhaus, G. Dresselhaus, P.C. Eklund. – San Diego: Academic Press, 1996. – xviii + 965 pp.
19. Zhukov, A.V. Three-dimensional electromagnetic breathers in carbon nanotubes with the field inhomogeneity along their axes / A.V. Zhukov, R. Bouffanais, E.G. Fedorov et al. // Journal of Applied Physics. – 2013. – V. 114. – I. 14. – Art. № 143106. – 7 p. DOI: 10.1063/1.4824370.
20. Belonenko, M.B. Electromagnetic solitons in a system of carbon nanotubes / M.B. Belonenko, E.V. Demushkina, N.G. Lebedev // Journal of Russian Laser Research. – 2006. – V. 27. – I. 5. – P. 457-465. DOI: 10.1007/s10946-006-0027-7.