In this work, we considered the evolution of extremely short optical pulses in a photonic crystal of semiconductor carbon nanotubes placed in an external pumping field. The possibility of stable propagation of electromagnetic pulses under conditions of a pumping and damping field, due to the balance of dissipative forces and an external field, is shown. The stability of the shape of an extremely short optical pulse at long times is demonstrated with a change in various parameters of the medium, such as the period of inhomogeneity of carbon nanotubes in a photonic crystal and the modulation depth of the refractive index.

Рассмотрена теоретическая задача о динамике распространения предельно коротких оптических импульсов (световых пуль) в среде с неоднородной плотностью углеродных нанотрубок. Показано, что световые пули распространяются стабильно и устойчиво. DOI: 10.21883/FTT.2018.02.45392.025 ВведениеДвумерные предельно короткие оптические импульсы (световые пули) привлекают наибольшее внимание сре-ди нелинейных оптических явлений. Не стоит также за-бывать о важности практических приложений изучения их динамики в системах оптических вычислений [1].В линейных средах световые пули неустойчивы вслед-ствие их уширения в силу дисперсии. В свою очередь, для стабильного существования световых пуль требу-ется нелинейная среда, в которой эффекты, связанные с дисперсией, восполнялись бы нелинейными эффекта-ми [2][3][4].В последнее время в качестве такой среды рассмат-риваются углеродные нанотрубками (УНТ), являющиеся уникальным строительным блоком в современной нано-электронике и также средой для образования световых пуль, в которой нелинейность обусловлена непараболич-ностью закона дисперсии электронов в нанотрубках и их взаимодействием с полем светового импульса [5][6][7]. Подобной теме посвящено много работ [8][9][10], но про-блема состоит в том, что в однородной среде углеродных нанотрубок скорость распространения световых пуль определяется исключительно показателем преломления среды, и она не может быть изменена в довольно широ-ких пределах. Решением такого рода проблемы может послужить модуляция показателя преломления среды, тем самым сформировав так называемую неоднородную среду. В этом случае удастся управлять скоростью световой пули в среде такого рода. [11][12][13].В большинстве работ рассматривается среда, содер-жащая УНТ и модулированный показатель преломления одновременно, что в свою очередь вызывает некото-рые практические трудности в создании таких сред. Оптимальным является способ получения сред, в кото-рых распределение УНТ неоднородное, что приводит к возникновению пространственной модуляции показателя преломления, а вместе с этим и изменению скорости распространения импульсов, которая позволит управ-лять временем задержки.Важность практического применения, а также приве-денные выше соображения и послужили стимулом для написания данной статьи. Постановка задачиВ рассматриваемой задаче будут использоваться сле-дующие основные приближения. Во-первых, не учиты-вается дифракционное расплывание лазерного пучка в направлении вдоль оси УНТ. Строго говоря, это явля-ется не приближением, а требованием, чтобы волновой фронт импульса в заданном направлении был плоским. Иными словами, это требование к характерному мас-штабу неоднородности вдоль оси УНТ. Так, если мы рассматриваем задачу на временах порядка 10 ps, то ха-рактерная длина пробега импульса будет порядка 3 mm. Из соотношения для дифракционной длины получаем что характерный масштаб неоднородности должен быть больше 0.1 mm, что легко достижимо на практике. Оси нанотрубок считаем параллельными друг другу и парал-лельными оси z . Во-вторых, не учитывается электриче-ское поле ...

The problem of the propagation dynamics of three-dimensional ultimately short optical pulses in an optical cavity in a periodically inhomogeneous medium of oriented carbon nanotubes is considered. It is shown numerically that such pulses demonstrate stable and sustainable propagation. In addition, it is shown that one can control for the pulse propagation rate and modify the pulse shape by varying parameters of the inhomogeneous medium.

No abstract

The propagation of three-dimensional extremely short optical pulses (light bullets) with a Bessel cross section in a medium of carbon nanotubes placed in an optical resonator is considered. As a result of numerical calculations, it was found that such pulses propagate stably with conservation of energy in a limited region of space, including at large times of the order of 100 ps. Key words: extremely short optical pulses, nonlinear medium, light bullets, carbon nanotubes.