Theoretical seminar | 08 December 2021

Доклад посвящен генерации второй гармоники диэлектрическими наноструктурами. Получено аналитическое решение для сферических наночастиц, а также сформулированы простые мультипольные правила отбора, в том числе для наноструктур произвольной формы. Показано, как эта теория может быть применена для управления направленностью сигнала второй гамоники.
Далее исследована возможность существования нелинейного циркулярного дихроизма в димерах и других наноструктурах. Показано, как возможность существования дихроизма зависит от симметрии самой частицы и кристаллической решетки, а также их взаимной ориентации.

Main paper/arXiv, related to the seminar, and other references

1) Frizyuk, K., Volkovskaya, I., Smirnova, D., Poddubny, A., & Petrov, M. (2019). Second-harmonic generation in Mie-resonant dielectric nanoparticles made of noncentrosymmetric materials. Phys. Rev. B, 99(7), 075425. doi: 10.1103/PhysRevB.99.075425 https://arxiv.org/abs/1809.06456
2) K. Frizyuk, "Second-harmonic generation in dielectric nanoparticles with different symmetries," J. Opt. Soc. Am. B 36, F32-F37 (2019) (Editors' Pick) https://arxiv.org/abs/1812.02988
3) Saerens, G., Tang, I., Petrov, M. I., Frizyuk, K., Renaut, C., Timpu, F., ...Timofeeva, M. (2020). Engineering of the Second-Harmonic Emission Directionality with III–V Semiconductor Rod Nanoantennas. Laser Photonics Rev., 14(9), 2000028. doi: 10.1002/lpor.202000028
4) Renaut, C., Lang, L., Frizyuk, K., Timofeeva, M., Komissarenko, F. E., Mukhin, I. S., ...Grange, R. (2019). Reshaping the Second-Order Polar Response of Hybrid Metal–Dielectric Nanodimers. Nano Lett., 19(2), 877–884. doi: 10.1021/acs.nanolett.8b04089
5) Frizyuk, K., Melik-Gaykazyan, E., Choi, J.-H., Petrov, M. I., Park, H.-G., & Kivshar, Y. (2021). Nonlinear Circular Dichroism in Mie-Resonant Nanoparticle Dimers. Nano Lett., 21(10), 4381–4387. doi: 10.1021/acs.nanolett.1c01025 https://arxiv.org/abs/2103.10544

В докладе рассматривается влияние эффектов нарушения симметрии, в том числе спонтанного, на динамику одномерных оптических волноведущих систем с консервативной нелинейностью. В работе показано, что при возбуждении периодически модулированного оптического волновода нормально падающим когерентным излучением может происходить бифуркация спонтанного нарушения симметрии. Такое спонтанное нарушение симметрии есть следствие параметрического возбуждения BIC, в результате чего в системе формируется устойчивое пространственно-однородное гибридное состояние с ненулевым потоком энергии. В работе рассмотрено формирование и устойчивость доменных стенок, соединяющих пространственно-однородные состояния с разной симметрией. Исследовано формирование диссипативных щелевых солитонов, представляющих из себя связанные состояния таких доменных стенок. Кроме этого, в работе рассмотрена динамика активных оптических тримеров (систем из трёх связанных резонаторов), в которых реализуется режим BIC. Показано, что в этом случае наличие кубической консервативной нелинейности также может приводить к спонтанному нарушению симметрии и формированию как не зависящих от времени, так и периодически осциллирующих состояний. Рассмотрено взаимодействие таких тримеров через моды линейного волновода. Показано, что в этом случае происходит вторичная бифуркация спонтанного нарушения симметрии, в результате которой возникает доминирующее направление распространения излучения в волноводе. Кроме того, рассмотрена динамика нелинейного активного волновода с периодическим комплексным потенциалом. Показано, что в такой системе также может происходить бифуркация спонтанного нарушения симметрии, в результате которого формируются однородные стационарные состояния с ненулевым потоком энергии. Рассмотрено формирование диссипативных структур в таких системах и влияние на их динамику сдвига фазы между действительной и мнимой частями периодического потенциала. Также исследована задача взаимодействия локализованных волн с частицами, находящимися на поверхности волновода. Исследован захват таких частиц доменными стенками, распространяющимися в волноводе. Показано, что бигармоническая накачка, разрушающая временную симметрию, позволяет управлять движением доменных стенок и, следовательно, движением частиц.

Main paper/arXiv, related to the seminar, and other references

1. D. Dolinina, and A. Yulin, “Spontaneous symmetry breaking of nonlinear states in optical cavities with radiative losses”, Optics Letters, 45(13), 3781-3784, (2020).
2. D. Dolinina, and A. Yulin, “Dissipative switching waves and solitons in the systems with spontaneously broken symmetry”, Physical Review E, 103(5), 052207, (2021).
3. D. Dolinina, and A. Yulin, “Interactions of the solitons in periodic driven-dissipative systems supporting quasibound states in the continuum”, Physical Review E, 104 (5), 054214, (2021).