SVETOVOY KONTROL' RASPREDELENIYa NANOChASTITs V KOLLOIDAKh S USILENIEM I POGLOShchENIEM

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Изучается воздействие света на композитную систему, которая представляет собой сбалансированный по поглощению/усилению коллоидный раствор поглощающих наночастиц в усиливающей жидкости. Рассмотрена модель плоского слоя коллоида, на который по нормали падает плоская (TEM) электромагнитная волна. Совместное действие стрикции и силы увлечения (сила, возникающая вследствие передачи поглощающим частицам импульса фотонов) вызывает пространственное перераспределение концентрации частиц, в результате чего локальный баланс поглощения и усиления в слое нарушается, и выделяются пространственные области, в которых происходит усиление и поглощение света. Показано, что в зависимости от интенсивности падающего излучения могут реализоваться как плавные, так и почти ступенчатые профили концентрации наночастиц. Соответствующие распределения эффективной диэлектрической проницаемости коллоида обладают PT (Parity-Time)-симметрией (отвечает условию ε(z) = ε∗(−z)) при малой интенсивности поля накачки, но отличаются от PT-симметричных распределений при умеренных и высоких интенсивностях. Создание контролируемого профиля локального усиления и поглощения света может служить платформой для изучения специфических неэрмитовых оптических эффектов, а также расширяет возможности оптической диагностики распределения наночастиц в коллоидных растворах со скомпенсированным поглощением.

About the authors

A. A. Zharov

Институт физики микроструктур Российской академии наук

Нижний Новгород, Россия

N. A. Zharova

Институт прикладной физики Российской академии наук

Email: zhani@appl.sci-nnov.ru
Нижний Новгород, Россия

References

  1. R. El-Ganainy, K. G. Makris, M. Khajavikhan et al., Non-Hermitian Physics and Pt Symmetry, Nature Phys. 14, 11 (2018).
  2. C. M. Bender and S. Boettcher, Real Spectra in Non-Hermitian Hamiltonians Having Pt Symmetry, Phys. Rev. Lett. 80, 5243 (1998).
  3. А. А. Зябловский, А. П. Виноградов, А. А. Пухов, А. В. Дорофеенко, А. А. Лисянский, PT-симметрия в оптике, УФН 184, 1177 (2014) [A. A. Zyablovsky, A. P. Vinogradov, A. A. Pukhov, A. V. Dorofeenko, and A. A. Lisyansky, Pt-Symmetry in Optics, Phys. Uspekhi 57, 1063 (2014)].
  4. W. D. Heiss, J. Phys. A 37, 2455 (2004).
  5. Y. D. Chong, L. Ge, and A. D. Stone, Pt-Symmetry Breaking and Laser-Absorber Modes in Optical Scattering Systems, Phys. Rev. Lett. 106, 093902 (2011).
  6. Z. J. Wong, J. Kim, K. O’Brien, Y. Wang, L. Fencs, and X. Zhang, Lasing and Anti-Lasing in a Single Cavity, Nature Photon. 10, 796 (2016).
  7. X. Zhu, L. Feng, P. Zhang, X. Yin, and X. Zhang, One-Way Invisible Cloak Using ParityTime Symmetric Transformation Optics, Opt. Lett. 38, 2821 (2013).
  8. W. Chen, S. K. Ozdemir, G. Zhao, J. Wiersig, and L. Yang, Exceptional Points Enhance Sensing in an Optical Microcavity, Nature 548, 192 (2017).
  9. M. A. Noginov, G. Zhu, A. M. Belgrave, R. Bakker, V. M. Shalaev, E. E. Narimanov, S. Stout, E. Herz, T. Suteewong, and U. Wiesner, Demonstration of a Spacer-Based Nanolasers, Nature Lett. 460, 1110 (2009).
  10. Y. Wu, Zh. Huang, Qi Sun, V. D. Ta, S. Wang, and Y. Wang, A New Generation of Liquid Lasers from Engineered Semiconductor Nanocrystals with Giant Optical Gain, Laser Photon. Rev. 17, 2200703 (2023).
  11. A. A. Zharov and N. A. Zharova, Light-Driven Pt-Symmetry in Colloids with Gain and Loss Nanoparticles, J. Opt. Soc. Am. B 40, 2618 (2023).
  12. D. Gao, R. Shi, Y. Huang, and L. Gao, Fano-Enhanced Pulling and Pushing Optical Forces on Active Nanoparticles, Phys. Rev. A 96, 043826 (2017).
  13. H. Chen, L. Gao, C. Zhong, G. Yuan, Y. Huang, Z. Yu, M. Cao, and M. Wang, Optical Pulling Force on Nonlinear Nanoparticles with Gain, AIP Advances 10, 015131 (2020).
  14. X. Bian, D. L. Gao, and L. Gao, Tailoring Optical Pulling Force on Gain Coated Nanoparticles with Nonlocal Effective Medium Theory, Opt. Express 25, 24566 (2017).
  15. Y. Wu, Z. Huang, Q. Sun, V. D. Ta, S. Wang, and Y. Wang, A New Generation of Liquid Lasers from Engineered Semiconductor Nanocrystals with Giant Optical Gain, Laser Photon. Rev. 17, 2200703 (2023).
  16. B. Yang, H. Sun, C.-J. Huang, H.-Y. Wang, Y. Deng, H.-N. Dai, Z.-S. Yuan, and J.-W. Pan, Cooling and Entangling Ultracold Atoms in Optical Lattices, Science 369, 550 (2020).
  17. H. Xin, Y. Li, Y.-C. Liu, Y. Zhang, Y.-F. Xiao, and B. Li, Optical Forces: from Fundamental to Biological Applications, Adv. Mater. 32, 2001994 (2020).
  18. A. A. Zharov, Jr., A. A. Zharov, I. V. Shadrivov, and N. A. Zharova, Grading Plasmonic Nanoparticles with Light, Phys. Rev. A 93, 013814 (2016).
  19. Х. Гиббс, Оптическая бистабильность. Управление светом с помощью света, Мир, Москва (1988).
  20. Y. D. Chong, Li Ge, and A. D. Stone, Pt-Symmetry Breaking and Laser-Absorber Modes in Optical Scattering Systems, Phys. Rev. Lett. 106, 093902 (2011).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences