Проект направлен на решение фундаментальных проблем физики неравновесных состояний, связанных с описанием процессов формирования и кинетики микро- и нано-структур при фазовых превращениях, в частности, на изучение эволюции доменной структуры в сегнетоэлектриках в пространственно-неоднородном электрическом поле при сильном отклонении от равновесных условий переключения поляризации. С точки зрения физики сегнетоэлектриков проект направлен на детальное исследование эволюции доменной структуры при локальном переключении в тонких монокристаллических пленках конгруэнтного ниобата лития, полученных методом ионного скалывания. Данное исследование позволит получить новую информацию о прорастании в полярном направлении доменов с заряженными доменными стенками в тонких кристаллах одноосных сегнетоэлектриков и выявить роль домен-доменного взаимодействия при создании регулярных доменных структур с субмикронными периодами. С точки зрения нелинейной оптики проект позволит получить новые экспериментальные данные по теоретически предсказанной, но практически не наблюдавшейся параметрической генерации света обратной волны. Решение указанной фундаментальной научной проблемы имеет широкое прикладное значение. Изготовление нелинейно-оптических материалов с регулярными доменными структурами (РДС) позволит разработать новые когерентные источники света с преобразованием частоты излучения. Особый интерес представляет создание РДС в оптических волноводах для устройств интегральной оптики. В этом случае значительно увеличенная, по сравнению с объемными кристаллами, плотность мощности излучения накачки приводит к существенному возрастанию эффективности нелинейно-оптического преобразования. Создание гребневых волноводов со скачком показателя преломления более 0,5 позволит осуществлять перестройку нелинейно-оптического преобразования не только за счет температуры, но и за счет изменения модового состава излучения накачки. Разработка технологии создания гребневых волноводов с помощью прецизионной резки позволит получить волноводы с потерями порядка 1 дБ/см. Проводимое исследование будет способствовать развитию инновационного потенциала Свердловской области. Создание регулярных доменных структур с субмикронными периодами позволит продемонстрировать параметрическую генерацию обратной волны в гребневых волноводах с регулярной доменной структурой. Данный тип преобразования может быть использован: (1) в квантовой коммуникации для создания высокоэффективных источников связанных фотонов и однофотонных источников, (2) в телекоммуникации для изготовления высокоэффективных одноканальных преобразователей и (3) в спектроскопии для получения новых источников лазерного излучения без резонатора. В ходе выполнения проекта будут получены следующие основные результаты. Будут выявлены закономерности кинетики доменной структуры в монокристаллических пленках ниобата лития (LN) с ориентацией (100) и (001) при локальном переключении поляризации неоднородным электрическим полем, создаваемым проводящим зондом сканирующего зондового микроскопа. Будут разработаны методы визуализации доменной структуры в монокристаллических пленках LN с использованием сканирующей зондовой и сканирующей электронной микроскопии. Будут исследованы особенности формирования полосовых доменов при локальном переключении монокристаллических тонких пленок LN. Будут выявлены закономерности взаимодействия полосовых доменов при формировании периодической структуры в монокристаллических тонких пленках LN. Будут разработаны методы создания гребневых волноводов в тонких пленках LN с регулярной полосовой доменной структурой. Будут рассчитаны требуемые периоды и зависимости длины волны генерации от длины волны накачки и температуры для параметрической генерации обратной волны и генерации второй гармоники в тонких пленках с волноводами с регулярной полосовой доменной структурой. Будут измерены величины оптических потерь в волноводах в тонких пленках LN. Будут выявлены закономерности параметрической генерации обратной волны и генерации второй гармоники в тонких монокристаллических пленках LN с волноводами с регулярной полосовой доменной структурой с субмикронными периодами. Будут выработаны рекомендации по созданию регулярных доменных структур с субмикронными периодами для нелинейно-оптических преобразований в гребневых волноводах. Научная значимость ожидаемых результатов обусловлена их непосредственной связью с общими вопросами кинетики фазовых превращений, динамики зародышеобразования, стабильности фазовых границ и возникновения регулярных структур. Таким образом, проводимые исследования направлены на создание научных основ технологий, которые позволят в существенной степени развить методы доменной инженерии для создания устройств интегральной оптики, и, как результат, получить субмикронные РДС. Ожидается, что гребневые волноводы с регулярными доменными структурами в тонких монокристаллических пленках LN могут превзойти существующие виды протон-обменных волноводов при создании надежных и эффективных нелинейно-оптических волноводов.
