Наука->Теоретическая оптика

Теоретическая оптика - одно из первых направлений на кафедре теоретической физики. Ее развитие связано с трудами основателя кафедры академика Ф.И. Федорова. Исторически теоретическая оптика занимается проблемами распространения электромагнитных волн в анизотропных и гиротропных средах.

Для изучения разнообразных проблем электродинамики разработаны математические методы, основными из которых являются

1. созданный Ф.И. Федоровым ковариантный (инвариантный) метод, позволивший свести сложные соотношения оптики и акустики к компактным выражениям, выразить физические величины через инварианты тензоров, ввести тензор пучка для описания частично-поляризованных пучков, предсказать боковое смещение пучка при полном внутреннем отражении (спиновый эффект Холла для света);

[1] Ф.И. Федоров, Оптика анизотропных сред, Мн.: Изд-во АН БССР, 1959.
[2] Ф.И. Федоров, Теория гиротропии, Мн.: Наука и техника, 1976.
[3] Ф.И. Федоров, В.В. Филиппов, Отражение и преломление света прозрачными кристаллами, Мн.: Наука и техника, 1976.
[4] Ф.И. Федоров, К теории полного отражения, Докл. АН СССР, т. 105, N3, с. 465-468 (1955).
[5] K.Y. Bliokh et al, Geometrodynamics of spinning light, Nature Photonics, vol. 2, p. 748-753 (2008).

2. разработанный Л.М. Барковским, Г.Н. Борздовым, В.В. Жилко, А.Н. Борздовым и др. операторный метод решения различного рода граничных задач электродинамики плоскослоистых сред, таких как расчет коэффициентов отражения и пропускания многослойных систем и анализ мод волноводов. В рамках операторного метода вводятся тензорные обобщения показателей преломления, импедансов, эйконала, скоростей волн;

 

[1] Л.М. Барковский, А.Н. Фурс, Операторные методы описания оптических полей в сложных средах, Мн.: Беларуская навука, 2003;
Л.М. Барковский, А.Н. Фурс, Поляризованные волны в сложных средах, Мн.: БГУ, 2002.
[2] L.M. Barkovskii, G.N. Borzdov, A.V. Lavrinenko, Fresnel’s reflection and transmission operators for stratified gyroanisotropic media, J. Phys. A, vol. 20, p. 1095-1106 (1987).
[3] L.M. Barkovskii, G.N. Borzdov, F.I. Fedorov, Evolution operators in the electromagnetics of spatially dispersive media, J. Mod. Opt., vol. 37, p. 85-97 (1990).
[4] Г.Н. Борздов, Эволюционные операторы электромагнитных волн в кристаллах, Кристаллография, т. 35, N3, с. 535-558 (1990).
[5] G.N. Borzdov, Frequency domain wave-splitting techniques, J. Math. Phys., vol. 38, p. 6328-6366 (1997).
[6] L.M. Barkovsky, G.N. Borzdov, V.V. Zhilko, A.V. Lavrinenko, A. N. Borzdov, F.I. Fedorov, Yu. E. Kamach, The impedance operator method for calculation of electro-optic systems for control laser radiation. I: Basic Theory. J. Phys. D: Appl. Phys., V. 29. p. 289-292 (1996).
L.M. Barkovsky, G.N. Borzdov, V.V. Zhilko, A.V. Lavrinenko, A. N. Borzdov, F.I. Fedorov, Yu. E. Kamach, The impedance operator method for calculation of electro-optic systems for control laser radiation. II: Mathematical modelling. J. Phys. D: Appl. Phys., V. 29. p. 293-299 (1996).
L.M. Barkovsky, G.N. Borzdov, V.V. Zhilko, A.V. Lavrinenko, A. N. Borzdov, F.I. Fedorov, Yu. E. Kamach, The impedance operator method for calculation of electro-optic systems for control laser radiation. III: Some application. J. Phys. D: Appl. Phys., V. 29. p. 300-306 (1996).

3. предложенный А.Н. Фурсом новый интегральный формализм для расчета характеристик поверхностных волн на границах раздела сложных сред, включая так называемые бездисперсионные поляритоны (волны Дьяконова).

[1] A.N. Furs, L.M. Barkovsky, Integral formalism for surface polaritons at the boundary between two anisotropic media, Microwave and Optical Technology Letters, vol. 14, p. 301-305 (1997).
[2] A.N. Furs, L.M. Barkovsky, General existence conditions for polaritons in anisotropic, superconductive and isotropic systems, J. Opt. A: Pure Appl. Opt., vol. 1, p. 109–115 (1999).
[3] A.N. Furs, Surface electromagnetic waves in 1D optically active photonic crystals, J. Opt., vol. 11, p. 055103 (2011).

Современные области применения методов: оптика волновых пучков, метаматериалы, трансформационная оптика, теория рассеяния и оптических сил, интегральная оптика. 

[1] G.N. Borzdov, Plane-wave superpositions defined by orthonormal scalar functions on two- and three-dimensional manifolds, Physical Review E, vol. 61, p. 4462-4478 (2000).
[2] G.N. Borzdov, Localized electromagnetic and weak gravitational field in source-free space, Physical Review E, vol. 63, 036606 (2001).
[3] A.V. Novitsky, D.V. Novitsky, Negative propagation of vector Bessel beams, Journal of Optical Society of America A, vol. 24, p. 2844–2849 (2007).
[4] A.V. Novitsky, D.V. Novitsky, Nonparaxial Airy beams: role of evanescent waves, Optics Letters, vol. 34, p. 3430–3432 (2009).
[5] A.V. Novitsky, V.M. Galynsky, S.V. Zhukovsky, Asymmetric transmission in planar chiral split-ring metamaterials: Microscopic Lorentz-theory approach, Physical Review B, vol. 86, 075138 (2012).
[6] S.V. Zhukovsky, A.V. Novitsky, V.M. Galynsky, Elliptical dichroism: operating principle of planar chiral metamaterials, Optics Letters, vol. 13, p. 1988-1990 (2009).
[7] A.V. Novitsky, S.V. Zhukovsky, L.M. Barkovsky, A.V. Lavrinenko, Field approach in the transformation optics concept, Progress in Electromagnetics Research, vol. 129, p. 485–515 (2012).
[8] A. Novitsky, C.-W. Qiu, S. Zouhdi, Transformation-based spherical cloaks designed by an implicit transformation-independent method: theory and optimization, New Journal of Physics, vol. 11, 113001 (2009).
[9] A. Novitsky, C.-W. Qiu, H. Wang, Single Gradientless Light Beam Drags Particles as Tractor Beams, Physical Review Letters, vol. 107, 203601 (2011).
[10] A.V. Lavrinenko, V.V. Zhilko, D.N. Shyroki, Guided and leaky modes in magneto-optical sandwiches with ultrathin metal films, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, vol. 247, p. 171-177 (2002).