Pēdējā desmitgadē pakāpeniski pieaug interese par augsta indeksa pusvadītāju nanodaļiņu ar zemiem zudumiem (piemēram, Si, TiO2) struktūru optiskajām īpašībām. To reakcija nepārtrauktās apstarošanas režīmā tika detalizēti pētīta, un tika iegūti daudzi jauni optiskie efekti, kas galvenokārt radās pateicoties spējai ierosināt gan elektriskos, gan magnētiskos daudzpolu momentus šādās daļiņās un gandrīz pilnīgai absorbcijas neesamībai. Pamatojoties uz atklātajām parādībām, tika izstrādātas vairākas ultraplānas optiskās sistēmas (apmēram vairākus desmitus nanometrus biezas). Šīs sistēmas nodrošina funkcionalitāti, kas nav sasniedzama ar tradicionālajām sistēmām. Neskatoties uz lielo zinātnieku grupu skaitu pasaulē, kas nodarbojas ar šāda veida pētījumiem, šī joma joprojām nebūt nav izsmelta un regulāri tiek papildināta ar jauniem atklājumiem. Visinteresantāk šķiet aplūkot to stāvokļu laika dinamiku, kas stacionārā režīmā ir neizkliedējoši (tumšie režīmi), un attiecīgi šādu daļiņu metavirsmas ir gandrīz pilnībā caurspīdīgas. Šajā promocijas darbā nanodaļiņas un metavirsmas anapola un hibrīdanapola stāvokļos (nesen atklātais stāvoklis ir aizsargāts līdzsvara stāvoklī gan no vides, gan substrāta, kura femtosekundes reakcija savukārt ir ļoti atkarīga no vides un substrāta) tiks pētītas teorētiski un eksperimentāli. Šie stāvokļi, līdzīgi kā stacionārajā režīmā, ir ar pilnīgi atšķirīgiem režīmu sastāviem un ļaus realizēt dažādu laika dinamiku un efektus. Pilnīgi atšķirīgu īpašību kombinācija nepārtrauktos un impulsa režīmos ļaus nākotnē izstrādāt jaunus optiskos elementus ar dubultu funkcionalitāti (piemēram, jauni ultraplāni atkārtošanās ātruma reizinātāji, gaismas filtri, modulatori, polarizatori u. c.), kas patlaban neeksistē. Promocijas darbs attiecas uz jauno un ārkārtīgi strauji attīstošo nanofotonikas jomu. Piemēram, saskaņā ar Scopus datubāzi ik gadu šajā jomā tiek publicēti vairāk nekā 1500 rakstu. Dielektriskās nanofotonikas lietojums ir ļoti daudzveidīgs, piemēram, viļņvadi, modulatori, virziena starojuma avoti un nanoantenas, detektori, maskēšanās un neredzamības ierīces, fāzes metavirsmas u. c. Dielektriskās nanofotonikas attīstība jau ir devusi iespēju izveidot dažādas metavirsmas, materiālus un metaierīces, kas realizē optisko staru vadību gandrīz bez zudumiem. Tomēr mūsdienās ir nepieciešami jauni ultraplāni fotoniskie elementi, kas spēj efektīvi vadīt ultraīsus lāzera impulsus, ko iepriekš minētās nanofotoniskās ierīces ar dažiem izņēmumiem nepieļauj. Promocijas darbs ir visaptverošs un ietver pilnu darba ciklu, sākot ar definēto problēmu teorētisku (analītisku un skaitlisku) izpēti, kas veikta ciešā sadarbībā ar eksperimentālu pārbaudi un kas ļāvusi pārbaudīt teorijas pareizību, vajadzības gadījumā veicot korekcijas, un beidzot ar prototipu testēšanu, kas vispilnīgāk demonstrē jaunās parādības, kurām veltīts šis pētījums. Konkrētāk, promocijas darbā teorētiski un eksperimentāli pētīti jauni efekti, kas saistīti ar ultraīsiem lāzera impulsiem uz pusvadītāju nanodaļiņām ar augstu indeksu (piemēram, Si, Ge) ar zemu absorbciju redzamajā diapazonā. Patlaban šī joma vēl nav pietiekami izpētīta. Īpašu interesi izraisa pārejošas dinamikas izpēte mijiedarbības laikā ar impulsiem nanodaļiņu stāvokļos, kas neizkliedē relatīvi nepārtrauktu starojumu, ko raksturo netriviāla režīma struktūra tuvajā laukā. Proti, pētījums ir veltīts anapolu un hibrīdanapolu stāvokļu laika dinamikas izpētei, kā arī šādu nanodaļiņu metavirsmu mijiedarbībai ar femtosekunžu impulsiem. Jāatzīmē, ka pirmo reizi tika konstatēts, ka stabilā stāvoklī minētais jaunais hibrīdanapols var atbilst anapola stāvokļu realizācijai vienādā frekvencē vienlaikus visiem iesaistītajiem multipoliem. Tādējādi apstarotās daļiņas parādās pilnīgi nedispersā stāvoklī (parastais anapola stāvoklis ļauj nodzēst tikai viena, parasti elektriskā dipola, režīma starojumu). Jāatzīmē, ka hibrīdanapola stāvokli pavada spēcīga elektromagnētiskā lauka koncentrācija tuvajā zonā un liela rezonanses un nerezonanses pašuzbudināšana ar dažādiem q faktoriem. Tas, pakļaujot to īsam (femtosekunžu) lāzera impulsam, var izraisīt spēcīgu un netriviālu tā apvalka modulāciju. Apstarojot šādu nanodaļiņu un/vai atbilstošu metavirsmu masīvu, modulācija bija atkarīga arī no metavirsmu simetrijas, kā arī no substrāta ģeometriskajām un optiskajām īpašībām. Jāņem vērā, ka, apstarojot ar CW, optiskā reakcija hibrīdanapola stāvoklī nav atkarīga no vides un substrāta. Tāpēc no šādām nanodaļiņām izgatavotām metavirsmām, saglabājot pilnīgu caurspīdīgumu pret CW (bet kontrolējot tā fāzi!), būtu spēcīgi jāmodulē femtosekunžu impulsi. Šīs īpašības pētījumā tiek izmantotas, lai realizētu dažādas optiskās sistēmas un ierīces ar divējādām īpašībām, kuru reakcija uz femtosekunžu un gariem lāzera impulsiem kvalitatīvi atšķirsies. Galvenā uzmanība tiek pievērsta jaunu optisko efektu pētījumiem tik sarežģītā jomā kā ultraātrā zema viļņa garuma optika. Tomēr konkrētā apakšnozare, proti, bez izkliedes režīmu pārejoša optika, ir plaša darbības joma, kas pagaidām ir maz attīstīta. Promocijas darba mērķis ir fundamentāli pētījumi jaunajā jomā un jaunu ierīču fundamentālu modeļu realizācija, pamatojoties uz iegūtajiem rezultātiem. Promocijas darbā izstrādāti modeļi un realizēti prototipi jauniem ultraplāniem planāriem fotoniskiem elementiem, piemēram, ultraplāniem atkārtošanās ātruma reizinātājiem, gaismas filtriem, staru kūļa modulatoriem utt. Šie elementi ir paredzēti femtosekunžu optikai, un tiem ir divu veidu lietojumi – gan īsiem impulsiem, gan nepārtrauktai apstarošanai.