ИСТИНА

Глобальной целью выполнения НИР является разработка физических основ принципиально новых наукоемких технологий, использующих методы нелинейной и квантовой оптики.Конкретными целями проекта является получение результатов по двум основным взаимодополняющим направлениям. Первое направление это применение методов нелинейной и квантовой оптики для формирования и анализа микро- и нанообъектов. Второе направление это использование микронных и субмикронных структур для управления параметрами нелинейно-оптических явлений. Актуальность данных исследований связана с широкими перспективами их применения в нелинейной спектроскопии и микроскопии, для высокочувствительной диагностики быстропротекающих процессов в физике наноструктур, плазмы, в энергетике, физике конденсированных сред, медицине, для создания новых источников сверхкоротких лазерных импульсов, рентгеновского излучения, решения задач оптоинформатики.

В рамках проекта реализована экспериментальная схема КАРС-микроспектроскопа с использованием перестраиваемого стоксова излучения, получаемого в результате солитонного самосдвига частоты в фотонно-кристаллических волокнах с увеличенной (20 мкм2) площадью сердцевины. Показано, что эта схема обеспечивает селективный контроль когерентных фононных мод в объеме твердых тел с субмикронным разрешением. При КАРС-микроскопии среза головного мозга мыши достигнуто пространственное разрешение 1 мкм. Синтезирован новый гибридный наноматериал «наноалмаз - пористый оксид кремния» (НА-SiO2) и показано, что его фотолюминесценция определяется люминесцентными свойствами исходного наноалмаза. Установлены механизмы образования водородных связей между различными функциональными группами на поверхности наноалмаза и диполями воды. Показана возможность использования НА-SiO2 в биомедицине одновременно в качестве биомаркера и носителя лекарств. Разработана модель флуоресцентного отклика фибриллярных наноструктур в режиме нелинейного возбуждения с учетом переноса энергии между флуорофорами, расположен-ными вдоль нитевидной фибриллы. Показана принципиальная возможность определения пространственных характеристик фибриллярных наноструктур путем анализа кинетики их флуоресцентного отклика в нелинейном режиме возбуждения. Исследована локальная электронная структура поверхности полупроводников GaAs(110) и InAs(110) и интерфейсов в окрестности различных примесных атомов в широком интервале температур и для различных типов объемной проводимости. Показано, что перераспределение заряда между электронными состояниями определяется кулоновскими корреляциями, а туннельное напряжение может быть использовано для контролируемого изменения пространственного распределения заряда, его накопления и переключения. Экспериментально исследованы оптические свойства композитных материалов на основе KDP с наночастицами TiO2. Показано, что при воздействии на кристалл фемтосекундных импульсов основного излучения наряду с генерацией второй гармоники (ВГ) при превышении пороговой мощности 5 МВт наблюдается генерация суперконтинуума, эффективность генерации которого для кристаллов с наночастицами TiO2 по крайней мере в 5 раз выше, чем для чистого кристалла KDP. Показано, что фазовый метод терагерцовой спектроскопии более перспективен для изучения тонких изменений оптических свойств композитных материалов KDP:TiO2 по сравнению с энергетическим методом. Предложена и апробирована приближенная модель для расчета интенсивности волны ВГ в кристаллах ниобата бария-стронция (НБС) с целью диагностики пространственного распределения микродоменов в сегнетоэлектриках. Качественно охарактеризовано влияние дисперсии и плотности доменов на угловую форму линии неколлинеарной ВГ в кристалле ниобата бария-стронция. В пленках многослойного графена обнаружена генерация когерентной ВГ, индуцированной электрическим током или механическим напряжением. В обоих случаях обнаружен рост когерентной составляющей второй гармоники при увеличении внешнего воздействия. Показано, что пространственные зависимости всех компонент комплексного тензора квадратичной восприимчивости одномерно неоднородной плоскопараллельной пластины с неоднородными диэлектрическими свойствами, характеризующимися тензором диэлектрической проницаемости диагонального вида, можно однозначно определить, измеряя в некотором диапазоне углов падения плоской волны основного излучения комплексные коэффициенты ее преобразования в отраженную волну ВГ s- или p- поляризации. Впервые исследовано нелинейное распространение двух монохромати-ческих пучков, содержащих сингулярности поляризации светового поля, в изотропной гиротропной среде с пространственной дисперсией кубичной нелинейности. Показано, что соотношения компонент тензоров локальной кубичной нелинейности определяют режим взаимодействия: циркулярно-поляризованные компоненты электрического поля взаимно фокусируют или дефокусируют друг друга. Развит алгоритм расчета дисперсионных свойств одномерных металлических нанорешеток на поверхности диэлектриков. Установлено, что особенности их спектров экстинкции в оптическом диапазоне обусловлены в основном возбуждением плазмонов. Обнаружен эффект линейного дихроизма вблизи поверхности массива золотых нанополос при возбуждении в них локальных плазмон-поляритонов. Изучены спектральные свойства метаматериалов с внедрёнными металлическими наночастицами (нанорезонаторами), взаимодействующими с активной средой. Установлено, что путём подбора резонансных частот нанолазера возможно уменьшение потерь в метаматериале в спектральной области, определяемой шириной линии излучения нанолазера. Показано, что радиус наносферы (НС), поляризация падающего излучения и расположение атома вокруг НС определяют локальное усиление поля и изменение общей скорости распада атома, взаимодействующего с наносферой, что приводит к изменению спектра резонансной флуоресценции атома. Установлено, что на расстояниях менее 5 нм до поверхности НС наблюдается эффект тушения флуоресценции, проявляющийся в уширении спектральных компонентов и резком уменьшении интенсивности ФЛ. Показано, что в планарных хиральных метаматериалах возможно наблюдение эффекта циркулярного дихроизма ВГ. Показано, что в фемтосекундной оптической дипольной ловушке в широком диапазоне мощностей лазерного излучения достигается устойчивый захват атома. При высоких значениях мощностей наблюдаются стохастические эффекты, приводящие в конечном итоге к вылету атома из ловушки. Используя эффект резонансного диполь-дипольного взаимодействия, возможно управлять атомом, находящимся в ловушке, с помощью пробного пучка. Показано теоретически и подтверждено экспериментально наличие в квазитепловом свете попарно коррелированных когерентных мод, аналогичных модам Шмидта в квантовых двухчастичных системах. Экспериментально продемонстрировано управление степенью перепутывания бифотонных состояний и модовым составом излучения спонтанного параметрического рассеяния. Показана возможность формирования импульсов из приблизительно одного колебания поля за счет генерации разностной частоты при четырехволновом взаимодействии в начале филаментации фемтосекундного лазерного излучения в аргоне. Установлено, что аномальная дисперсия самонаведенной лазерной плазмы с концентрацией свободных электронов выше 3,26  1016 см–3 является необходимым условием формирования устойчивых, локализованных в пространстве и времени световых образований – «рамановских пуль», в которых происходит перестройка по спектру по мере их распространения. Установлено, что острая фокусировка фемтосекундного лазерного излучения ИК и УФ диапазонов в воздухе может приводить к слиянию отдельных отрезков плазменных каналов, сформировавшихся вследствие многократной рефокусировки, тогда как в случае мягкой фокусировки эти области разнесены в направлении распространения излучения. Показано, что филаментация в УФ-диапазоне импульсов с пиковой мощностью, в 10 раз превышающей критическую, протекает ближе к волноводному режиму распространения по сравнению с ИК-филаментацией. Показано, что величина поглощенной энергии высокоинтенсивного (I~1016 Вт/см2) лазерного излучения в молекулярных кластерных пучках Ar+CF3I, Ar+SF6 и Ar составляет около 70%. Показано, что появление плазменного филамента, образующегося при прохождении лазерного излучения через газо-кластерную струю, свидетельствуют о наличии самофокусировки лазерного излучения. Плазменный филамент имеет многофокусную структуру, когда достигается максимальный выход жесткого (>2кэВ) рентгеновского излучения. Генерация характеристического рентгеновского излучения в молекулярных кластерах на порядок эффективнее (~2·109 фотонов за лазерный импульс с эффективностью преобразования энергии ~10-6) по сравнению с использованием кластеров чистого аргона, полученных при сходных параметрах, при энергии лазерного импульса 5 мДж и его нано- и пикосекундным контрастами 105 и 2∙102, соответственно. Установлено, что при распространении интенсивного фемтосекундного излучения в газо-кластерной струе смеси газов Ar+SF6 в точках локального максимума выхода рентгеновского излучения сигнал третьей гармоники минимален. Экспериментально показано, что, варьируя контраст лазерного импульса на наносекундном масштабе времени, можно эффективно управлять свойствами плазмы, формируемой на поверхности мишени в жидкой и твердой фазе путём микроструктурирования поверхности коротким предымпульсом. Показано, что при введении предымпульса, опережающего основной импульс на 12 нс, средняя энергия горячих электронов и выход жёсткого рентгеновского излучения существенно возрастают по сравнению со случаем без предымпульса и достигают наибольшего значения при амплитуде предымпульса около 40-1 (при пиковой интенсивности основного импульса около 5х1016 Вт/см2). Показано, что расплавленный галлий может быть использован в качестве мишени для создания лазерно-плазменного источника с высокой частотой повторения импульсов (до 1 кГц).