Регистрация / Вход
Прислать материал

Фемтосекундная нелинейная и квантовая оптика

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Проект закончен
Проект
02.740.11.0223
Организация
МЛЦ МГУ
Руководитель работ
Макаров Владимир Анатольевич
Продолжительность работ
2009 - 2011, 26 мес.
Бюджетные средства
12 млн
Внебюджетные средства
2,4 млн

Информация отсутствует

Этапы проекта

1
07.07.2009 - 15.12.2009
1.1. Создание и испытание микроструктурированных волокон со
специальными профилями дисперсии для высокоэффективного
преобразования частоты. Моделирование фотонных запрещенных
зон оболочки ФК-волокон, расчет дисперсии, двулучепреломления,
пространственных распределений полей в модах.
Экспериментальные испытания волокон. Сравнение результатов
экспериментов с теоретическими расчетами.
1.2. Разработка алгоритмов и программы ЭВМ для проведения
параллельных расчетов на вычислительных кластерах для
исследования процесса множественной филаментации интенсивных
фемтосекундных лазерных импульсов в газах.
1.3. Создание комплекса экспериментальных средств,
обеспечивающих возможность моделирования и оптимизации
параметров генерации экспериментального макета Ш: У АО-лазера,
включающего систему электрооптической отрицательной обратной
связи, схему активно-пассивной синхронизации мод на основе
синтезатора частоты и полупроводниковых нелинейных зеркал.
1.4. Исследование принципиальной возможности возбуждения
поверхностного плазмона, локализованного в периодической
нанорешетке, состоящей из параллельно расположенных на
кристаллической подложке золотых нанонитей/наноцилиндров.
1.5. Расчет и анализ генерации перепутанных четырехмодовых
кластерных состояний непрерывных квантовых переменных в
АНФК (на примере кристалла ЫКВОз) в режиме бегущей волны.
1.6. Развитие методов фемтосекундной лазерной диагностики
электро-физических параметров и механических напряжений в
планарных кремниевых наноструктурах.
1.7. Изготовление двумерных плазменных и магнитоплазмонных
метаматериалов на основе пленок благородных и магнитных
металлов с воспроизводимыми параметрами наноструктурирования
методом травления ионным пучком с использованием технологии
фокусированного ионного зонда.
1.8. Разработка новых схем и экспериментальной установки для
генерации мощного импульсного ТГц излучения в плазме
оптического разряда. Анализ пондеромоторных и четырехволновых
схем преобразования фемтосекундного излучения в терагерцовое
при формировании оптического пробоя в различных газах и для
случая генерации импусного ТГц излучения в филаменте.
1.9. Выращивание легированных кристаллов ниобата лития с
периодически поляризованной доменной структурой. Определение
параметров доменных структур в образцах и изготовление
ориентированных элементов для квазисинхронной генерации и
квазисинхронного детектирования ТГц излучения.
1.10. Проведение экспериментальных исследований для
оптимизации характеристик лазерно-плазменного микроисточника
жесткого рентгеновского излучения. Разработка схемы возбуждения
ядерных переходов пучками быстрых частиц из фемтосекундной
лазерной плазмы и регистрации конверсионного распада ядерных
уровней.
1.11. Создание генератора кластерных пучков и измерительно-
вычислительного комплекса для изучения нелинейно-оптических
преобразований.
1.12. Расчет частотных спектров бифотонных полей, генерируемых
в кристаллах с апериодической доменной структурой. Численное
моделирование эффекта «компрессии» Фурье-неограниченных
бифотонных волновых пакетов при их распространении в
оптическом волокне.
1.13. Разработка оптимальных методов измерения состояний
кутритов и куквартов.
1.14. Расчет спектров резонансов когерентного пленения
населенности, полученных в парах рубидия методами ЧМ-
спектроскопии. Разработка новых схем генерации радиационно-
стабильных квантовых перепутанных состояний в системе двух
дипольно-взаимодействующих трехуровневых атомов в Л-
конфигурации.
1.15. Проведение патентных исследований.
1.16. Модернизация тераваттной фемтосекундной лазерной системы
на титан-сапфире
Развернуть
2
01.01.2010 - 30.06.2010
2.1. Поиск наиболее эффективных режимов трансформации спектра
сверхкоротких световых импульсов. Исследование нелинейно-
оптических взаимодействий сверхкоротких импульсов в
микроструктурированных волокнах. Исследование солитонных
явлений, включая солитонный сдвиг частоты, четырехволнового
взаимодействия, влияния фазовой само- и кросс-модуляции,
модуляционных неустойчивостей.
2.2. Экспериментальное и численное исследование зависимости
интенсивности излучения от времени в режиме генерации одного
филамента в воздухе. Численное моделирование множественной
филаментации в воздухе.
2.3. Проведение экспериментов и численного моделирования с
целью минимизации аберрационных и других тепловых эффектов,
оказывающих существенное влияние на развитие лазерной
генерации, разработка способов их учета и компенсации, реализация
оптимальной конфигурации лазерного излучателя и компоновки
системы электрооптического управления.
2.4. Определение оптимальных условий эксперимента и
структурных параметров поверхностной нанорешетки, которые
необходимы для эффективной генерации поверхностного плазмона
в нанорешетке.
2.5. Изучение одновременного невырожденного параметрического
усиления и преобразования вверх по частоте в связанных
нелинейно-оптических процессах, реализующих перепутывание
четырехмодовых непрерывных переменных. Расчет отношения
сигнал/шум и корреляций изображений.
2.6. Исследование усиления магнитооптического отлика
магнитоплазмонных метаматериалов в условиях резонансного
возбуждения бегущих поверхностных плазменных мод.
2.7. Разработка лабораторно технологических методов изготовления
наноструктурированных материалов на основе оксидов А^Оз, ТЮ2,
2гС>2, обладающие высокой (не менее 50%) пористостью структуры
и дифракционные нанорешетки на основе оксида алюминия.с
целью создания на их основе элементов, позволяющих управлять
параметрами пучков электромагнитного излучения ТГц диапазона.
2.8. Исследование спектральных характеристик терагерцового
отклика периодически поляризованных кристаллов в режиме
фемтосекундной накачки и зондирования. Определение условий,
необходимых для плавной перестройки спектральной полосы
терагерцового отклика.
2.9. Разработка методов получения гамма-генерации при
воздействии лазерного излучения с пиковой мощностью 0.2-0.5 ТВт
на плотную мишень. Разработка схемы возбуждения ядерных
переходов и регистрации гамма-распада ядерных.
2.10. Создание измерительного стенда и тестирование параметров
атомарных и молекулярных кластерных пучков. Разработка
нелинейно-оптической методики определения порога плазмо-
образования в режиме острой фокусировки.
2.11. Расчет угловых спектров бифотонных полей, генерируемых в
кристаллах с апериодической доменной структурой, и их
пространственной «компрессии» за счет фокусировки.
Экспериментальное исследование частотно-угловых спектров
апериодически поляризованных кристаллов.
2.12. Разработка методики приготовления произвольного состояния
кукварта. Построение экспериментальной установки. Проведение
тестовых измерений.
2.13. Исследование чувствительности и других параметров
прототипа магнетометра, основанного на ЧМ-спектроскопии
резонансов когерентного пленения населенностей в парах атомов
рубидия.
2.14. Оформление заявки на патент.
2.15. Закупка комплектующих и расходных материалов,
необходимых для выполнения экспериментальных исследований по
проекту
Развернуть
3
01.07.2010 - 15.12.2010
3.1. Исследование генерации суперконтинуума в ФК-волокнах.
Изучение возможностей фазового, медового и поляризационного
управления генерацией суперконтинуума и солитонным сдвигом
частоты. Разработка физических принципов новых широкополосных
и перестраиваемых источников света на основе
микроструктурированных волокон для использования в
телекоммуникационных системах, нелинейной спектроскопии,
микроскопии, биомедицинских приложений и оптической
метрологии.
3.2. Проведение численного анализ возможности увеличения
энергии короткого импульса в условиях формирования многих
филаментов, при энергии исходного импульса титан-сапфирового
лазера 5-15 мДж. Разработка метода управления филаментацией в
среде со случайными флуктуациями показателя преломления.
3.3. Реализация экспериментального макета пикосекундного лазера
на тетрафториде иттрия-лития (Ш:УЬР), характеризующимся
минимальным влиянием термолинзы.
3.4. Исследование принципиальной возможности усиления
нелинейно-оптического отклика поверхностной нанорешетки в
результате возбуждения в ней поверхностного плазмона.
3.5. Исследование внутрирезонаторного формирования
перепутанных четырехмодовых непрерывных квантовых
переменных в подпороговом и надпорговом режимах генерации.
Сравнительное изучение возможности квантовой телепортации
перепутанных двухмодовых состояний с помощью перепутанных
четырехмодовых состояний.
3.6. Экспериментальное исследование структуры локального
электромагнитного поля в окрестности наноотверстий плазменных
метаматериалов методами сканирующей оптической
микроскопии/спектроскопии и поляриметрии ближнего поля.
3.7. Исследование возможности эффективной генерации
терагерцового излучения в поверхностной электромагнитной волне
на нелинейности второго порядка в плоском тонкослойном
нелинейном волноводе с помощью фемтосекундных лазерных
импульсов.
3.8. Разработка экспериментальных схем узкополосной генерации и
квазисинхронного детектирования терагерцовых волн в условиях
фемтосекундной накачки. Измерение и поиск путей оптимизации
энергетических, спектральных и пространственных характеристик
генерируемых терагерцовых импульсов. Измерение и оптимизация
спектрального распределения чувствительности квазисинхронного
терагерцового детектора.
3.9. Создание лабораторного макета пикосекундного лазерно-
плазменного микроисточника жесткого рентгеновского излучения.
Характеризация гамма-излучения плазменного фокуса при
воздействии на плотную мишень фемтосекундного лазерного
излучения субтераваттной пиковой мощности и разработка методов
оптимизации.
3.10. Проведение экспериментальных исследований по генерации
жесткого рентгеновского излучения на основе фемтосекундной
кластерной микроплазмы. Исследование процесса несинхронной
генерации третьей и пятой гармоники остросфокусированного
лазерного излучения, изучение роли высоких нелинейностей.
3.11. Экспериментальное исследование частотных и угловых
спектров апериодически поляризованных кристаллов.
3.12. Разработка и реализация детерминистической системы
регистрации 12 состояний куквартов, необходимых в расширенном
протоколе КРК.
3.13. Разработка новых схем генерации радиационно-стабильных
квантовых перепутанных состояний в цепочке дипольно-
взаимодействующих трехуровневых атомов в Л-конфигурации.
3.14. Оформление заявки на патент
3.15. Закупка комплектующих и расходных материалов,
необходимых для выполнения экспериментальных исследований в
рамках НИР, включая создание лабораторного макета
пикосекундного лазера и лазерно-плазменного микроисточника
жесткого рентгеновского излучения
Развернуть
4
01.01.2011 - 30.06.2011
4.1. Создание и испытания широкополосных и перестраиваемых
источников света на основе микроструктурированных волокон для
нелинейной спектроскопии и микроскопии, биомедицинских и
метрологических приложений.
4.2. Проведение экспериментальных и численных исследований по
выбору оптимальных параметров для наиболее эффективного
преобразования энергии импульса титан-сапфирового лазера в
энергию сжатого импульса.
4.3. Разработка функционально продвинутых компонентов и узлов
для активно-пассивной синхронизации мод и обратной связи, систем
внутренней диагностики и микропроцессорного управления.
4.4. Разработка численного алгоритма и создание программного
обеспечения для количественного описания нелинейно-оптического
отклика поверхностной нанорешетки при возбуждении в ней
локализованного поверхностного плазмона.
4.5. Исследование возможности генерации перепутанных
многомодовых состояний при накачке АНФК цугом сверхкоротких
лазерных импульсов, и изучение корреляционных характеристик
генерируемого излучения.
4.6. Исследование сверхбыстрой динамики плазмон-поляритонных
возбуждений в двумерных плазменных и магнитоплазмонных
метаматериалах методами динамической спектроскопии с
фемтосекундным временным разрешением.
4.7. Разработка научных основ построения различного типа плоских
элементов плазменной оптики работающих в терагерцовом
диапазоне частот.
4.8. Исследование условий квазисинхронного детектирования и
квазисинхронной генерации квази-непрерывного терагерцового
излучения наносекундной длительности. Разработка и реализация
методов перестройки спектральной полосы наносекундного
детектирования.
4.9. Экспериментальное исследование возбуждения и распада
ядерных уровней под воздействием пучков быстрых частиц из
фемтосекундной лазерной плазмы.
4.10. Создание макета генератора жесткого рентгеновского
излучения на основе фемтосекундной кластерной микроплазмы.
Исследование эволюции плазмы, созданной остросфокусированным
фемтосекундным лазерным излучением, нелинейно-оптическими
методами.
4.11. Экспериментальное исследование компрессии бифотонных
волновых пакетов при их фокусировке.
4.12. Разработка и реализация протокола КРК на куквартах на
основе проверочных состояний Белла.
4.13. Проведение анализ спектра резонансов квантовых
перепутанных состояний атомов рубидия для выявления деталей,
связанных с доплеровским уширением, столкновениями с атомами
буферного газа и другими причинами.
4.14. Оформление заявки на патент.
4.15. Закупка комплектующих и расходных материалов,
необходимых для выполнения экспериментальных исследований в
рамках НИР, включая создание лабораторного макета
пикосекундного лазера и лазерно-плазменного микроисточника
жесткого рентгеновского излучения
Развернуть
5
01.07.2011 - 05.09.2011
5.1. Экспериментальная реализация режимов управления
временными диаграммами генерации, позволяющих с
пикосекундной точностью осуществлять синхронизацию выходных
импульсов от лазерных источников с произвольными резонаторами.
5.2. Создание новых материалов для формирования плазмонных
поверхностей и слоев ТГц диапазона частот на базе новых
текстурированных материалов, таких как металлические ленты,
покрытые слоями эпитаксиальных оксидов.
5.3. Разработка нового метода абсолютной калибровки терагерцовых
детекторов на основе эффекта спонтанного параметрического
рассеяния света.
5.4. Подготовка научного отчета.
5.5. Разработка программы внедрения научно-методических
результатов НИР в образовательный процесс.
5.6. Проведение экспериментов по спектроскопии и микроскопии
когерентного антистоксова рассеяния света, наведенному
поглощению и время-разрешенных измерений по схеме
возбуждение-зондирование с использованием преобразователей
частоты на основе микроструктурированных волокон
(внебюджетные средства).
Развернуть

Программа

Программа "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России" на 2009 - 2013 годы

Программное мероприятие

1.1 Проведение научных исследований коллективами научно-образовательных центров
Продолжительность работ
2009, 1 мес.
Бюджетные средства
2,45 млн
Организация
ФИАН
профинансировано
Продолжительность работ
2012, 4 мес.
Бюджетные средства
2,8 млн
Организация
РТУ МИРЭА
профинансировано
Проведение поисковых научно-исследовательских работ в области естественных наук: 1. Сверхплотная запись информации в высокомолекулярных системах; 2. Исследование взаимодействия лазерного излучения фемтосекундной длительности с материалами группы алюмооксидных керамик и молибденовых стекол; 3. Исследование возможности использования нанопористых гранулярных пленок на основе твердых растворов CdSe-CdS для систем терагерцовой оптики; 4. Исследование процессов параметрического взаимодействия волн при преобразовании излучения фемтосекундной длительности в нелинейных кристаллах, в том числе и фотонных; 5. Исследование процессов параметрического взаимодействия волн при преобразовании излучения фемтосекундной длительности в нелинейных кристаллах с доменными структурами и оптических волноводах на их основе; 6. Предельно короткие импульсы в материалах с сложным электронным спектром; 7. Импульсная терагерцовая рефлектометрическая томография термобарьерных покрытий турбинных лопаток газотурбинных двигателей; 8. Обоснование методов и подходов интеграции внешних проблемно-ориентированных внешних модулей в высокопроизводительноый программный комплекс для моделирования наноразмерных атомно-молекулярных структур HPC-NASIS; 9. Проведение квантовомеханических расчетов характеристик атомов, молекул и атомно-молекулярных кластеров с использованием высокопроизводительного программного комплекса для моделирования наноразмерных атомно-молекулярных структур HPC-NASIS; 10. Генерация электромагнитного излучения при фокусировке разночастотных фемтосекундных лазерных импульсов в газовые и конденсированные среды
Продолжительность работ
2009, 3 мес.
Бюджетные средства
2 млн
Организация
Университет ИТМО
профинансировано
Тема
Создание функционирующего в режиме удаленного доступа интерактивного учебно-научного комплекса на базе установок фемтосекундной и нелинейно-оптической диагностики наноматериалов и структур.
Продолжительность работ
2011, 5 мес.
Бюджетные средства
8 млн
Количество заявок
1
Тема
НК-337 Организационно-методическое обеспечение проведения конкурса научных работ студентов вузов по направлениям: лазерные и плазменные технологии, квантовая и атомная оптика, нанофотоника
Бюджетные средства
0 млн
Количество заявок
0
Тема
НК-450 Организационно-методическое обеспечение проведения конкурса научных работ студентов вузов по направлениям: лазерные и плазменные технологии, квантовая и атомная оптика, нанофотоника
Продолжительность работ
2009, 1 мес.
Бюджетные средства
0 млн
Количество заявок
1
Тема
Проведение фундаментальных физических исследований экстремальных состояний, возникающих при взаимодействии мощного фемтосекундного лазерного излучения с веществом, и разработка новейших фемтосекундных технологий на установке: "Лазерный тераваттный фемтосекундный комплекс (ЛТФК) (рег. № 01-88)"
Продолжительность работ
2005 - 2006, 23 мес.
Бюджетные средства
2,5 млн
Количество заявок
1
Тема
Создание электрооптических градиентных структур для прецизионной оптики
Продолжительность работ
2014 - 2016, 26 мес.
Бюджетные средства
80 млн
Количество заявок
2