Регистрация / Вход
Прислать материал

Исследование процессов взаимодействия лазерного излучения с нелинейными оптическими
средами и разработка физических принципов построения новых когерентно-оптических информационно-измерительных и диагностических систем

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Проект закончен
Проект
02.740.11.0226
Организация
ИАПУ ДВО РАН
Руководитель работ
Кульчин Юрий Николаевич
Продолжительность работ
2009 - 2011, 23 мес.
Бюджетные средства
14,1 млн
Внебюджетные средства
2,82 млн

Информация отсутствует

Соисполнители

Организация
ГОУ ВПО ДВГТУ
Организация
ДВФУ

Этапы проекта

1
07.07.2009 - 30.11.2009
Определены характеристики образцов фоторефрактивных кристаллов кубической группы симметрии и параметров световых пучков, обеспечивающих оптимальное их взаимодействие в ортогональной геометрии, а также произведена разработка физико-математической модели двух- и трехволнового взаимодействия световых пучков на динамических диффузионных голограммах. Проведена разработка и оптимизация цифрового голографического микроскопа, исследованы оптические характеристики перспективных природных и синтезированных оптических материалов методами цифровой голографической микроскопии. Исследованы принципы восстановления угла отклонения от вертикали и азимутального направления наклона на основе регистрации светового пучка, отражаемого от подвижной границы раздела сред жидкость-воздух, с помощью трех пространственно разнесенных приемных волоконных световодов для разработки адаптивного волоконно-оптического измерительного преобразователя абсолютного углового положения. Исследованы физические основы применения волоконных решеток Брэгга, а также волноводных структур с локально модифицированным диаметром световедущей сердцевины для регистрации параметров вибраций и динамических деформаций. Подготовлены калиброванные образцы жидких гетерогенных сред на основе наноразмерных объектов и их конгломератов (TiO2, SiO2 и Fe2O3), проведено их математическое моделирование, а также исследование их оптических и массоразмерных характеристик. Разработан комплексный когерентно-оптический метод исследования массоразмерных и динамических характеристик наноразмерных объектов и их конгломератов в жидких гетерогенных средах, на основе спекл-корреляционного анализа дифракционной картины рассеянного лазерного излучения. Исследованы особенности волоконных брэгговских решеток применительно к разработке принципов детектирования и мультиплексирования их сигналов методом оптической временной рефлектометрии.
Развернуть
2
01.01.2010 - 31.05.2010
1. Экспериментальное исследование двух- и трехволнового взаимодействия световых пучков на динамических диффузионных голограммах, формируемых в ортогональной геометрии в кубических фоторефрактивных кристаллах в условиях анизотропной дифракции.
2. Исследование структурных и функциональных особенностей волноводов в запредельных режимах возбуждения с экстремально низким значением приведенной частоты, а также исследование и компьютерное моделирование процессов амплитудной модуляции фундаментальной направляемой моды в таких волноводах.
3. Исследование фемтосекундного лазерно-индуцированного пробоя в атмосфере и биологических объектах (фитопланктон в морской воде) для разработки метода фемтосекундной эмиссионной спектроскопии.
4. Исследование и математическое моделирование взаимодействия лазерного излучения с экспериментальными образцами жидких гетерогенных сред на основе TiO2, SiO2 и Fе2О3 наноразмерных объектов и их конгломератов.
5. Исследование физических принципов регистрации динамических деформаций при помощи волоконных брэгговских решеток с применением спектральной полосовой фильтрации, а также при помощи волноводных структур с локально модифицированным диаметром световедущей сердцевины.
6. Экспериментальные исследования процессов распространения фемтосекундного лазерного излучения в нормальной атмосфере, дистиллированной и морской воде, микроструктурированных природных оптически прозрачных средах и синтезированных биомиметических материалах в зависимости от параметров лазерного излучения.
7. Исследование процессов распространения плазменных фронтов в нормальной атмосфере и особенностей формирования эмиссионных спектров в области взаимодействия плазменных фронтов, при возбуждении оптического пробоя лазерными импульсами с различной длиной волны и длительностью.
Развернуть
3
01.06.2010 - 30.11.2010
Разработан макет адаптивного волоконно-оптического микрофона на основе одномодового и многомодового волоконного световода и динамических ортогональных голограмм со следующими параметрами: чувствительность 2,8 В/Па, порог детектирования 0,79 мПа, динамический диапазон 55 дБ. Создан макет адаптивного волоконно-оптического измерительного преобразователя абсолютного углового положения. Пороговая чувствительность макета к углу отклонения от вертикали составила 0.010. Показано, что в случае 3% погрешности измерения интенсивности оптических сигналов абсолютная погрешность восстановления угла наклона составляет Δ1=0.05° в диапазоне измеряемых углов ±6°, Δ1=0.15° в диапазоне от +6° до +10° и от -6° до -10°. При этом максимальная абсолютная погрешность вычисления азимутального направления наклона составляет Δ2=3°. Изучены процессы образования и взаимодействия плазменных фронтов, определены устойчивые режимы генерации плазмы оптического пробоя для разработки методов управления движением плазменного факела и лазерной абляции. Осуществлено раздельное наблюдение процессов лазерного пробоя и абляции вещества, вызванного взрывным вскипанием расплава на поверхности металлической мишени в нормальной атмосфере. Определены предельно обнаружимые концентрации химических элементов в морской воде и клетках методом фемтосекундной лазерной искровой спектроскопии, которые составили ~10^-5 - 10^-6 г/кг, что на два порядка ниже, чем при аналогичных измерениях в случае с наносекундным возбуждением. Разработана методика исследования массоразмерных и динамических характеристик наноразмерных объектов и их конгломератов в жидких гетерогенных средах, основанная на применении спекл-корреляционного анализа дифракционной картины рассеянного лазерного излучения. Погрешность методики составляет не более 10% при измерении диаметров частиц в диапазоне от 30 до 750 нм, временное разрешение 1 мс. Построена теоретическая модель распространения фемтосекундного излучения в сплошных и микроструктурированных средах и нанокомпозитных материалах
Развернуть
4
01.01.2011 - 11.03.2011
1. Разработка и исследование физико-математической модели культиплексирования ортогональных динамических голограмм, формируемых в кубическом фоторефрактивном кристалле в результате двух- и трех-волнового взаимодействия, и создание на ее основе принципов построения многоканальной адаптивной волоконно-оптической измерительной системы.
2. Разработка, оптимизация и уточнение параметров оптической схемы волоконно-оптической системы мониторинга деформационных и температурных распределений на основе волоконных брэгговских решеток с применением метода оптической временной рефлектометрии, дифференциальной регистрации оптических сигналов и гибридного спектрально-временного разделения измерительных каналов. Определение метрологических характеристик системы мониторинга.
3. Уточнение оптической схемы и оптимизация характеристик лабораторных макетов волоконно-оптических измерительных преобразователей вибраций на основе волоконных брэгговских решеток и волноводных структур с локально
модифицированным диаметром световедущей сердцевины.
4. Разработка программы внедрения результатов НИР в образовательный процесс.
5. Исследование и верификация результатов исследования массоразмерных и динамических характеристик ТiO2, SiO2 и Fе2О3 наноразмерных объектов и их
конгломератов в составе экспериментальных образцов с применением комплексного когерентно-оптического метода, а также методов рентгеноструктурного анализа, атомно-силовой и сканирующей электронной микроскопии.
6. Разработка и создание макета измерительного комплекса для исследования статистических и динамических характеристик наноразмерных объектов и их
конгломератов в составе жидких гетерогенных сред.
7. Создание подходов позволяющих повысить чувствительность методов лазерной искровой спектроскопии для разработки новых технологий анализа элементного состава океана на основе оптимальной методики измерения концентраций активных и жизненно важных химических элементов в морской воде и биологических объектах методом фемтосекундной эмиссионной лазерной спектроскопии.
8. Разработка методов лазерной микромодификации оптических и конденсированных материалов на основе эффектов нелинейно-оптического взаимодействия фемтосекундных лазерных импульсов, а также метода генерации суперконтинуума на основе биомиметических нанокомпозитных материалов.
9. Разработка и создание макета фемтосекундного лазерного искрового спектрометра для проведения экспресс анализа элементного состава жидкости и биологических образцов.
Развернуть
5
01.04.2011 - 30.06.2011
1. Экспериментальное исследование особенностей функционирования адаптивной волоконно-оптической измерительной системы с использованием динамических голограмм, формируемых в фоторефрактивных кристаллах в ортогональной геометрии, применительно к решению задач нанометрологии, нанопозиционирования, детектирования сверхмалых физических величин и пр., а также исследование возможности применения адаптивной измерительной системы для определения массы сверхмалых объектов (наночастиц, бактерий и пр.).
2. Экспериментальные исследования особенностей применения измерительного комплекса на основе когерентно-оптического метода для проведения исследований статистических и динамических характеристик наноразмерных объектов и их конгломератов в составе биологических жидких сред.
3. Испытания волоконно-оптического метода удаленной регистрации параметров вибрационных процессов на основе волоконных брэгговских решеток с применением полосовой фильтрации для формирования заданной производной огибающей спектра опорного излучения.
4. Проведение технико-экономической оценки полученных результатов.
5. Разработка и модернизация научно-методических материалов по курсам
«Материалы и элементы квантовой и оптической электроники», "Взаимодействие излучения с веществом", «Нелинейная оптика», «Информационная оптика».
6. Экспериментальное исследование волоконно-оптических датчиков вибраций на основе волноводных структур с локально модифицированным диаметром световедущей сердцевины.
7. Применение волоконно-оптического метода мониторинга изгибных деформаций на основе волоконных световодов с экстремально низким значением приведенной частоты для регистрации изгибных деформаций макетов конструкционных элементов.
8. Проведение количественных измерений проб морской воды из акватории Северо-Западной части Тихого океана новой методикой фемтосекундной лазерной искровой спектроскопии.
9. Комплексное тестирование рефлектометрического метода детектирования и мультиплексирования сигналов от волноводных структур с модулированным показателем преломления на моделях структурных элементов железобетонных конструкций.
10. Отработка основных технологических принципов создания микро и наномодифицированных материалов и управляемой лазерной абляции на основе эффектов нелинейного взаимодействия сверхкоротких лазерных импульсов и
управления плазменного факела лазерными полями малой интенсивности.
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
2012 - 2013, 15 мес.
Бюджетные средства
6,64 млн
Организация
ЦНИИ РТК
профинансировано
Тема
Разработка основ технологии формирования прецизионных доменных структур в сегнетоэлектрических нелинейно-оптических монокристаллах для рабочих элементов оптических преобразователей лазерного излучения.
Продолжительность работ
2008 - 2009, 13 мес.
Бюджетные средства
20 млн
Количество заявок
2
Тема
Оптические композитные и керамические наноматериалы для когерентных и некогерентных источников излучения.
Продолжительность работ
2007 - 2008, 17 мес.
Бюджетные средства
20 млн
Количество заявок
9
Тема
Исследование волноводных структур на основе гетерогенных нанокомпозитов для создания низкопороговых нелинейно-оптических устройств управления излучением и обработки информации.
Продолжительность работ
2008, 3 мес.
Бюджетные средства
1,2 млн
Количество заявок
1
Тема
Создание микроструктурированных оптических волокон для нового поколения преобразователей и передатчиков лазерного излучения и информации.
Продолжительность работ
2005 - 2006, 23 мес.
Бюджетные средства
5 млн
Количество заявок
6
Тема
«Организационно-техническое обеспечение проведения конференции «Когерентная оптика и оптическая спектроскопия»»
Продолжительность работ
2011, 2 мес.
Бюджетные средства
0 млн
Количество заявок
0