Регистрация / Вход
Прислать материал

Нелинейные процессы при взаимодействии лазерного излучения с веществом: теория, эксперимент, приложения.

Информация отсутствует

Участники проекта

Зам. руководителя работ
Гайнутдинов Ренат Хамитович

Этапы проекта

1
30.09.2009 - 10.12.2009
В процессе работы развит новый метод описания взаимодействия системы атом+лазерное поле с собственным полем излучения. Показано, что при определенных интенсивностях поля имеет место нелинейный эффект: в резонансном поле взаимодействие атома с вакуумом становится эффективно сильным и приводит к существенному изменению скорости естественного распада «одетых» состояний, что, в свою очередь, приводит к изменению интенсивности взаимодействия атома с управляющим полем.
Также в ходе выполнения работ созданы технология по выращиванию активированных фторидных кристаллов и реализующая её установка. Выращены кристаллы и подготовлены образцы для исследований различными методами. Созданы экспериментальные установки для комплексного контроля качества кристаллов, методики исследований физических свойств кристаллов, позволяющие оценивать параметры фотоиндуцированных динамических процессов с точностью до 20 %.
Разработан метод создания электрических полей в устройствах оптической квантовой памяти, обеспечивающий заданное пространственное распределение напряженности в области взаимодействия световых пучков с резонансной средой. Выполнен анализ максимально допустимого числа каналов в устройстве оптической памяти, функционирующем в режиме фотонного эха с контролируемым неоднородным уширением резонансного перехода.
Развернуть
2
01.01.2010 - 15.06.2010
В процессе работы был развит метод описания эффектов поляризации вакуума при взаимодействии заряженных частиц, позволяющий учитывать особенности квантовоэлектродинамических процессов на малых временах, в течение промежутков времени менее 10–21 с. Предсказана новая поправка к энергетическим уровням мюонных атомов, являющаяся динамический «поправкой» к поправке Юлинга. Для мюонного водорода эта поправка сопоставима с поправкой Уичмена-Кролла, а для тяжёлых мюонных атомов она приближается по величине к поправке Кэллен-Сабри.
Выращены образцы кристаллов LiY1-xLuxF4 (x=0..1) и Na4Y6F22, активированных ионами Ce3+ и Yb3+, в том числе и с оптимизированным химическим составом. Определены лазерные характеристики активных сред на основе твердых растворов LiF-YF3-LuF3:Ce3+,Yb3+ и определен их оптимальный химический состав. Разработан новый лазерно-спектроскопический метод исследования радиального распределение примеси в кристаллах.
Выполнена модернизация низкотемпературной экспериментальной установки на основе непрерывного титан-сапфирового лазера, в рамках которой разработана и реализована система управления амплитудными и фазовыми модуляторами, позволяющая наблюдать сигналы фотонного эха в условиях многоимпульсного возбуждения резонансной среды, в том числе, в условиях воздействия на среду контролируемых внешних полей. Проведены экспериментальные исследования первичного, стимулированного и долгоживущего фотонного эха в кристалле YAG:Tm3+ с высокой концентрацией примесных ионов. Теоретически исследовано прохождение слабого импульса света в среде с линейным распределением частоты резонансного перехода вдоль направления распространения импульса и определена форма светового импульса на входе в среду, приводящая к максимальному отношению сигнал/шум на выходе из резонансной среды.
Развернуть
3
16.06.2010 - 10.12.2010
В процессе работы развит новый метод описания взаимодействия заряженных частиц со сверхинтенсивным полем лазерного излучения, позволяющий учитывать то, что частое прерывание динамики, при котором заряженная частица взаимодействует только с собственным электромагнитным полем, может приводить к тому, что взаимодействие с собственным полем окажется эффективно сильным.
Исследованы характеристики оптического усиления/поглощения кристаллов Na4Y6F22, активированных ионами Ce3+ и Yb3+, подвергающихся интенсивной оптической накачке в области 4f-5d переходов ионов Ce3+. Установлено, что в кристаллах Na4Y6F22, активированных ионами Ce3+ и Yb3+, наблюдается интенсивное наведенное поглощение, обусловленное процессами образования центров окраски и поглощением из возбужденного 5d-состояния ионов Ce3+. Показано, что, несмотря на эффективное подавление индуцированных излучением накачки процессов образования центров окраски в кристаллах Na4Y6F22:Ce3+ при их соактивации ионами Yb3+, эффект поглощения из возбужденного состояния препятствуют получению на этих кристаллах УФ лазерной генерации.
Проведено экспериментальное исследование особенностей формирования сигналов долгоживущего фотонного эха в кристалле трифторида лантана, активированного редкоземельными ионами празеодима, при воздействии на кристалл внешнего неоднородного электрического поля, а также обращенного фотонного эха в кристалле двойного фторида лития-лютеция, активированного редкоземельными ионами эрбия, при воздействии внешнего неоднородного импульсного магнитного поля.
Развернуть
4
01.01.2011 - 15.05.2011
В процессе работы развит новый метод описания взаимодействия фотонов с интенсивным лазерным полем и процессов рождения электрон-позитронных пар, позволяющий выходить за рамки лидирующего порядка эффективной теории, в котором это взаимодействие описывается лагранжианом Эйлера-Гейзенберга.
Исследованы характеристики оптического усиления/поглощения ультракоротких импульсов УФ излучения в кристаллах двойных фторидов состава LiF-YF3-LuF3, активированных ионами Ce3+ и Yb3+. Изучены процессы релаксации наведенного излучением накачки поглощения в этих УФ активных средах. Установлена природа индуцированного излучением накачки наведенного поглощения в кристаллах LiY1-xLuxF4:Ce3+. Показано, что оптические усилители на основе межконфигурационных 5d-4f переходов ионов Ce3+ обладают высокой эффективностью, достигающей ~20%, и могут быть с успехом использованы для усиления импульсов УФ излучения сверхкороткой длительности. Оценки показывают, что минимальная длительность усиливаемых импульсов, определяемая из ширины полосы усиления исследованных кристаллов, может достигать единиц фемтосекунд.
Постановлены эксперименты, демонстрирующие возможность многоканальных процессов записи и считывания информации в режиме долгоживущего фотонного эха, генерируемого в кристалле трифторида лантана, активированного ионами тулия, при воздействии на кристалл внешнего контролируемого пространственно неоднородного электрического поля.
Развернуть
5
16.05.2011 - 15.09.2011
Развит метод описания взаимодействия заряженных частиц со сверхинтенсивным полем лазерного излучения, позволяющий учитывать то, что частое прерывание динамики, при котором заряженная частица взаимодействует только с собственным электромагнитным полем, может приводить к тому, что взаимодействие с собственным полем окажется эффективно сильным.
Разработан способ управления спонтанным излучением атомов в фотонных кристаллах, основанный на предсказанном эффекте изменения массы атомного электрона в фотонном кристалле, обусловленном изменением характера его взаимодействия с собственным полем излучения. Осуществлены эксперименты с использованием кристаллических сред, одна из которых выполняет функцию активной среды – кристалл LiCaAlF6:Ce3+, а другая - функцию просветляющегося поглотителя – Na4Y6F22:Ce3+, а также и единственного кристалла, совмещающего в себе обе эти функции – кристалл LiLuF4:Ce3+. Причем, в последнем кристалле в качестве насыщающегося поглотителя выступают образующиеся в результате резонансной накачки 4f-5d переходов ионов Ce3+ центры окраски. Показано, что в обоих случаях удается реализовать УФ лазерную генерацию с субнаносекундной длительностью импульсов. Для проведения этих экспериментов были созданы лабораторные макеты УФ твердотельных лазеров. Теоретически исследованы возможности многоканальной обработки информации в устройствах оптической памяти, пригодных для использования в системах классической и квантовой связи, за счет модуляции показателя преломления резонансной среды, являющейся носителем информации. Показано, что управление показателем преломления открывает перспективы дальнейшего увеличения числа каналов по сравнению со схемами оптической памяти с постоянным показателем преломления. Проведены патентные исследования на предмет выявления способных к правовой охране технических решений, разработанных в процессе выполнения настоящего проекта. Показано, что разработанный в течение предыдущих этапов оптический затвор для УФ области спектра, характеристиками которого можно управлять внешним оптическим излучением, не может являться предметом патентования, поскольку предлагаемые технические решения не обладают необходимыми для этого признаками новизны, носят частный характер и не превосходят существующего уровня техники. Исходя из этого, оформление охранных документов на данные результаты интеллектуальной деятельности представляется нецелесообразным.
Разработана программа внедрения результатов проекта в образовательный процесс.
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
2009 - 2011, 26 мес.
Бюджетные средства
12,6 млн
Организация
НИЯУ МИФИ
профинансировано
Тема
Создание методов и средств обеспечения единства измерений нелинейно-оптической восприимчивости наноструктурированных материалов с временным разрешением в приложениях информационно-телекоммуникационных технологиях и лазерной физике.
Продолжительность работ
2011, 6 мес.
Бюджетные средства
9 млн
Количество заявок
1
Тема
Получение наноструктурированных поверхностей металлов под воздействием импульса лазерного излучения путем контролируемого создания околокритического состояния металла в квазиизохорном процессе.
Продолжительность работ
2008, 2 мес.
Бюджетные средства
2,5 млн
Количество заявок
2
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
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
Исследование возможности получения интенсивного мягкого рентгеновского излучения на комплексе ПФМ-72 для целей рентгено- и ВУФ литографии и имитационных применений на установке: "Установка ПФМ-72 для исследования импульсной высокотемпературной плотной плазмы типа микропинч и плазменный фокус с лазерным инициированием и (или) созданием рабочего вещества (ПФМ-72) (рег. № 06-34)"
Продолжительность работ
2005 - 2006, 23 мес.
Бюджетные средства
1,7 млн
Количество заявок
1