Исследования

На кафедре ведутся исследования в следующих направлениях: фемтосекундная оптика, нелинейно-оптические методы генерации и детектирования терагерцового излучения, терагерцовая спектроскопия и интроскопия, биофотоника и оптический нейроимиджинг, голография, оптика фотополимеризующихся сред, электромагнитные волны в нестационарных, движущихся и случайно-неоднородных средах, компьютерное моделирование электромагнитных процессов.

Лаборатория мирового класса в области лазерной физики

В 2010 году в рамках мегагранта на базе кафедры был развернут проект по созданию в ННГУ лаборатории мирового класса в области лазерной физики для проведения исследований по генерации световых полей с экстремально высокой мощностью (до 10 петаватт), экстремально малой длительностью (до 100 аттосекунд) и в экстремально сложном для освоения терагерцовом диапазоне частот. В результате проекта была создана ELSA Lab – лаборатория, состоящая из двух частей: лаборатория РТ (рентгеновского и терагерцового излучений), занимающаяся физикой генерации аттосекундных импульсов и терагерцового излучения; и лаборатория МП (мульти-петаватт), разрабатывающая источник лазерных импульсов с пиковой мощностью несколько петаватт. Вместе в РТ и МП лабораториях созданы три экспериментальных комплекса: мультипетаваттный, аттосекундный и терагерцовый.

Широкое применение терагерцового излучения

Электромагнитное излучение терагерцового диапазона сегодня представляет большой интерес благодаря уникальным возможностям, открывающимся при использовании этого излучения в спектроскопии и томографии, высокочувствительных устройствах распознавания состава и состояния среды, технике построения изображений скрытых объектов. Успех этих приложений теоретически объясняется двумя факторами: особенностями прохождения терагерцового излучения через среды - оно хорошо отражается от проводящих покрытий и почти свободно проходит через многие непроводящие объекты, и тем, что в этот диапазон частот попадают “контрольные” резонансные частоты возбуждения многих практически важных материалов, химических соединений и молекул. Проводя диагностику на конкретных частотах, характерных для линий терагерцового поглощения исследуемого материала, по спектру отраженного или прошедшего импульсного излучения можно судить о составе и особенностях строения объектов, определять содержание примесей в сверхмалых количествах, а также исследовать динамику протекания физических, химических и биологических процессов. Несмотря на большие усилия, затрачиваемые сегодня научными коллективами ряда стран, до сих пор отсутствуют компактные, экономичные и оптимальные по параметрам терагерцовые излучатели и детекторы, которые бы полностью удовлетворяли задачам широкого практического применения терагерцовой диагностики.

Эффективные методы генерации терагерцового излучения позволяют проникать сквозь одежду, бумагу, пластик и другие материалы для обнаружения взрывачатых или наркотических веществ, будучи при этом безопасными для человека

В рамках мегагранта Правительства РФ на базе кафедре в 2010 году создана лаборатория по изучению экстремальных световых полей ELSA Lab под руководством известного французского ученого Жерара Муру. Инфраструктура лаборатории включает новейшие фемтосекундные лазерные системы, в том числе, единственную в России лазерную систему со стабилизацией фазы импульса по огибающей несущей частоты Femtopower PRO CEP HP/HR, и современные средства измерения излучений. Часть лаборатории размещена на петаваттном лазерном комплексе ИПФ РАН.

ELSA Lab ориентирована на исследование взаимодействия мощных ультракоротких (фемтосекундных) лазерных импульсов с веществом, на разработку высокоэффективных методов генерации и детектирования терагерцового излучения и на приложение разработанных методов к терагерцовой спектроскопии и интроскопии. Персонал лаборатории состоит, в основном, из молодых, перспективных исследователей.

В феврале 2012 г. сотрудникам Лаборатории экстремальных световых полей при участии Бьянки Джексон из университета Мичигана, США удалось визуализировать внутреннюю структуру русской иконы начала 19 века.

Возможность недеструктивных исследований в искусстве и археологии

Терагецовое излучение предоставляет уникальные возможности недеструктивного изучения физической структуры и проведения спектрального анализа без какого-либо контакта с ценными произведениями искусства и артефактами.

В феврале 2012 г. сотрудникам Лаборатории экстремальных световых полей при участии Бьянки Джексон из университета Мичигана, США удалось визуализировать внутреннюю структуру русской иконы начала 19 века. Зондирование иконы терагерцовым излучением проводилось в двух режимах. В отражательном режиме фиксировались импульсы, отраженные от границ раздела лака, краски, грунта и деревянной основы. Это позволило реконструировать слоистую структуру иконы и, в частности, определить, насколько отличаются толщины слоев лака, краски и грунта для разных точек на поверхности иконы. В просвечивающем режиме регистрировались прошедшие через икону импульсы, что позволило определить среднюю по толщине иконы плотность вещества в разных местах иконы. В результате исследования удалось ответить на вопрос реставраторов о причине подновления изображения на небольшом участке иконы. На терагерцовых сканах отчетливо виден дефект внутренней структуры деревянной основы – сучок (на обратной стороне иконы следов дефекта визуально не наблюдается). Это позволило отбросить гипотезу об ожоге иконы свечой и выбрать правильную методику реставрации иконы.