Мы используем cookie файлы.
Пользуясь сайтом, вы соглашаетесь с нашей Политикой конфиденциальности.

Приглашенный ученый Лойхс Герхард Германия
Номер договора
14.W03.31.0032
Период реализации проекта
2018-2022

По данным на 15.02.2021

20
Количество специалистов
39
научных публикаций
Общая информация

Учеными лаборатории ведутся исследования в области новых методов создания предельно локализованных структур электромагнитных полей и исследование классических и квантовых эффектов при взаимодействии материи и квантового вакуума с такими структурами, и разработке элементов устройств для квантовых информационных технологий, использующих в основе сильную локализацию поля. Разрабатываемые сотрудниками методы повышения интенсивности и управления пространственным распределением лазерных пучков ультракороткой длительности с помощью когерентного сложения волоконных каналов, фактически могут быть использованы для создания высокоэффективных полностью волоконных систем для фемтосекундной обработки материалов. Также ведутся исследования свойств новых материалов и устройств на их основе, таких как графен, а также микрорезонаторы и волокна из стекол специального состава с точки зрения их применения в области оптических и квантовых информационных технологий.

Название проекта: Квантовые эффекты в сильно локализованных интенсивных лазерных полях

Приоритет СНТР: а

Цели и задачи

Направления исследований: Квантовая оптика, нелинейная оптика, взаимодействие сверхсильных лазерных полей с веществом

Цель проекта: Разработка новых методов создания предельно локализованных структур электромагнитных полей и исследование классических и квантовых эффектов при взаимодействии материи и квантового вакуума с такими структурами, а также разработка элементов устройств для квантовых информационных технологий, использующих в основе сильную локализацию поля

Практическое значение исследования
Научные результаты:

Предложены новые методы повышения пиковой и средней мощности лазерных систем, основанные на использовании многосердцевинных волоконных световодов, пространственных фазовых модуляторов света и когерентного суммирования оптических пучков. Предложен и экспериментально опробован эффективный метод когерентного суммирования множества оптических излучателей, масштабируемый на неограниченное количество каналов без усложнения оптической схемы. Проведены исследования устойчивых в присутствии нелинейности режимов распространения и усиления излучения в многосердцевинных световодах, принципиально позволяющих многократно увеличить мощность лазерной системы. Исследованы возможности синтеза локализованных структур излучения с управляемыми параметрами в системах с использованием пространственных модуляторов света и многосердцевинных световодов. Проведено теоретическое исследование квантовых особенностей свойств излучения, возникающих при учете квантовой природы света при когерентном суммировании лазерных пучков. Найден стандартный квантовый предел шума для излучения, получающегося при когерентном суммировании пучков в системе с обратной связью.

С помощью суперкомпьютерного моделирования исследовано взаимодействие сверхмощного излучения с квантовым вакуумом в присутствии затравочной плазменной мишени, а именно развитие электрон-позитронного каскада в поле лазерных пучков, фокусируемых в форме электро- или магнитодипольных волн. Показана устойчивость исследованных режимов к погрешностям синтеза дипольной волны и другим параметрам системы, что дает основания для возможности наблюдения электрон-позитронного каскада в проектируемых в настоящее время мульти-петаваттных лазерных системах. Обнаружены новые режимы взаимодействия с электрон-позитронной плазмой, приводящие к формированию сильно локализованных лазерно-плазменных структур.

Исследованы особенности взаимодействия квантованного излучения с веществом в условиях сильной локализации поля и/или взаимодействующих с ним частиц. В частности, построена теория излучения фотонов неравновесной открытой квантовой системой в режиме парселловского усиления в субволновой квазидвумерной системе, проведено систематическое теоретическое исследование объемных и поверхностных поляритонов в вейлевских полуметаллах с нарушенной симметрией относительно обращения времени, а также построена теоретическая модель рождения электронно-дырочных пар в графене под действием мощного терагерцового импульса. Теория позволила количественно объяснить результаты экспериментов наших зарубежных коллег по нелинейной нано-масштабной диагностике графена с помощью нанозонда, подсвечиваемого ультракороткими лазерными импульсами. Исследованы особенности взаимодействия фотонов рентгеновского и вакуумного ультрафиолетового излучения с осциллирующим поглотителем, приводящие к возможности наблюдения акустически-индуцированной прозрачности и формирования последовательности аттосекундных импульсов. Впервые теоретически показана возможность формирования квантово-сжатого света в оптических волокнах из халькогенидного стекла.

Создан продвинутый стенд для изготовления и экспериментального исследования свойств микрорезонаторов на основе кварца и специальных мягких стекол. Экспериментально продемонстрированы различные сценарии генерации оптических частотных гребенок в кварцевых микросферах, а также оригинальные способы возбуждения рамановской генерации в халькогенидных микросферах. Построены численные модели лазерных, нелинейных и термооптических эффектов, результаты которых верифицированы экспериментально.

Внедрение результатов исследования:

Разработаны технологии изготовления микрорезонаторов на основе кварцевого стекла, позволяющие создавать микрорезонаторы с требуемыми характеристиками (диаметр, межмодовое расстояние, добротность) и хорошей повторяемостью параметров. Микрорезонаторы, созданные по данной технологии, используются в Институте телекоммуникаций Рижского технического университета для прикладных разработок в области высокоскоростных оптических телекоммуникаций.

Образование и переподготовка кадров:

  • Разработаны и дополнены курсы лекций: "Колебания и волны, оптика", "Нелинейные волны в оптике" для студентов-бакалавров факультета "Высшая школа общей и прикладной физики" и Радиофизического факультета ННГУ, "Introduction to Quantum Optics" для магистрантов факультета ВШОПФ ННГУ и аспирантов аспирантуры ИПФ РАН, "Nonlinear and quantum effects in optical fibers and microresonators" для аспирантов и постдоков Института телекоммуникаций Рижского технического университета.

  • Разработаны циклы учебно-научных экспериментальных работ "Нелинейное распространение фемтосекундных импульсов в волоконно-оптическом световоде" и "Измерение ультракоротких оптических импульсов" для студентов Радиофизического факультета ННГУ.

  • Разработаны и изданы 2 методических пособия.

  • Организованы стажировки сотрудников лаборатории по темам "Squeezing the quantum noise of short pulses of light" (Max Planck Institute for the Science of Light) и "Optical frequency combs for classical and quantum communication systems" (Institute of Telecommunications of the Riga Technical University, Riga, Latvia).

  • Организована стажировка в ИПФ РАН для постдоков из Института телекоммуникаций Рижского технического университета.

  • Организован симпозиум "Нелинейная динамика квантовых систем" в рамках XIX научной школы "Нелинейные волны – 2020", в которой приняли участие студенты и аспиранты.

  • Состоялись защиты двух кандидатских диссертаций сотрудников лаборатории.

Сотрудничество:

  • Институт физики света (Германия): совместные исследования, организация стажировок - опубликованы 9 совместных статей, 3 сотрудников лаборатории прошли стажировку.

  • Institute of Telecommunications of the Riga Technical University (Латвия): совместные исследования, организация стажировок - подписан меморандум о сотрудничестве, опубликовано 4 совместных статьи, 5 сотрудников лаборатории прошли стажировку, начат совместный постдок проект.

  • Texas A&M University (США): совместные исследования, научные визиты - опубликованы 5 совместных статей.

  • University of Queensland (Австралия): совместные исследования - опубликована совместная статья.

  • Sant Longowal Institute of Engineering and Technology, (Индия): совместные исследования, совместные научные проекты - подписан меморандум о сотрудничестве, опубликованы 2 совместные статьи, успешно завершен международный проект РФФИ.

Скрыть Показать полностью
Jiang T, Kravtsov V, Tokman M, Belyanin A, Raschke MB
Ultrafast coherent nonlinear nanooptics and nanoimaging of graphene, Nature nanotechnology, 2019 Sep, 14(9):838-43.
Radeonychev YV, Khairulin IR, Vagizov FG, Scully M, Kocharovskaya O.
Observation of acoustically induced transparency for γ-ray photons, Physical Review Letters, 2020 Apr;124(16):163602.
Long Z, Wang Y, Erukhimova M, Tokman M, Belyanin A.
Magnetopolaritons in Weyl semimetals in a strong magnetic field, Physical Review Letters, 2018 Jan 18;120(3):037403.
Andrianov AV, Kalinin NA, Anashkina EA, Egorova ON, Lipatov DS, Kim AV, Semjonov SL, Litvak AG
Selective excitation and amplification of peak-power-scalable out-of-phase supermode in Yb-doped multicore fiber, Journal of Lightwave Technology, 2020 Jan ; 38(8):2464-70.
Anashkina EA, Koptev MY, Andrianov AV, Dorofeev VV, Singh S, Leuchs G, Kim AV
Reconstruction of optical pulse intensity and phase based on SPM spectra measurements in microstructured tellurite fiber in telecommunication range, Journal of Lightwave Technology, 2019 Jun; 37(17):4375-81.
Andrianov A, Kalinin N, Anashkina E, Leuchs G.
Highly efficient coherent beam combining of tiled aperture arrays using out-of-phase pattern, Optics Letters, 2020 Sep 1;45(17):4774-7.
Anashkina EA, Andrianov AV, Corney JF, Leuchs G.
Chalcogenide fibers for Kerr squeezing, Optics Letters, 2020 Oct;45(19):5299-302.
Müller CR, Sedlmeir F, Martynov VO, Marquardt C, Andrianov AV, Leuchs G
The standard quantum limit of coherent beam combining, New Journal of Physics, 2019 Sep; 21(9):093047.
Andrianov AV, Anashkina EA.
Tunable Raman lasing in an As2S3 chalcogenide glass microsphere. Optics Express, 2021 Feb; 29(4):5580-7.
Efimenko ES, Bashinov AV, Bastrakov SI, Gonoskov AA, Muraviev AA, Meyerov IB, Kim AV, Sergeev AM.
Extreme plasma states in laser-governed vacuum breakdown, Scientific Reports, 2018 Feb; 8(1):2329.
Фотоальбомы
Вторник , 03.12.2019
Другие лаборатории и ученые
Лаборатория, принимающая организация
Область наук
Город
Приглашенный ученый
Период реализации проекта
Функциональные квантовые материалы

Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС"

Физика

Москва

Клингелер Рюдигер

Германия

2021-2023

Лаборатория спиновой физики двумерных материалов

Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук

Физика

Москва

Яковлев Дмитрий Робертович

Россия

2021-2023

Лаборатория магноники и радиофотоники им. Б.А. Калиникоса

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И.Ульянова (Ленина)

Физика

Санкт-Петербург

Костылев Михаил Павлович

Австралия, Россия

2021-2023