МГУ–2014: Международный учебно-научный лазерный центр

Общие сведения. Международный учебно-научный лазерный центр (МЛЦ) был создан в 1989 г. Центр занимается организацией исследований на стыках лазерной физики и других естественных наук – биологии, химии, медицины, экологии, а также обучением и переподготовкой специалистов (в т.ч. иностранных), уже имеющих высшее образование.

МЛЦ является обособленным подразделением МГУ. В своей деятельности МЛЦ широко использует международную кооперацию, привлекает иностранных учёных для проведения совместных научных исследований и учебной работы.

 

Наука. МЛЦ является исполнителем исследований по грантам РНФ (4), РФФИ (48), президентским грантам молодым учёным (2), а также госконтракту, ФЦП и ряду хоздоговоров.

Продолжалось выполнение гранта Президента РФ на поддержку ведущих научных школ по теме «Терагерцовая оптика для нано- и биотехнологий» (рук. проф. В.А.Макаров). Среди членов школы 14 молодых учёных, т.ч. 4 аспиранта и 3 студента физического факультета.

Сотрудниками зарегистрировано 3 патента.

 

В 2014 г. МЛЦ проводил научную работу по основным направлениям:

1. Фундаментальные проблемы лазерной физики и нелинейной оптики;

2. Перспективные лазерные технологии;

3. Лазерная химия, биофизика и биомедицина;

4. Cверхсильные световые поля и их применение

5. Физика поверхности и наноструктур;

6. Квантовая оптика и физика квантовой информации.

 

Основные научные достижения в 2014 г.

Созданы квантовая и полуклассическая модели развития сверхбыстрой оптической нелинейности в диапазоне среднего ИК. Показано, что особенности ионизации, происходящей на временах сравнимых с половиной периода возбуждающего лазерного поля, являются ключевым физическим фактором, контролирующим свойства оптической нелинейности как функции длины несущей волны и интенсивности возбуждающего лазерного поля.

Обнаружен и исследован эффект кругового дихроизма излучения оптической второй гармоники в планарных хиральных метаматериалах – перспективных объектах для управления параметрами электромагнитного излучения.

Экспериментально и теоретически исследовано четырёхволновое смешение при филаментации в воздухе.

Разработаны новые схемы детектирования импульсного и непрерывного терагерцового излучения на основе параметрического преобразования частоты в нелинейно-оптических средах.

МЛЦ принял участие в международном проекте, в котором небольшой чемодан с образцами полимерных солнечных батарей объехал около 50 лабораторий по всему миру, в которых измерялся их КПД в натурных условиях. Были проведены измерения зимой при температуре воздуха ниже -10°С.

Синтезированы новые молекулы полупроводников, стабильные в естественной атмосфере и способные образовывать монослойные плёнки. На их основе разработаны органические полевые транзисторы с характеристиками на уровне лучших монослойных устройств органической электроники.

Разработаны эффективные жидкофазные методы роста молекулярно гладких органических кристаллов для оптоэлектроники, являющихся перспективными для развития печатной электроники.

Разработана экспериментальная схема широкополосного параметрического усиления лазерного излучения при пикосекундной накачке для реализации широкополосной когерентной активной Рамановской спектроскопии газовых потоков и пламён, что позволяет измерять их температуру в реактивных и ракетных двигателях.

Выполнено импульсное лазерное отбеливание образцов старинной бумаги, перспективное для диагностики предметов старины Полученные результаты могут использоваться для диагностики старинных документов.

 

Исследован процесс переноса энергии в гибридных комплексах из различных квантовых точек и фоточувствительных белков на поверхности токопроводящих ITO-электродов с использованием методов электростатического и координационного связывания молекул.

С помощью лазерной микроскопии, иммуноферментного анализа и оценки функциональных параметров митохондрий показано, что последние являются ключевым звеном внутриклеточной сигнализации, а митохондриально-направленные вещества могут являться основой терапевтической стратегии для лечения патологий органов.

Изучена динамика формирования и релаксации сигнального состояния фотоактивного белка ОСР (оранжевого каротиноидного белка) в цианобактериях и его роль в процессе нефотохимического тушения как механизме фотопротекции.

Разработан алгоритм измерения асимметрии распределения эритроцитов по деформируемости на основе данных лазерной дифрактометрии эритроцитов в сдвиговом потоке, испытанный на образцах крови крыс.

Разработана модель фотоионизации твёрдых тел, применимая к световым импульсам произвольной длительности, частоты и формы, и предсказывающая возможность создания элементов электроники с петагерцовым быстродействием.

Показано, что за областью сильной ионизации в газе можно сформировать длинный световой канал, в котором стабильная пространственная мода поддерживается за счёт керровского эффекта высоких порядков. Анализ экспериментов при моделировании на вычислительных комплексах СКИФ-МГУ «Чебышёв» и «Ломоносов» показывает, что в пределе пренебрежимо малой ионизации такая постфиламентационная динамика пучка напоминает сценарий его крупномасштабного самоканалирования.

Экспериментально получена генерация импульсов длительностью порядка одного периода поля в среднем инфракрасном диапазоне, что является рекордным значением для лазерных импульсов на длинах волн более 4 мкм.

Получен пучок гамма-излучения с использованием компактного тераваттного фемтосекудного лазера, что открывает новые перспективы для гамма-радиографии и её применения в задачах материаловедения и противодействия распространению делящихся материалов.

Разработана методика диагностики смешанных атомарно-молекулярных кластеров при воздействии на них интенсивного фемтосекундного лазерного излучения и создан двухэнергетический источник жёсткого рентгеновского излучения.

Экспериментально показано формирование микроструй и оптимизация высокостабильного пикосекундного рентгеновского микроисточника при воздействии на поверхность жидкого металла релятивистски интенсивным сверхкоротким лазерным импульсом.

 

Изучен синтез квазисферических наночастиц серебра в порах нанопористого стекла и аэрогеля, имеющих широкий диапазон применений в химии, энергетике, медицине, биоинженерии и пищевой промышленности. Выполнена оценка их размера и степени отклонения формы от сферической по спектрам экстинкции.

Исследованы адсорбционные свойства исходных и функционализированных наноалмазов в водных суспензиях по отношению к ионам тяжёлых металлов (свинец, медь) и нитратам.

Продемонстрирована принципиальная возможность выделения флуоресценции наночастиц на фоне собственной флуоресценции биологической среды с использованием нейросетевых алгоритмов.

Впервые исследовано распределение поляризации ближнего поля плазмонного наносфероида, взаимодействующего с плоской электромагнитной волной произвольной поляризации. Показано, что это распределение имеет сложную структуру и принципиально зависит от поляризации падающего излучения и параметров плазмонного резонанса наночастицы.

 

Впервые экспериментально продемонстрирован сверхкомпактный зонд из оптического волокна с квантовым датчиком на основе NV-центра в алмазе, имеющий высокую чувствительность при высокоскоростной визуализации слабых магнитных полей и термометрии биологических тканей на уровне отдельных клеток в экспериментах на живых организмах.

Развита квантовая теория генерации четырёхмодовых и шестимодовых кластерных квантовых состояний, формируемых соответственно в связанных двух и трёх волноводных каналах. Показано, что применение двухмодовых запутанных состояний в алгоритме квантового подсвечивания при временном кодировании позволяет увеличить объём передаваемой информации.

Продемонстрирован эффект поляризационного эха с помощью процедуры томографии квантового процесса. При изучении яркого сжатого вакуума и сжатого однофотонного состояния экспериментально наблюдалась интерференция Хонга-Оу-Манделя для ярких «пучков-близнецов» и её аналоги для тепловых и когерентных состояний. Метод поляризационной квантовой томографии Карасёва и Масалова был впервые применён для реконструкции поляризационной функции Вигнера когерентного состояния. Экспериментально показано, что она принимает отрицательные значения.

 

Учебная работа. По программе повышения квалификации «Автоматизация измерений и управления экспериментом» прошли обучение 3 слушателя.

 

Конференции. Сделано 156 докладов на российских и международных конференциях, В 70% докладов авторами/соавторами выступали студенты и аспиранты МГУ.

Организованы и проведены 7 национальных и международных школ и конференций:

– Chinese-Russian Laser Physics Symposium (Tiandjin, China);

– 23th International Laser Physics Workshop (LPHYS'14) (Sofia, Bulgaria);

– 22nd International conference on Advanced Laser Technologies (ALT-2014) (Cassis, France);

– International Conference on Laser Applications in Life Sciences (LALS-2014) (Ulm, Germany);

– VIII международная конференция «Фундаментальные проблемы оптики 2014» (Санкт-Петербург, Россия);

– 16th International on Laser Optics (LO 2014), St. Petersburg (St. Petersburg, Russia);

– международная беломороская школа-конференция по оптике прибрежных вод (ББС МГУ).

 

Публикации. Опубликовано 217 статей в ведущих отечественных и зарубежных научных журналах, 16 монографий и учебных пособий. Студенты и аспиранты различных факультетов стали авторами и соавторами более чем 80% статей и докладов. 68 статей из полного числа публикаций представлены в топ 25% ведущих научных журналов по версии Web of Science, таких как Nature Comunications, Phys. Rev. Lett., Opt. express, Opt. Lett.