Фундаментальная и прикладная фотоника, лазерная физика, квантовая и нелинейная оптика, оптика и спектроскопия атомно-молекулярных систем, микро- и наноструктур, конденсированных сред и композитных материалов

Цель проекта – проведение передовых исследований в области фундаментальной и прикладной фотоники, квантовой и нелинейной оптики, квантовой информатики, оптики и спектроскопии микро- и наноструктур, физики атомно-молекулярных систем, фото- и электролюминесценции новых материалов, рентгеновской оптики, прецизионной и высокочувствительной спектроскопии, кинетики и диагностики плазмы. Решаемые задачи – В рамках проекта планируется исследование разнообразных процессов взаимодействия оптического излучения с наноразмерными и микроструктурированными системами. Основной акцент будет сделан на изучение процессов вынужденного рассеяния света, многофотонно-возбуждаемой люминесценции, нелинейного поглощения света. Значительное внимание будет уделено проведению передовых теоретических исследований в области квантовой динамики, кинетики и спектроскопии ряда атомно-молекулярных систем. К числу важных для квантовой оптики фундаментальных задач относятся проведенные в проекте теоретические исследования методов генерации и характеризации однофотонных состояний света. Основной акцент здесь будет сделан на практические применении таких методов в квантовой коммуникации, в частности, в КРК (квантовое распределение ключа). К числу практически важных задач относятся, в частности, исследования и разработки новых спектральных приборов для их использования в вакуумно-ультрафиолетовом (ВУФ) и рентгеновском диапазонах спектра. В проекте будут продолжены комплексные экспериментальные исследования ранее обнаруженного явления генерации короткого импульса когерентного рентгеновского излучения. К актуальным и практически важным исследованиям относятся наши разработки научно-технических основ создания квантоворазмерных систем на основе различных материалов в качестве источников одиночных фотонов и эффективных светоизлучающих устройств. Участники проекта сориентированы на осуществление целенаправленного поиска соответствующих перспективных люминесцентных материалов и устройств для применения их в нанофотонике, электролюминесценции, сцинтилляционных детекторах излучений и в ряде других практических областей науки и техники. Методология проведения работы – в ходе выполнения поставленных в рамках Государственного задания задач проекта проводилось изучение широкого круга проблем современной оптики, лазерной спектроскопии, физики атомно-молекулярных систем, нано- и микро-структур, физики конденсированного состояния, спектроскопии, кинетики и диагностики плазмы, включающее в себя экспериментальные и теоретические исследования, а также компьютерное моделирование указанных систем и происходящих в них физических процессов. Результаты работы 1. Обнаружен новый тип вынужденного рассеяния света в средах с нелинейным поглощением света (в наноколлоидах серебра в толуоле и ZnO в воде) при пикосекундном лазерном возбуждении. 2. Впервые экспериментально показано значительное увеличение эффективности генерации второй гармоники при замораживании суспензии частиц ниобата лития (LiNbO3) при нано- и пикосекундных длительностях импульсов накачки. 3. Реализована модернизация устройства эксимерного лазера с целью улучшения экологичности, безопасности и повышения экономичности использования. 4. Предложен новый способ определения отношения концентраций NV–- и NV0-центров в заданной точке алмаза на основе явления фотохромизма NV-центров. 5. Показано появление в кристаллах ниобата и танталата лития при их легировании дополнительных полос второго порядка в спектрах КР, соответствующих связанным состояниям фононов или поляритонов. 6. Разработана технология получения кварцевых частиц с размерами 7 – 500 нм, устойчивых к агрегации для создания нанокомпозитов и новых оптических материалов на основе синтетических опаловых матриц с заданными параметрами. 7. Впервые экспериментально получены данные по спектральным характеристикам вынужденного низкочастотного рассеяния света (ВНКР) в диапазоне спектральных смещений меньше 5 гигагерц в синтетических опалах. 8. Для плазмы смесей инертных газов Rg/Xe (Rg = Ar, Kr) рассчитаны спектры поглощения и испускания света при T = 300-900 K. Для фотопоглощения установлен доминирующий вклад фотодиссоциации и связанно-связанных переходов. Для спектров излучения ионов XeAr+ и XeKr+ продемонстрировано отличное совпадение с имеющимися экспериментальными данными. 9. Разработаны методы и компьютерные программы, основанные на квазимолекулярном подходе для расчёта сечений с изменением зарядового состояния налетающих тяжёлых ионов (перезарядка и ионизация) в области сверхнизких энергий Е= 10 – 100 эВ/н. 10. Создана новая программа для расчёта времен жизни ионных пучков, охлаждаемых электронным (СЭО), при сверхнизких относительных энергиях электронов 10-4 – 10 эВ. 11. В рамках метода FDTD предложен оригинальный способ описания дисперсной нелинейно-оптической восприимчивости молекулярных агрегатов цианиновых красителей. 12. Разработана расширенная квантовая кинетическая модель, описывающая нелинейно-оптическое взаимодействие молекулярных агрегатов с лазерными импульсами. 13. Впервые детально исследована проблема детектирования одиночных фотонов с учетом их модуляции в неоперационных степенях свободы. 14. Разработаны методики оценки безопасности систем КРК и исследованы основные параметры протокола ВВ84 с учетом возможностей генерации одиночных фотонов. 15. Реализован стигматический спектрограф на область длин волн 11 – 14 нм со спектральной разрешающей способностью 103 и пространственным разрешением 26 мкм. 16. Предложена схема одноэлементного монохроматора высокого разрешения с экспоненциальной зависимостью частоты штрихов VLS-решетки от координаты. 17. Разработана оригинальная схема стигматического двухэлементного спектрометра с веерной дифракционной решеткой, установленной в схеме конической дифракции. 18. Разработаны новые модификации универсальных компактных ВУФ спектрометров скользящего падения. 19. Обнаружен нелокальный эффект влияния анода на распределение электронов по энергиям, проявляющийся в обеднении энергетического спектра медленными электронами. 20. Проведены исследования нового физического явления – генерации импульсного рентгеновского излучения, возникающего в начальной стадии сильноточного разряда по поверхности феррита. 21. Изучен спектральный состав излучения; исследованы его пространственные характеристики; установлена резкая асимметрии в угловом распределении интенсивности излучения. 22. Проведены комплексные исследования собственной люминесценции большого набора широкозонных оксидных материалов, обладающих разным химическим составом. 23. Экспериментально изучено ориентационное взаимодействие структурированных лазерных пучков (вихревых пучков и пучков с аксиально-симметричным распределением поляризации) и полимерных нематических жидких кристаллов. 24. Показано, что гибридные устройства– массив наноантенн состоящих из плазмонного нанокубика, помещенного в резонатор-полость, позволяют увеличить скорость люминесценции коллоидных квантовых точек, расположенных рядом в ~ 80 раз. 25. Создан и исследован высокотемпературный люминесцентный термометр с пределом рабочей температуры 130 оС и температурной чувствительностью 1.5%/ на основе координационных соединений лантанидов (антраценат неодима-иттербия-гадолиния). 26. Достигнута рекордная величина эффективности ИК-электролюминесценции иттербия 441 мкВт/Вт при использовании перспективного комплекса иттербия с 2-(тозиламино)-бензилиден-N-(2-бензоил)-гидразоном и бром-замещенным лигандом. 27. Изучены фото- и электролюминесцентные свойства координационных соединений ионов Yb3+ и Nd3+. Показана возможность создания на их основе источников (органических светоизлучающих диодов ИК-излучения ближнего диапазона (808-1300нм). 28. Изучены фотофизические свойства координационных соединений иона Nd3+ и Yb3+ . 29. Продемонстрировано, что смешанно-металлический комплекс вида {(NMe2H2)[Eu0,1Tb0,9(TDA)(HCOO)]} является селективным ратиометрическим люминесцентным сенсором на ионы Zn2+. За отчетный период подготовлено 109 статей в высокорейтинговых рецензируемых журналах, индексируемых в системах WoS, Scopus или РИНЦ, 47 докладов на международных и всероссийских конференциях и симпозиумах.