Лазерная спектроскопия, управление и контроль физико-химических процессов в молекулярных средах, кластерах и твердом теле

Выполнены комплексные исследования, а также анализ различных процессов, индуцированных лазерным излучением при резонансном возбуждении энергетических состояний в молекулах и твердотельных тонких образцах. Методом сверхбыстрой электронной дифракции с помощью созданного сверхбыстрого электронографа выполнены исследования процессов, индуцированных фемтосекундным излучением в тонких пленках одного из представителей фазоизменяемых материалов – GeTe. Продолжены работы по развитию молекулярных методов лазерного разделения изотопов ИК лазерным излучением. Исследована возможность использования для этого столкновительных процессов в двухкомпонентной молекулярной среде. Сделан обзор результатов, полученных в ходе разработки промышленной технологии лазерного разделения изотопов углерода на основе многофотонной диссоциации молекул излучением импульсного СО2 лазера Используя методы фемтосекундной спектроскопии, исследованы эффекты самовоздействия в массивах волноводов различных геометрий, изготовленных в плавленом кварце методом фемтосекундной лазерной записи. Теоретически предсказаны и экспериментально наблюдались состояния, формирующиеся при нелинейной локализации излучения на глубоких волноводах в точности периодической двумерной усеченной муаровой решетки, и ответвляющиеся от них практически беспороговые солитоны. Экспериментально зарегистрирована более чем десятикратная самокомпрессия фемтосекундных импульсов до длительности в несколько периодов светового поля в одномерных массивах волноводов. Продемонстрирован эффект индуцированной вращением локализации света в достаточно длинных вращающихся волноводных массивах. Наблюдались устойчивые топологические двумерные π-солитоны в массиве, где волноводы в элементарной ячейке, содержащей четыре волновода, осциллируют вдоль диагонали ячейки, установлено, что степень их локализации возрастает с увеличением амплитуды осцилляций волноводов. Наблюдалось возбуждение беспороговых солитонов в сотовых массивах волноводов с пентагональными или гептагональными дисклинациями в сердцевине сот. При когерентном возбуждения кристаллической решетки PbTe мощным терагерцовым импульсом зарегистрированы осцилляции анизотропии отражения, связанные с нелинейным возбуждением ТО фонона в кристалле. Зарегистрировано несколько происходящих одновременно фотоиндуцированных процессов в флуоресцентном диароциклопентеноне с арилиденовой функциональной группой: обратимая фотоэлектроциклизация и изомеризация, переход в излучающее состояние с переносом заряда и существенно более медленная дополнительная фотоциклизация. Методами ультрабыстрой спектроскопии фотонаведенного поглощения и люминесценции исследованы процессы переноса энергии и релаксации электронного фотовозбуждения в комплексах высокоэффективных люминесцентных комплексов для оптоэлектроники и нанофотоники на основе ионов Eu3+. Экспериментально и численным моделированием исследован процесс формирования множества филаментов и плазменных каналов в оптическом вихре фемтосекундной длительности, а также динамика нелинейно-оптического взаимодействия световой пули, формируемой мощным фемтосекундным импульсом накачки среднего ИК-диапазона на 3600 нм в кристалле фторида кальция. Разработан спектрометр миллиметрового диапазона длин волн для исследования вращательных спектров молекул и слабосвязанных молекулярных комплексов в сверхзвуковой газовой струе. Спектрометр использует в качестве источника излучения высокостабильный СВЧ-синтезатор (1-22 ГГц) в сочетании с активными умножителями частоты и охватывает диапазон 50-170 ГГц. Газ истекает из сопла вдоль направления распространения излучения, которое совершает два прохода через вакуумную камеру. Для этого импульсное сопло размещено в центре уголкового отражателя, на которое фокусируется излучение. Поглощение в струе регистрируется детекторными диодами с барьером Шоттки. Предложенная схема соосного распространения излучения и молекулярного пучка обеспечивает лучшую чувствительность и более высокое спектральное разрешение по сравнению с обычно используемой перпендикулярной конфигурацией. Инструментальное разрешение спектрометра составляет 30-40 кГц, а погрешность измерения частоты оценивается в 3-4 кГц. Зарегистрированные спектры редких изотопологов CO и слабосвязанных комплексов Ne–CO демонстрируют возможности нового спектрометра. Сообщается о результатах усовершенствования разработанного ранее лазерного ультрамикроскопа «светового листа», работающего в режиме регистрации упруго рассеянного излучения на несмещенной частоте. Описывается усовершенствованная методика численного анализа индивидуальных траекторий броуновского движения одиночных наночастиц в водных средах с компенсацией искажений, вносимых процессами конвекции, позволяющая оперативно определять индивидуальные размеры изучаемых наночастиц, включая наночастицы органической или биологической природы. Сообщается о новой методике экспериментального определения степени кластеризации коллоидных наночастиц в водных растворах на основе анализа зависимости величины измеряемых с помощью разработанного ультрамикроскопа сигналов упругого рассеяния света от наблюдаемых наночастиц от значений их гидродинамического радиуса, развитой за отчетный период. Приводятся результаты исследований в водных растворах процессов кластеризации одиночных коллоидных нанокристаллов фосфата лантана, активированных редкоземельными ионами празеодима (LaPO4:Pr3+), имеющих форму моноклинных стержней, перспективных для применения в рентгеновской тераностике рака, синтезированных с применением модифицированного метода химического осаждения в водном растворе с последующей гидротермальной микроволновой обработкой. Исследования проводились с применением разработанного в коллективе, модифицированного за отчетный период высокочувствительного лазерного ультрамикроскопа «светового листа». Сообщается о новых результатах сравнительного исследования возможностей оптической диагностики размеров наночастиц, помещенных в водную среду, с использованием разработанного лазерного ультрамикроскопа «светового листа» и промышленного прибора Zetasizer Pro, произодства фирмы Malvern Instruments Ltd (Великобритания), работающего с использованием метода динамического рассеяния света, а также в сухом виде, с применением просвечивающего электронного микроскопа. Приводятся результаты ультрабыстрых спектральных и временных измерений субнаносекундной люминесценции ионов марганца (Mn2+) в микрокристаллах керамики на основе тетрабората лития (Li2B4O7), легированного ионами марганца, а также легированного совместно ионами олова с марганцем (Sn/Mn) и ионами меди c марганцем (Cu/Mn), при лазерном импульсном пикосекундном возбуждении в области длин волн 350-370 нм.