Грант РНФ 22-72-10076. Поляризационно-управляемая мультимасштабная плазмо-индуцированная самоорганизация вещества в твердых диэлектриках под действием ультракоротких лазерных импульсов

Прямая лазерная запись структур нано- и микрофотоники в объеме прозрачных твердых диэлектриков ультракороткими лазерными импульсами (УКИ) является отработанной и универсальной технологией создания волноводных цепей, преобразователей поляризации, элементов и устройств оптической памяти с функционалами фазового сдвига и орбитального момента [Lei et al. ""High speed ultrafast laser anisotropic nanostructuring by energy deposition control via near-field enhancement."" Optica 8.11 (2021): 1365-1371; Wang et al. ""100‐Layer Error‐Free 5D Optical Data Storage by Ultrafast Laser Nanostructuring in Glass."" Laser & Photonics Reviews (2022): 2100563.]. Сложная мультимасштабная иерархическая организация записанных субволновых наноструктур вещества в объеме диэлектриков [Kudryashov et al. ""Birefringent microstructures in bulk fluorite produced by ultrafast pulsewidth-dependent laser inscription."" Applied Surface Science 568 (2021): 150877] поднимает вопрос о динамической наномасштабной самоорганизации электромагнитных полей, плазмы и вещества в ходе прямой записи структур с помощью УКИ, что представляет собой чрезвычайно сложную, самосогласованную задачу описания взаимодействий электромагнитных полей, плазмы и вещества, превосходящую по сложности даже задачу описания микромасштабной филаментации УКИ. С другой стороны, многие ключевые параметры мультимасштабных явлений нелинейного распространения и поглощения УКИ в диэлектриках с учетом дефокусировки и поглощения энергии электрон-дырочной плазмой, ее суб-пикосекундной динамики и транспорта, переноса энергии в ионную подсистему и структурной трансформации последней (например, повреждения путем автолокализации носителей и самоорганизации френкелевских точечных дефектов) до сих пор неизвестны, что существенно ограничивает предсказательную силу, а также саму возможность решения сложных самосогласованных задач взаимодействия электромагнитных полей, плазмы и вещества. В итоге, дальнейший технический прогресс методов прямой лазерной записи инновационных функциональных нано- и микроструктур в диэлектриках пока идет вслепую, без ясного понимания фундаментальной физической картины взаимосвязей полевых, плазменных и материальных подсистем. В настоящем проекте планируется на первом этапе детальное экспериментальное изучение ключевых параметров распространения УКИ в диэлектриках и вызванной этим электронной, ионной и структурной динамики для последующего теоретического моделирования локальных процессов фотовозбуждения и релаксации плазмы. На втором этапе с помощью импульсов УФ - среднего ИК диапазона с варьируемой поляризацией будут генерироваться и динамически зондироваться динамические самоорганизованные наноструктуры плазмы в объеме диэлектриков, и будет сформулирована и решена самосогласованная задача описания связанных с этим наномасштабных взаимодействий электромагнитных полей и плазмы. На третьем этапе, с помощью поляриметрической микроскопии и конфокальной микроспектроскопии комбинационного рассеяния света будут исследованы сформированные в объеме диэлектриков самоорганизованные материальные наноструктуры и микроскопические механизмы их формирования. В итоге синергических экспериментальных и теоретических исследований будет сформирована общая картина прямой лазерной записи мультимасштабных периодических нано- и микроструктур в объеме диэлектриков под действием УКИ с варьируемой поляризацией, разработаны поляризационные динамические и статические методы характеризации объемных структур.