3. Физика волновых и лазерно-индуцированных процессов, квантовых состояний и неравновесных систем: фундаментальные и прикладные аспекты квантовых технологий, биофотоники, прецизионной интерференционной и компьютерной оптики, синтеза новых функциональных материалов, создания источников излучения и фотонных устройств нового поколения.

сновной целью проекта является получение новых фундаментальных знаний о механизмах и закономерностях волновых и лазерно-индуцированных процессов, квантовых состояний и неравновесных систем для разработки на их основе новых технологий квантовой оптики и электроники, биофотоники, прецизионной интерференционной и компьютерной оптики, синтеза новых функциональных материалов, создания источников излучения и фотонных устройств нового поколения. Проект направлен на выполнение комплексных исследований по нескольким основным направлениям. Лазеры для навигации, геофизики, медицины. Развитие методов спектроскопии высокого разрешения, улучшение характеристик разрабатываемых квантовых генераторов с оптической накачкой, решение технологических проблем создания компактных стандартов частоты, разработка малошумящих задающих фотонных СВЧ генераторов, высокочувствительных квантовых магнитометров, гироскопов. Эффективные лазерные источники излучения. Разработка новых подходов и развитие технологий синтеза твердотельных сред для лазерной генерации: твердых растворов соединений А2В6 и халькогенидных стекол на основе соединений серы, селена и теллура, легированных различными примесями (двухвалентными ионами переходных металлов, ионами редкоземельных элементов). Оптимизация параметров синтезированных активных лазерных сред для разработки эффективных источников лазерного излучения в среднем ИК-диапазоне (длины волн 2-7 мкм), в т.ч. полупроводниковых дисковых лазеров сине-зеленой области спектра для создания на их основе когерентных излучателей в среднем УФ-диапазоне. Разработка новых лазеров среднего УФ диапазона на основе гетероструктур GaN/AlN с накачкой электронным пучком. Лазерные и нано технологии. Развитие технологии лазерной модификации поверхностей различных материалов и формирования C:F нанопокрытий с помощью УФ излучения мощных электронно-пучковых эксимерных лазеров для перспективных приложений в материаловедении. Разработка технологии лазерного спекания изделий из порошков карбида кремния и поисковые исследования по применению лазерных технологий для аддитивного формирования конструктов из самосвязанного карбида кремния. Изучение возможностей использования оптического и лазерного излучения в задачах восстановительной и фотодинамической терапии, в т.ч. для интенсификации процессов оксигенации тканей, фотодеструкции и термоэлиминации патологических тканей, трансформированных компонентов кожи, слизистых оболочек. Развитие физико-химических основ лазерной обработки, в том числе комбинированной, исследование структурных, прочностных, коррозионных, трибомеханических характеристик многокомпонентных конструкционных и инструментальных сталей и сплавов при воздействии лазерного излучения различных диапазонов длительности, лазерный синтез композиционных пленочных материалов, анализ возможности применения синтезированных материалов для создания пьезо- и пироэлектрических сенсоров на их основе. Получение полиметаллических металлуглеродных коллоидных систем с помощью формирования электрического разряда в лазерно-индуцированном коллоиде на основе органических растворителей, перспективных для применения в химической промышленности, медицине и других областях. Развитие расчетно-теоретических моделей для описания процессов, приводящих к модификации механических и коррозионных свойств материалов при воздействии лазерного излучения с различным диапазоном длительности импульсов. Верификация развиваемых моделей и расчетных кодов на основе опубликованных в литературе результатов и экспериментальных данных. Динамика волновых процессов и квантовых состояний, кинетика неравновесных сред. Развитие методов оптического контроля молекулярных квантовых состояний. Поиск молекул, пригодных для оптического контроля. Получение и изучение молекул в чистых квантовых состояниях. Спектроскопия и динамика молекул в чистых квантовых состояниях (АМО физика). Разработка и создание новых научных установок для сверхчувствительной молекулярной спектроскопии в газовой фазе. Определение характеристик и особенностей динамики МГД-волн в плазменных резонаторах природного происхождения с учетом неадиабатических процессов в плазме и геометрической дисперсии для задач МГД сейсмологии и астрофизических приложений. Получение новых кинетических данных для элементарных процессов с целью создания физически обоснованных моделей горения, низкотемпературной плазмы, атмосферных, астрохимических и биохимических процессов. Теоретическое исследование механизмов и кинетики роста циклических и линейных углеводородов в условиях горения и космоса. Исследование нелинейной динамики и стабилизации оптического поля широкоапертурных полупроводниковых лазеров с вертикальным резонатором с учетом фактора Генри, диффузии носителей, динамики поляризуемости активной среды и внешней оптической инжекции. Развитие кинетических моделей газовых смесей, возбуждаемых электрическим разрядом, для создания лазера с оптической накачкой на метастабильных атомах инертных газов (ЛОНИГ) и других плазмохимических устройств и методов диодно-лазерной диагностики газоразрядной плазмы. Изучение неравновесной кинетики дефектов в металлах и сплавах при импульсном ударном воздействии на материалы. Структурированные световые поля. Теоретический и экспериментальный поиск новых эффективных методов получения световых полей с заданными пространственными распределениями интенсивности, фазы, состояния поляризации, плотности углового момента для лазерных пинцетов, наноскопии, квантовой передачи и кодирования информации, взаимодействия с веществом, создания квантовых сенсоров. Разработка новых жидкокристаллических устройств для динамического управления характеристиками световых полей в адаптивной микроскопии и наноскопии, в системах изображающей спектроскопии (совместно с ЛОЭП ФИАН), лазерных измерительных системах, для создания адаптивно-оптических измерительных систем нового поколения. Перспективная фотоника и сенсорика. Изучение на фундаментальном уровне механизмов фотофизических процессов в одиночных квантовых излучателях и их ансамблях. Развитие расчетно-теоретических методов исследования кооперативных оптических явлений и эффектов многократного рассеяния излучения в ансамблях квантовых излучателей. Развитие ультрасовременного направления высокоэффективной микроскопии второй гармоники для визуализации электрохимических процессов в модельных и живых объектах при различных физиологических условиях. Разработка чувствительных методов характеризации водных интерфейсов и поверхностей, перспективных для использования в молекулярной биологии, биофотонике, здравоохранении, пищевой и химической промышленности. Разработка новых электрохимических методов синтеза золотых SERS-активных метаповерхностей для биомедицинских приложений. Создание новых функциональных материалов. Прогнозирование, синтез и экспериментальное исследование свойств гибридных микропористых материалов и наночастиц на основе металл-органических координационных соединений для использования в оптических сенсорах, нелинейной оптике, фотовольтаике, фотокаталитическом и электрохимическом получении водорода, электронике нового поколения. Определение механизмов образования гомолептических комплексов Li(A)n и Fe(A)n с использованием масс-спектрометрии и высокоуровневых квантово-химических расчетов. Достижение заявленных целей будет способствовать импортозамещению высокотехнологичной продукции и обеспечению научно-технологического суверенитета РФ в области квантовых и лазерных технологий, прецизионной и компьютерной оптики, материаловедения, биофотоники и сенсорики.