|
| |
 |
|
Основное направление работ группы — разработка методов высокоточного (на уровне стандартов) измерения частот оптического диапазона и использования этих методов в экспериментах, имеющих целью прецизионное измерение фундаментальных физических констант и проверку фундаментальных физических теорий. Примером таких экспериментов могут служить эксперименты по прецизионной спектроскопии атомом водорода, дейтерия, мюония, давших в результате материал для проверки квантово-электродинамической теории и новые, на несколько порядков более точные, значения ряда фундаментальных физических констант.
В группе создана уникальная экспериментальная установка по абсолютному измерению оптических частот. Установка включает в себя лазерный спектрометр сверхвысокого разрешения на базе перестраиваемого титан-сапфирового лазера, лазерный спектрометр сверхвысокого разрешения на базе перестраиваемого лазера на центрах окраски, стандарт частоты на базе полупроводникового лазера, стабилизированного по резонансу насыщенного поглощения в рубидии, стандарт частоты на базе СО2 лазера , стабилизированного по резонансу насыщенного поглощения в СО2 газе. В настоящее время совместно с группой 1.3. создается новая более универсальная установка на основе фемтосекундного лазера, которая должна существенно повысить точность измерений, упростить процедуру измерений и расширить диапазон измеряемых частот.
Группа занимается созданием атомно-оптического интерферометра на медленном монохроматическом пучке атомов магния.
Оптические интерферометры являются высокочувствительными физическими приборами, широко используемыми в настоящее время во всех областях науки и техники. После предсказания Де Бройля (1924 г.), состоящего в том, что все материальные частицы обладают волновыми свойствами, экспериментально были продемонстрированы дифракция электронов, нейтронов и атомов. Поскольку чувствительность интерферометров увеличивается с уменьшением длины волны, интерферометры на основе материальных волн должны быть значительно чувствительнее оптических, так как длина волны Де Бройля составляет величину, порядка десятков пикометров для тепловых атомов. Электронная и нейтронная интерферометрия в настоящий момент являются мощными инструментами для проведения фундаментальных физических экспериментов.
По сравнению с электронной и нейтронной, атомная интерферометрия имеет следующие преимущества:
Идея атомного интерферометра была запатентована Алтшулером и Франсом (Altshuler and Franz) в 1973. Основной сложностью создания атомных интерферометров является трудность создания «оптических элементов», таких как «зеркала и делительные пластинки» для нейтральных атомов. Быстрый прогресс последнего десятилетия в технологии создания микроструктур и достижения в управлении движением атомов с помощью лазерного излучения позволили создать такие элементы для нейтральных атомов. В результате, в начале 90х годов были созданы атомные и молекулярные интерферометры (см. обзор “Atom Interferometry”, edited by P. R. Berman, Academic press, San Diego, 1997).
К наиболее интересным приложениям атомной интерферометрии относятся:
Целью данного проекта являлось создание атомно-оптического интерферометра на основе пучка
атомов магния, при этом, для расщепления и рекомбинации волн Де Бройля используется эффект отдачи
при когерентном взаимодействии атомов с резонансным лазерным излучением. Такой тип интерферометра
имеет очень близкую аналогию с методом разнесенных полей в оптической спектроскопии сверхвысокого
разрешения. Геометрия трех стоячих разнесенных оптических полей впервые была предложена сотрудниками
нашего института (Dubetsky, B. et al. (1984). Pis'ma Zh. Eksp. Teor. Fiz. 39, 531) для создания
атомного интерферометра. Конкретно, нами был реализован интерферометр на основе 4х бегущих
оптических волн, предложенный Х. Борде (Borde', Ch. J. (1989). Phys. Lett. A 140, 10) работающий
на таком же принципе, что и интерферометр на основе трех стоячих волн.
Схема интерферометра представлена на рис. 1.
Рис. 1. Схема 4-х зонного атомно-оптического интерферометра.
Двухуровневый атом (a — нижний уровень, b — верхний уровень) взаимодействует с резонансными
лазерными полями на частоте 
wab/2p.
Среди сотрудников лаборатории 1 доктор физико-математических наук (биофизик) и 2 кандидата биологических наук (биофизик и биохимик). Среди молодых специалистов 2 выпускника физфака НГУ и выпускники физтеха НГТУ.
Лаборатория ведет исследования по проблеме взаимодействия лазерного излучения с веществом (одна из двух генеральных проблем Института лазерной физики).
В рамках этой проблемы лаборатория выполняет две темы:
Основной задачей первой темы является поиск первичной фотомишени субмиллиметрового излучения в биологических системах, познания тонких механизмов влияния излучения на биологические системы, выяснения процессов взаимодействия этого излучения и живых систем.
Дело в том, что этот диапазон является «белым пятном» в наших представлениях о влиянии электромагнитных полей на живые существа, в силу его практической неизученности. Особенностью этого диапазона является то, что энергия кванта меньше KT (частоты терагерцного уровня), поэтому может влиять только на конформацию молекулы и что живые системы имеют собственные колебания также терагерцной частоты. Здесь возможны резонансные эффекты. В лаборатории получены первые результаты уменьшения частоты мутаций, вызванных гамма-облучением, после облучения субмиллиметровым лазером. Возможные темы дипломных работ будут связаны с поисковыми исследованиями в рамках решаемой проблемы.
Вторая тема исследований обусловлена тем, что чувствительность современных аналитических приборов недостаточна для анализа многих веществ, информация о составе и концентрации которых необходима для постановки медицинского диагноза, для исследования лекарственного сырья и в технологии производства лекарственных препаратов, для анализа качества нефти и горюче-смазочных материалов, питьевой и технологической воды, для обнаружения веществ, находящихся в пробе в сверхнизких концентрациях, как естественных веществ, так и микропримесей в экологии и криминалистике и т. д. Поэтому нужно создать детектор, который будет на несколько порядков чувствительнее существующих. В этом может помочь лазерных луч, поскольку при ламповых источниках имеются большие потери энергии.
Для разработки детектора необходимо проведение академических исследований в области спектроскопии сложных органических молекул, исследования особенности флуоресценции таких молекул после лазерного облучения ультрафиолетового диапазона, изучения фотохимических процессов, происходящих при этом. В лаборатории имеется уникальный исследовательский стенд, включающий в себя лазерный источник УФ излучения в средней области, микрокювету, систему регистрации фотосигналов, обработки результатов и управления режимом работы лазера. В лаборатории впервые наблюдали регистрируемую флуоресценцию таких веществ, которые ранее считались нефлуоресцирующими.
Предполагаемые темы дипломных работ связаны с исследованиями в области физики лазеров, молекулярной спектроскопии, лазерно-индуцированной флуоресценции сложных молекул.