Журнал «Физика и студенты» | Кафедры на ФФ English 
Кафедра квантовой электроники
О кафедре :: Направления исследований :: Дипломная практика :: Курсовые работы
Главная страница / Направления исследований в институте

Тематика научно-исследовательских групп Института лазерной физики.

Группа 1.1.

Руководитель — Матюгин Ю. А., к. ф.-м. н., в. н. с.

Тематика группы соответствует таким направлениям Института лазерной физики как:

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.

Конкретные работы, выполняемые в настоящее время в группе, направленные на решение общей проблемы:

Предполагаемые дипломные работы:

  1. Преобразование частоты во внешнем усиливающем резонаторе.
  2. Прецизионное измерение частот переходов йода в диапазоне 730—740 нм.
  3. Стабилизация частоты титан-сапфирового лазера по резонансам в йоде с использованием техники фазовой модуляции.
  4. Исследование стимулированных резонансов в молекулярном йоде в ближнем ИК диапазоне, возбуждаемых излучением лазера видимого диапазона.

Группа 1.2. (Лазерная спектроскопия.)

Руководитель — М. Н. Скворцов, д. ф.-м. н., в. н. с.

Состав группы:
  1. Скворцов Михаил Николаевич — д. ф.-м. н., в. н. с.
  2. Невский Александр Юрьевич — к. ф.-м. н., с. н. с.
  3. Охапкин Максим Викторович — к. ф.-м. н. с. н. с.
  4. Никитина Анна Владимировна — магистрант.
Направление исследований группы лазерной спектроскопии.
Спектроскопия сверхвысокого разрешения молекулярного йода.
  1. Разработка и исследование двухволнового высокостабильного стандарта частоты и длины волны на базе Nd:YAG-лазера с диодной накачкой и внутри резонаторном удвоением частоты, стабилизируемого по частоте резонансов насыщенного поглощения в молекулярном йоде.
  2. Синтез и измерение абсолютной Nd:YAG-лазера стабилизируемого по частоте резонансов насыщенного поглощения в молекулярном йоде.
  3. Исследование поведения резонансов насыщенного поглощения в молекулярном йоде во внешних электромагнитных полях.
Прецизионная спектроскопия иона индия.
Международная программа совместно с Макса-Планка-Институтом квантовой оптики, Гархинг, Германия. Конкретными задачами, решаемыми в проекте, являются:
  1. Создание атомного стандарта частоты и времени (оптических часов) на основе запрещенного перехода иона индия на длине волны 236.5 нм.
  2. Синтез и измерение абсолютной частоты атомного стандарта на основе запрещенного перехода иона индия.
Названия предполагаемых дипломных работ для бакалавров и магистрантов.
  1. Импульсное зондирование заселённости основного уровня молекулярного йода.
  2. Кольцевой твердотельный лазер с внутрирезонаторным удвоением частоты с диодной накачкой.
  3. Стабилизация частоты частоты Nd:YAG - лазера.
  4. Измерение абсолютных частот молекулярного йода.
  5. Исследование поведения резонансов насыщенного поглощения в однонаправленных волнах в молекулярном йоде под воздействием внешнего магнитного поля.

Группа 1.3.

Руководитель — В. М. Клементьев., д. ф.-м. н., г. н. с.
Название подразделения — группа измерения и синтеза частот лазеров ближнего и дальнего ИК диапазонов.

Направления исследований подразделения

  1. Разработка физических основ лазерного эталона частоты, времени и длины для прецизионных измерений.
  2. Разработка методов синтеза частот в оптической области спектра.
  3. Создание оптических часов нового поколения.
  4. Разработка методов получения высокостабильных ультракоротких импульсов света; создание прецизионных спектрометров для исследования сверхбыстрых процессов.
  5. Разработка и создание сверхбыстродействующих элементов для преобразования частот в СММ, ИК, видимом и УФ диапазонах.
  6. Разработка комплекса лазеров СММ, ИК и видимого диапазонов для синтеза частот.

Предполагаемые дипломные работы

  1. Исследование уширения спектра фемтосекундного импульса при распространении по фотонному кристаллическому волокну.
  2. Разработка и исследование иттербиевого фемтосекундного лазера с диодной накачкой.
  3. Разработка специализированного многоканального спектрометра на основе CCD камеры и ее сопряжение с PC.
  4. Исследование сверхбыстродействующих нелинейных элементов на основе диодов Шоттки для видимой области спектра.

Группа 1.5. (теоретическая)

Руководитель — Е. В. Бакланов, д. ф.-м. н., профессор.
Основная тематика группы — лазерная спектроскопия сверхвысокого разрешения и ее приложения. Ведутся исследования в области взаимодействия лазерного взаимодействия с веществом. Основные разделы: резонансное взаимодействие оптических полей с газом, оптические стандарты частоты, прецизионные эксперименты в оптике.

Предполагаемые темы дипломных работ для бакалавров и магистрантов.

  1. Прецизионные вычисления энергии низколежащих уровней атома гелия.
  2. Вынужденное комбинационное рассеяние на переходе 21S - 23S атома гелия.
  3. Периодическая последовательность фемтосекундных импульсов в среде с дисперсией.

Группа 1.7.

Руководитель — А. Н. Гончаров, к. ф.-м. н., с. н. с.

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

Рис. 1. Схема 4-х зонного атомно-оптического интерферометра.

Двухуровневый атом (a — нижний уровень, b — верхний уровень) взаимодействует с резонансными лазерными полями на частоте u  wab/2p. Первый лазерный пучок служит как делительная пластинка для материальной волны — атом может поглотить фотон с вероятностью, зависящей от мощности лазерного излучения, времени пролета и отстройки частоты от центра линии перехода. Подбором параметров можно сделать эту вероятность равной величине 0.5. При взаимодействии атом изменяет не только внутреннее состояние (переходит на уровень b), но получает импульс равный 1 (в единицах k) в направлении распространения световой волны. Между 1 и 2 полем атом находится в когерентной суперпозиции двух состояний (a,0) и (b,1). Второй лазерный пучок работает как зеркало для атомной волны — атом в состоянии (b,1) может вынужденно излучить фотон в световую волну и вернуться в состояние (a,0). 3 и 4 лазерные поля служат как зеркало и делительная пластинка, на которой интерферируют атомные волны. Геометрия такого интерферометра аналогична геометрии интерферометра Маха-Цендера в оптике. Для реализации атомно-оптического интерферометра с предельными характеристиками на основе интеркомбинационного перехода (1S0-3P1) атома магния необходимо создать источник лазерного излучения на длине волны 457 нм с выходной мощностью, порядка 50 мВт, с шириной линии генерации, менее 30 Гц, и источник излучения на длине волны 285 нм с шириной линии, меньшей 1 МГц, с выходной мощностью, порядка 50 мВт. Последний необходим для охлаждения атомов магния в пучке за счет силы спонтанного светового давления.

Темы дипломных работ:

  1. Создание высокостабильного источника излучения на 457 нм.
  2. Получение медленного (~20 м/сек) монохроматического пучка атомов магния.
  3. Спектроскопия двухфотонного резонанса на переходе 1S0-1D2 кальция.

Группа 2.4.

Руководитель — А. С. Дычков, к. ф.-м. н., с. н. с.

Оптические стандарты частоты

Основные темы исследований:
  1. Прецизионная лазерная спектроскопия метана, свободная от квадратичного эффекта Доплера с использованием холодных молекул.
  2. Разработка и создание транспортируемого репера частоты с точностью воспроизведения 10 -14.
  3. Разработка лазерных источников нового поколения с предельно низким уровнем амплитудного и частотного шума на основе эффекта усиленной оптической бистабильности.

Исследования проводятся по проектам:

Темы дипломных проектов:

Выпускные квалификационные работы бакалавров:
  1. Мощный He-Ne-лазер на l=3,39 мкм для фазовой синхронизации с СО2-лазером.
  2. Фазовая синхронизация частоты мощного He-Ne лазера на l=3,39 мкм с частотой CO2 лазера.
  3. Исследование параметров излучения телескопического лазера в области устойчивости резонатора.
Магистерские диссертации:
  1. Исследование факторов влияющих на характеристики стабильности частоты транспортируемого He-Ne/CH4 лазера.
  2. Исследование сдвигов стабилизированной частоты телескопического лазера от различных факторов.
  3. Исследование влияния кривизны волнового фронта на форму и положение оптических резонансов в метане.

Лаборатория биофизики волновых процессов

Руководитель — В. И. Федоров, д. б. н.

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:

  1. Влияние лазерного излучения субмиллиметрового диапазона на живые системы разного уровня организации;
  2. Исследование лазерно-индуцируемой флуоресценции сложных органических молекул и композиций.

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.

Лаборатория «лазерных электронных систем» 4.1.

Руководитель — В. А. Жмудь, к. т. н., с. н. с.

Общие положения

  1. Лаборатория «лазерных электронных систем» 4.1 является структурным подразделением института, созданным приказом директора института и имеющим статус научного подразделения.

Основные задачи

  1. Разработка и создание новых электронных устройств и систем на их основе для физических исследований по планам работ института.
  2. Совершенствование электронных узлов и блоков, используемых в научных исследованиях, для достижения лучших параметров лазерных систем.
  3. Сопровождение электронной части исследовательских работ института:
    • оперативный и текущий ремонт и перенастройка электронных узлов и блоков;
    • участие в согласовании ТЗ и приемка электронных работ сторонних исполнителей;
    • ввод в эксплуатацию электронной аналоговой и цифровой техники эксперимента.

Обеспечение при необходимости ОКР и изготовления ранее разработанных электронных изделий.

Предоставление технической документации, необходимой для эксплуатации и ремонта разработанных изделий.

Основные направления