Кафедра оптики физического факультета СПбГУ

Лаборатория лазерной спектроскопии и спектроскопии плазмы

Созданная профессором С.Э. Фришем,
лаборатория связывает воедино классические задачи фундаментальной оптики и быстро развивающиеся новые направления лазерной физики.

Сегодня в лаборатории активно работают четыре группы - проф. В.С. Егорова, проф. А.Н. Ключарева, доцента А.А. Пастора, проф. Ю.А. Толмачева. Направления сегодняшних исследований определились как развитие тех идей, которые были сформулированы довольно давно, но не потеряли своей актуальности и сегодня. Лазерные группы В.С. Егорова и А.А. Пастора с различных сторон и разными методами исследуют взаимодействие с веществом мощного лазерного излучения.

Группой В.С. Егорова
(сектор “Лазеры без инверсии заселенностей”) разработаны физические основы новых источников когерентного излучения, основанные на параметрическом возбуждении сильной связи электромагнитного поля и вещества в условиях внутрирезонаторной лазерной накачки оптически плотной, резонансной, протяженной среды без инверсии заселенности. Впервые в исследованиях авторов было показано, что в отсутствие внешнего электромагнитного поля резонансная оптически плотная среда с сильной связью поле – вещество испытывает кооперативные флюктуации мезоскопических дипольных моментов. Наблюдаемый эффект представляет собой проявление процесса вакуумных осцилляций. Эксперименты, выполненные в группе, показали, что управляющее внешнее электромагнитное поле даже малой интенсивности приводит к возникновению фазовой синхронизации отдельных мезоскопических дипольных моментов, в результате происходит их параметрическая раскачка вследствие модуляции степени связи поля и вещества и повышение мощности излучения. Продемонстрированы примеры проявления параметрических кооперативных эффектов в средах без инверсии заселенностей, в частности, наличие кооперативных явлений взаимодействия света и вещества. Установлено, что система, состоящая из резонансной среды без инверсии заселенностей и электромагнитного поля обладает своеобразным свойством самоорганизации, причем это верно и для системы с сосредоточенными параметрами, и для свободного пространства. Обнаружено возникновение новых структурированных спектров пропускания и усиления различных по своей физической природе.

Группа А.А. Пастора
изучает преимущественно многофотонные взаимодействия. Примером может служить нелинейная голография. Мощность импульсного лазерного пучка такова, что параметры, характеризующие отклик вещества на него, начинают зависеть от самой мощности излучения, отклик становится нелинейным. Большую (иногда превосходящую) роль начинают играть гармоники падающего на вещество излучения и частоты, комбинационные между полем и характерными частотами атомов, образующих вещество. Можно записать голограмму, используя, например, вторую гармонику инфракрасного лазера и восстановить волну в видимом свете. Можно использовать фемтосекундный импульс, пространственная протяженность которого составляет единицы микрон, и ввести несколько бит информации в очень небольшую область. Соответственно, на порядки увеличить плотность записи информации. Это – перспективная научно-техническая проблема, над решением которой бьются ученые в группе А.А. Пастора.

С развитием физики лазеров
непосредственно связаны и задачи исследования самого лазерного излучения, особенности его дифракции и интерференции. Неожиданное здесь возникает на каждом шагу. Как, скажем, осуществить голографию в белом свете, как повысить на несколько порядков величины эффективность использования для целей голографии тепловых нейтронов, как ускорить процесс расшифровки данных о структуре больших молекул – это вопросы, на которые сегодня ищут ответ в группе Ю.А. Толмачева. Одновременно молодым сотрудникам и студентам этой группы удалось по-новому подойти к решению задачи дифракции волн, получить неожиданно простые и красивые (и визуально, и математически) картины дифракции фемто- и аттосекундных импульсов. В группе проф. Ю.А. Толмачева занимаются изучением процессов, происходящих в плазме того типа, который используется в самых мощных газовых лазерах. Начав с исследования резонансной передачи энергии возбуждения в смесях газов, для возбуждения которых применяются ядерные реакторы, ученые группы сконструировали миниатюрные устройства, которые, как оказалось, прекрасно моделируют среды, образующиеся в атмосфере Солнца, и в ядерных реакторах, и в установках, применяющих пучки электронов мегавольтовой энергии. Недавно проведенные опыты совершенно неожиданно обнаружили неизвестный канал уничтожения тепловых альфа-частиц в плазме. Одновременно были изучены неизвестные ранее пути образования возбужденных молекул гелия.

Достижения каждой из групп имеют международное признание,
сотрудники прекрасно владеют и искусством эксперимента, и умением четко сформулировать теоретическую задачу, к решению которой привлекаются высококвалифицированные теоретики. Наличие хорошей вычислительной техники и связь с нашим ВЦ позволяют студентам уже на самой ранней стадии принимать участие как в обработке экспериментальных данных, так и в теоретических расчетах. Все студенты, пришедшие работать в лабораторию, с первых же дней будут до предела загружены научной работой. Они очень скоро (если стараются!) становятся сотрудниками научной группы, равноправными участниками исследований, соавторами и авторами статей в ведущих физических журналах. Возможности связаны только со степенью научной активности и талантом каждого конкретного человека. К подбору новых сотрудников мы подходим жестко, мера наших требований известна, и мы не собираемся ее снижать.