English
 English
Главная » Структура » Научные подразделения » ОРОВ » ЛНОВ

Лаборатория нелинейно-оптических взаимодействий

Руководитель - д.ф.-м.н. Гейнц Юрий Эльмарович


 

Область исследований

  • Атмосферная фемтосекундная оптика.
  • Распространение интенсивных лазерных пучков на высотных протяженных трассах.
  • Оптоакустические исследования атмосферы.
  • Оптические процессы в микрорезонаторах и преобразователях частоты.
  • Нестационарная нелинейная оптика.

Основные результаты исследований

В историческом плане концепция работ в этой области была предложена в монографии В.Е. Зуева «Распространение видимых и инфракрасных волн в атмосфере» (М.: Сов. радио, 1970). К настоящему времени в лаборатории выполнен большой цикл фундаментальных исследований по оптике мощного лазерного излучения в атмосфере.
  • Установлены и изучены механизмы оптической нелинейности аэродисперсных сред. Разработаны эффективные методы расчетов, созданы полуэмпирические модели, обеспечивающие прогнозирование потерь энергии и направленности мощных лазерных пучков на протяженных атмосферных трассах. Разработаны физические основы новых методов диагностики дисперсных сред на основе нелинейно-оптических взаимодействий.
  • Оставаясь актуальным на протяжении многих десятков лет, данное направление переживает новый этап развития благодаря созданию мощных фемтосекундных лазерных систем. С их применением в атмосфере связываются новые перспективы использования оптических технологий в изучении природных явлений. Как правило, нелинейно-оптические эффекты ухудшают условия распространения лазерных пучков в атмосфере и их учет необходим при оценке эффективности передачи лазерной энергии на большие дистанции. При распространении непрерывного лазерного излучения в воздухе пучок испытывает тепловые аберрации, однако в туманах для инфракрасного излучения и длинных импульсов реализуется увеличение прозрачности среды вследствие испарения капель.
  • При распространении в воздухе мощных лазерных импульсов пикосекундной и фемтосекундной длительностей возникает явление филаментации, связанное с самофокусировкой лазерного пучка в нити, образованием плазмы, генерацией широкополосного свечения, так называемого суперконтинуума. Распространение более длинных лазерных импульсов в аэрозольной среде сопровождается оптическим пробоем воздуха вблизи аэрозольных частиц, что ведет к дополнительному ослаблению излучения.
  • Многие нелинейно-оптические эффекты послужили базой для создания новых методов диагностики атмосферы и водной среды. Оптический пробой аэрозольных сред привлек внимание ученых как источник эмиссионного спектра составляющих материала взвешенных частиц. Двухфотонное поглощение в аэрозолях, содержащих органические молекулы, вызывает их флуоресценцию, что служит индикатором этих молекул. Использование широкополосного излучения суперконтинуума позволяет осуществлять диагностику газовых и аэрозольных сред методом многоволнового зондирования.
Фотография взрывного вскипания водной капли радиусом 50 мкм в поле микросекундного импульса СО2-лазера Поперечная структура плотности энергии излучения титан-сапфирового лазера с длиной волны 800 нм, длительностью 60 фс и энергией 10 мДж в конце атмосферной трассы длиной 80 м при филаментации в воздухе


Достижения
Результаты теоретических и лабораторных исследований лаборатории ежегодно входят в список лучших достижений ИОА СО РАН.
 
2023 г. Нелинейное взаимодействие фемтосекундного лазерного излучения с аэрозолем (Апексимов Д.В., Бабушкин П.А., Булыгин А.Д., Гейнц Ю.Э., Землянов А.А., Кабанов А.М., Ошлаков В.К., Петров А.В., Хорошаева Е.Е.)
Атмосферная турбулентность кардинально изменяет условия нелинейного распространения мощного фемтосекундного лазерного импульса и может вызвать его хаотичную филаментацию и повышенную расходимость, что снижает потенциал использования ультракороткого излучения для задач атмосферной нелинейной оптики.  Впервые в мире экспериментально и теоретически показано, что процессом множественной филаментации можно управлять с помощью сформированного в начале оптического пути тонкого слоя искусственной воздушной турбулентности. С усилением турбулентности такого слоя происходит многократное увеличение числа высокоинтенсивных областей в лазерном пучке, обладающих малой расходимостью, что способствует более эффективному нелинейному взаимодействию фемтосекундного лазерного излучения с флуоресцирующим аэрозолем.

2024 г. Усиление генерации ТГц-излучения лазерной плазмой в воздухе путем стохастизации множественной филаментации (Апексимов Д.В., Бабушкин П.А., Булыгин А.Д., Гейнц Ю.Э., Землянов А.А.,Кабанов А.М., Лисенко А.А. (ЛРФ), Ошлаков В.К., Петров А.В., Хорошаева Е.Е.)
Впервые экспериментально обнаружено усиление генерации излучения терагерцового диапазона (< 10 ТГц) при одноцветной лазерной филаментами в воздухе, полученной путем фазовой модуляции фемтосекундного излучения локализованным турбулентным слоем, сформированным в начале распространения. Физическая интерпретация наблюдаемого явления базируется на эффекте снижения самопоглощения ТГц волны в плазме множества случайно расположенных лазерных филаментов по сравнению с режимом квазирегулярной осевой филаментации.

2025 г. Насыщение излучения суперконтинуума при лазерной филаментации в сжатых газах (Бабушкин П.А., Гейнц Ю.Э., Булыгин А.Д., Кабанов А.М., Ошлаков В.К., Хорошаева Е.Е.)
В результате экспериментальных исследований по влиянию давления газовой среды в оптической кювете на характеристики фемтосекундного лазерного излучения, распространяющегося в режиме филаментации, впервые установлено, что с увеличением давления газа изменяется режим лазерной филаментации от одиночной к множественной. При этом, ширина спектра импульса увеличивается сначала линейно с повышением давления в кювете до 25-30 атм., а затем насыщается на уровне пятикратного превышения от исходного значения, достигая приблизительно 140 нм. Проведенный теоретический анализ показал, что причиной ограничения спектра суперконтинуума является возрастание поглощения и рефракции лазерного импульса в самосозданной плазме филаментов при повышении давления газа.

Разработки

  1. Неделькин Н.В., Бабушкин П.А. Сканирующий интерферометр Фабри-Перо на основе ИТ-28-30. Патент на изобретение RU 2811356 C1, 11.01.2024. Заявка № 2023127158 от 24.10.2023. Патентообладатель: ИОА СО РАН (RU).
Изобретение относится к оптике, оптическим устройствам, основанным на использовании явлений интерференции световых потоков, например, в интерферометрах Фабри-Перо, применяемых в научных исследованиях и технике для сканирования спектра при спектральном анализе оптического излучения с высокой разрешающей способностью или модуляции света, а также в перестраиваемых по длине волны лазерах. Техническим результатом изобретения является создание устройства, в котором минимизирована тепловая нестабильность интерферометра, выполнено расширение базы интерферометра до 30 мм и уменьшена расстройка параллельности зеркал.
 
  1. Неделькин Н.В., Бабушкин П.А. Сканирующий спектрометр. Патент на изобретение RU 2 856 819 C1, 24.02.2026. Заявка № 2025118879 от 09.07.2025. Патентообладатель: ИОА СО РАН (RU).
Изобретение относится к области спектроскопии и касается сканирующего спектрометра. Технический результат заключается в повышении скорости сканирования, уменьшении габаритов при высокой разрешающей способности и температурной стабильности.
 
  1. Неделькин Н.В., Бабушкин П.А. Юстировочное устройство для оптических элементов. Патент на изобретение RU 2834778 C1, 14.02.2025. Заявка № 2024126949 от 13.09.2024. Патентообладатель: ИОА СО РАН (RU).
Изобретение относится к области оптико-механического приборостроения и может быть использовано для точной регулировки оптических элементов, например, дифракционной решетки в компрессоре лазерной системы или призмы в спектрографе. Технический результат направлен на обеспечение прецизионной юстировки оптических элементов по азимутальному углу и повышение жесткости конструкции и стабильности в плоскости подстройки.
 
  1. Бабушкин П.А. Юстировочное устройство для оптических элементов. Полезная модель RU 236 928 U1. Заявка № 2025112482 от 14.05.2025 Патентообладатель: ИОА СО РАН (RU).

Полезная модель относится к области оптико-механического приборостроения и может быть использована для стабилизации оси вращения подвижной платформы юстировочного устройства в азимутальной плоскости при точной регулировке оптических элементов, например, в спектральных приборах, фотонике и микрофотонике. Техническим результатом полезной модели является стабильность оси вращения платформы по азимуту при постоянном угле вращения.

Сотрудники

  1. Апексимов Дмитрий Владимирович, снс, к.ф.-м.н., тел: (3822) 491-111 +12-74, E-mail: apeximov@iao.ru
  2. Бабушкин Павел Александрович, снс, тел: (3822) 491-111 + 12-54, E-mail: bpa@iao.ru
  3. Булыгин Андрей Дмитриевич, снс, к.ф.-м.н., тел: (3822) 491-532, E-mail: b.a.d@iao.ru
  4. Гейнц Юрий Эльмарович, гнс, д.ф.-м.н., тел: (3822) 491-532, E-mail: ygeints@iao.ru
  5. Землянов Александр Анатольевич, гнс, д.ф.-м.н., профессор, тел: (3822) 491-308, 491-111 + 13-14, E-mail: zaa@iao.ru
  6. Землянова Ольга Денисовна, программист, E-mail: zod@iao.ru
  7. Кабанов Андрей Михайлович, гнс, д.ф.-м.н., тел: (3822) (3822) 491-111 + 12-28, E-mail: kam@iao.ru
  8. Колеватов Александр Сергеевич, ведущий инженер, E-mail: ask@iao.ru
  9. Минина Ольга Владимировна, нс, E-mail: mov@iao.ru
  10. Мутылина Полина Вячеславовна, техник, тел: (3822) 491-111 +12-54, E-mail: mpv@iao.ru
  11. Неделькин Николай Викторович, ведущий инженер, тел: (3822) (3822) 491-111 + 12-18, E-mail: nedel@iao.ru
  12. Ошлаков Виктор Константинович, снс, к.ф.-м.н., тел: (3822) 492-408 491-895, 12-51, 11-15, E-mail: ovk@iao.ru
  13. Панина Екатерина Константиновна, внс, д.ф.-м.н., тел: (3822) 492-821, E-mail: pek@iao.ru
  14. Петров Алексей Вадимович, снс, к.ф.-м.н., тел: (3822) 491-111 + 12-74, E-mail: awp@iao.ru
  15. Погодаев Виталий Алексеевич, ведущий инженер, д.ф.-м.н., тел: (3822) (3822) 491-111 + 12-28
  16. Удалов Андрей Александрович, мнс, E-mail: udalov@iao.ru
  17. Хорошаева Елена Евгеньевна, нс, к.ф.-м.н., тел: (3822) (3822) 491-111 + 13-77, E-mail: bee@iao.ru