ИСТИНА

Проект направлен на решение фундаментальной задачи лазерной физики - взаимодействие лазерного излучения фемтосекундной длительности с веществом в различных фазовых состояниях с целью генерации электромагнитного излучения в широком спектральном диапазоне. Более конкретно задача исследования связана с исследованием процесса взаимодействия фемтосекундного изучения с жидкостями с целью разработки новых эффективных источников широкополосного импульсного терагерцового излучения. При выполнении проекта планируется экспериментально исследовать процесс взаимодействия лазерных импульсов фемтосекундной длительности, а также терагерцового излучения различной мощности с жидкостями, создать физическую модель генерации низкочастотного излучения в таких средах, учитывающую вклады как линейных, так и на нелинейных механизмов взаимодействия электромагнитного излучения с веществом. Так в ходе выполнения проекта предполагается исследовать механизмы генерации и усиления низкочастоного излучения, связанные с процессами вынужденного и когерентного комбинационного рассеяния. Особое внимание будет уделено изучению возможности «масштабирования» усиления и увеличения эффективности преобразования оптического излучения сверхкороткой длительности в терагегерцовое как за счет «масштабирования» энергетических характеристик оптических импульсов накачки, так и за счет пространственного «масштабирования» области взаимодействия излучения с веществом и использования явления филаментации. Актуальность постановки предлагаемой работы заключается в высокой востребованности импульсного терагерцового излучения большой интенсивности в экспериментальных лабораториях, работающих в области нелинейной терагерцовой фотоники, занимающихся исследованием экстремальных свойств вещества и развивающих новые принципы построения настольных ускорителей. Однако, используемые в настоящее время методы преобразования оптического излучения в терагерцовое не позволяют получить терагерцовые поля с напряженностями выше нескольких десятков МВ/см, в то время как для развития фотоники сверхсильных терагерцовых полей необходимы поля по крайней мере на два порядка выше. В настоящей работе мы предлагаем новую концепцию создания эффективных источников широкополосных терагерцовых импульсов высокой напряженности поля на основе жидкофазных сред. Конечным ориентиром проекта мы рассматриваем достижение напряженности поля терагерцового импульса величины 100 МВ/см и более. Успешное решения фундаментальной задачи проекта даст эффективный инструмент для решения ряда комплексных междисциплинарных задач, включая социально значимые прикладные задачи.

Основным научным результатом выполнения проекта будет разработка фундаментальных основ оригинальной концепции создания эффективных источников импульсного широкополосного терагерцового излучения высокой напряженности поля на основе жидкостей. Будет разработана и создана физическая модель генерации терагерцового излучения в неполярной жидкости при возбуждении мощными лазерными импульсами сверхкороткой длительности, учитывающая вклады в процесс генерации низкочастотного излучения ионизации среды и механизмов нелинейного взамодействия излучения со средой. Научная новизна поставленной задачи заключается в том, что до настоящего момента аналогичные исследования в мировой практике не проводились. Высокая востребованность эффективных источников импульсного терагерцового излучения высокой напряженности поля в экспериментальных лабораториях, работающих в различных областях терагерцовой фотоники, в особенности в области нелинейной фотоники, определяет фундаментальную значимость поставленной задачи. Успешное решение поставленной задачи поможет осуществить качественный скачек в решении как фундаментальных, так и ряда прикладных комплексных междисциплинарных задач, связанных с исследованием экстремальных свойств вещества, проблемами биологической, экологической и террористической безопасности. В ходе решения основной задачи проекта будет решен ряд частных задач, объединенных общей целью, ожидаемые результаты которых можно сформулировать следующим образом: 1. На примере сжиженного газа азота, будут выполнены экспериментальные и теоретические исследования физических механизмов взаимодействия фемтосекундных лазерных импульсов с неполярной жидкостью,с целью достижения высокой эффективности оптико-терагерцового преобразования. На основе полученных результатов будет создана физическая модель процесса генерации низкочастотного излучения в жидкости при возбуждении лазерными импульсами сверхкороткой длительности. 2. Будут исследованы физические механизмы взаимодействия терагерцового излучения различной мощности с неполярными жидкостями на примере модельной жидкости - жидкого азота. Основной упор будет сделан на выявление особенностей взаимодействия за счет вкладов нелинейной природы. Учет этих вкладов поможет дополнить и развить теоретическую модель процесса генерации терагерцового излучения в жидкости при возбуждении сверхкороткими лазерными импульсами. 3. На базе результатов, полученных в ходе выполнения проекта, будет разаботана и создана физическая модель генерации терагерцового излучения в неполярной жидкости при возбуждении мощными лазерными импульсами сверхкороткой длительности, учитывающая вклады в процесс генерации низкочастотного излучения ионизации среды и механизмов нелинейного взамодействия излучения со средой. 4. Для выполнения экспериментальных исследований будет разработана и создана специальная техника, включающая в себя экспериментальные кюветы различных модификаций, приспособления ввода/вывода оптического и терагерцового излучений, выполнен ряд сопутствующих инженерных и технических работ, направленных на поиск конструктивных решений и создание материальной базы для изготовления первого образца оптико-терагерцового преобразователя. 5. Будет разработана оригинальная концепция построения эффективных источников импульсного широкополосного терагерцового излучения высокой напряженности поля нового типа на основе жидкостей. 6. По результатам выполненных исследований будут подготовлены и представлены доклады на профильных научных конференциях и опубликованы статьи в ведущих научных журналах.

Коллектив обладает большим опытом выполнения экспериментальных и теоретических исследований в фундаментальных и прикладных областях лазерной физики, нелинейной оптики и фотоники, физики плазмы, терагерцовой спектроскопии и разработки источников и детекторов терагерцового диапазона. В частности, у коллектива имеется научный задел по таким направлениям как: - генерация импульсного ТГц излучения с помощью фемто- и пикосекундных лазерных систем; - разработка и создание экспериментальных установок для генерации и детектирования импульсного терагерцового излучения с использованием полупроводников, электрооптических кристаллов, плазмы оптического пробоя газообразных и кластерных сред; - разработка и создание экспериментальных установок для диагностики и спектроскопии вещества в видимом и терагерцовом диапазонах частот; - разработка подходов и развитие теоретических методов для описания механизмов, лежащих в основе процессов, протекающих при взаимодействии фемто- и пикосекундных лазерных импульсов большой мощности с веществом, находящемся в различных агрегатных состояниях; - расчет многофотонной, туннельной и надбарьерной ионизации атомов; - расчет и измерение угловых, спектральных и энергетических характеристик терагерцового излучения из лазерного фокуса в газе и в газо-кластерной струе; - применения терагерцового излучения при исследовании поверхностных волн. Кроме этого у членов творческого коллектива проекта есть большой опыт в области четырехволнового взаимодействия мощного лазерного излучения с веществом, когерентной лазерной спектроскопии сверхвысокого разрешения жидкостей, газов и твердых тел, использования лазерных систем для дистанционного зондирования и диагностики объектов окружающей среды, жидкостей и газов.

Основным научным результатом выполнения проекта будет разработка фундаментальных основ оригинальной концепции создания эффективных источников импульсного широкополосного терагерцового излучения высокой напряженности поля на основе жидкостей. Будет разработана и создана физическая модель генерации терагерцового излучения в неполярной жидкости при возбуждении мощными лазерными импульсами сверхкороткой длительности, учитывающая вклады в процесс генерации низкочастотного излучения ионизации среды и механизмов нелинейного взамодействия излучения со средой. Научная новизна поставленной задачи заключается в том, что до настоящего момента аналогичные исследования в мировой практике не проводились. Высокая востребованность эффективных источников импульсного терагерцового излучения высокой напряженности поля в экспериментальных лабораториях, работающих в различных областях терагерцовой фотоники, в особенности в области нелинейной фотоники, определяет фундаментальную значимость поставленной задачи. Успешное решение поставленной задачи поможет осуществить качественный скачек в решении как фундаментальных, так и ряда прикладных комплексных междисциплинарных задач, связанных с исследованием экстремальных свойств вещества, проблемами биологической, экологической и террористической безопасности. В ходе решения основной задачи проекта будет решен ряд частных задач, объединенных общей целью, ожидаемые результаты которых можно сформулировать следующим образом: 1. На примере сжиженного газа азота, будут выполнены экспериментальные и теоретические исследования физических механизмов взаимодействия фемтосекундных лазерных импульсов с неполярной жидкостью,с целью достижения высокой эффективности оптико-терагерцового преобразования. На основе полученных результатов будет создана физическая модель процесса генерации низкочастотного излучения в жидкости при возбуждении лазерными импульсами сверхкороткой длительности. 2. Будут исследованы физические механизмы взаимодействия терагерцового излучения различной мощности с неполярными жидкостями на примере модельной жидкости - жидкого азота. Основной упор будет сделан на выявление особенностей взаимодействия за счет вкладов нелинейной природы. Учет этих вкладов поможет дополнить и развить теоретическую модель процесса генерации терагерцового излучения в жидкости при возбуждении сверхкороткими лазерными импульсами. 3. На базе результатов, полученных в ходе выполнения проекта, будет разаботана и создана физическая модель генерации терагерцового излучения в неполярной жидкости при возбуждении мощными лазерными импульсами сверхкороткой длительности, учитывающая вклады в процесс генерации низкочастотного излучения ионизации среды и механизмов нелинейного взамодействия излучения со средой. 4. Для выполнения экспериментальных исследований будет разработана и создана специальная техника, включающая в себя экспериментальные кюветы различных модификаций, приспособления ввода/вывода оптического и терагерцового излучений, выполнен ряд сопутствующих инженерных и технических работ, направленных на поиск конструктивных решений и создание материальной базы для изготовления первого образца оптико-терагерцового преобразователя. 5. Будет разработана оригинальная концепция построения эффективных источников импульсного широкополосного терагерцового излучения высокой напряженности поля нового типа на основе жидкостей. 6. По результатам выполненных исследований будут подготовлены и представлены доклады на профильных научных конференциях и опубликованы статьи в ведущих научных журналах.