Совместно с ФГУП ВНИИФТРИ разработан, создан и исследован миниатюрный квантовый стандарт частоты микроволнового диапазона с относительной нестабильностью 9×10–12 за секунду, 3×10–13 за 1000 секунд, 5×10-12 за сутки. Для стабилизации частоты используются нелинейные резонансы когерентного пленения населённостей в парах рубидия, возбуждаемые в многочастотном поле излучения диодного лазера с вертикальным резонатором. Подобное оборудование в мире производят лишь единичные компании. Созданный стандарт частоты не только не уступает, но превосходит мировые аналоги (США, Великобритания, Китай) по стабильности частоты, потребляемой мощности, времени выхода на рабочий режим.
Область применения: системы глобальной спутниковой навигации нового поколения с повышенной точностью, системы передачи больших потоков данных, разведка полезных ископаемых, научные исследования и др.
******************************************************************
Создан первый в России оптический стандарт частоты на квадрупольном переходе локализованного в пространстве одиночного иона иттербия-171. Оптический стандарт демонстрирует долговременную нестабильность частоты ~10−17. По совокупности параметров стандарт частоты не имеет отечественных аналогов и предназначен для применения в различных областях науки и техники, в том числе для использования в наземном сегменте системы ГЛОНАСС, а при соответствующей доработке и в космическом сегменте.
Область применения: высокоточные измерительные комплексы в системах навигации и связи.
******************************************************************
Впервые выполнен эксперимент, подтверждающий высокую эффективность «гипер-Рамси» спектроскопии — нового метода лазерной спектроскопии сильно запрещенных переходов ультрахолодных атомов и ионов, предложенного ранее в ИЛФ СО РАН. В совместных исследованиях ИЛФ СО РАН и PTB (Германия) по разработке оптического стандарта частоты на ионе иттербия, экспериментально достигнуто подавление полевого сдвига частоты октупольного перехода в ионе иттербия на четыре порядка, что позволяет обеспечить погрешность частоты оптического стандарта на уровне 10-17 — 10-18. Этот результат был опубликован в ноябрьском номере Phys. Rev. Lett. и отмечен редакцией, как один из наиболее интересных в выпуске (http://physics.aps.org/synopsis-for/10.1103/PhysRevLett. 109.213002):
N. Huntemann, B. Lipphardt, M. Okhapkin, Chr. Tamm, E. Peik, A. V. Taichenachev, and V. I. Yudin. Generalized Ramsey Excitation Scheme with Suppressed Light Shift. // Phys. Rev. Lett. 109, 213002 (2012).
******************************************************************
В ИЛФ СО РАН предложена и разработана новая концепция оптического стандарта частоты на основе магнитодипольных (M1) переходов в многозарядных ионах с рекордной относительной неопределенностью частоты лучше 10-20 – 10-21. Рассмотрены различные варианты, включая M1 переходы между уровнями одной и той же тонкой и сверхтонкой структур. В многозарядных ионах эти переходы лежат в оптической области и могут быть опрошены с помощью лазеров. Непосредственные преимущества нового варианта заключаются в низкой вырожденности рабочих уровней и простоте атомной структуры в сочетании с пренебрежимо малым квадрупольным сдвигом. Показано, что такие стандарты частоты могут иметь относительную неопределенность частоты ниже 10-20 – 10-21 с учетом всех известных систематических эффектов, включая сдвиги за счет теплового излучения, зеемановские сдвиги, динамический эффект Штарка и квадрупольный сдвиг в поле радиочастотной ловушки.
|
|
Иллюстративные примеры M1 часовых переходов в одновалентных (a,b) и двухвалентных (c) многозарядных ионах. Спин ядра и рабочие уровни сверхтонкой структуры выбраны таким образом, чтобы исключить квадрупольный сдвиг частоты.
Yudin, V. I., Taichenachev, A. V., & Derevianko, A. (2014). Magnetic-dipole transitions in highly charged ions as a basis of ultraprecise optical clocks. Physical review letters, 113(23), 233003. |
ИЛФ СО РАН в экспериментах с лазерной плазмой большой энергии E ~ 100 Дж, впервые проведено комплексное моделирование эффектов сверхсжатия магнитосферы под действием Корональных Выбросов Массы (КВМ) большой энергии при наличии фоновой плазмы, имитирующей солнечный ветер и стационарную магнитосферу Земли. Результаты исследований позволяют более точно прогнозировать возможные глобальные последствия редких событий гигантских КВМ, способных вывести из строя различные системы в околоземном пространстве и на Земле при возможном сжатии магнитосферы до радиуса геостационарной орбиты и даже меньше.
|
|
Установка КИ-1 ИЛФ СО РАН для моделирования взрывающейся плазмы в космосе. 1- вакуумная камера; 2- источник фоновой плазмы (9); 3-стеклянное окно; 4-NaCl окна для лазерных лучей (5); 6- система фокусировки лучей; 7,8- мишень и облако плазмы; 10-13 –диагностические зонды; 14- ЭОП для мгновенных снимков. |
Данные съемок ЭОПом модели магнитосферы (в экваториальной плоскости), формируемой лазерной плазмой для трех различных значений магнитного момента (слева-направо) соответственно, μ = 2,6∙105, 5,2∙105 и 7,2∙105 Гс∙см3.
8th International Conference on Inertial Fusion Sciences and Applications, Nara, Japan, 8-13 September 2013
Zakharov, Y. P., Ponomarenko, A. G., Antonov, V. M., Boyarintsev, E. L., Melekhov, A. V., Posukh, V. G., & Shaikhislamov, I. F. (2016, March). Laser-plasma experiments to study super high-energy phenomena during extreme compression of the Earth’s magnetosphere by Coronal Mass Ejections. In Journal of Physics: Conference Series (Vol. 688, No. 1, p. 012129). IOP Publishing.
Shaikhislamov, I. F., Antonov, V. M., Boyarintsev, E. L., Posukh, V. G., Melekhov, A. V., Zakharov, Y. P., & Ponomarenko, A. G. (2012). Measurement of the transpolar potential in laboratory magnetosphere. Cosmic Research, 50 (6), 410-420.
**********************************************************************
В ИЛФ СО РАН впервые в мире экспериментально продемонстрировано когерентное сложение параметрически усиленных фемтосекундных импульсов. Экспериментально реализовано неколлинеарное параметрическое усиление чирпованных фемтосекундных импульсов в кристаллах BBO и LBO при пикосекундной лазерной накачке. Определены требования к основным параметрам усиленных импульсов и осуществлено их когерентное сложение. Проведённые исследования подтверждают перспективность создания лазерных систем предельно высокой, ультрарелятивистской интенсивности (>1025 Вт/см2) методом когерентного сложения оптических полей фемтосекундных импульсов.
 |
Фемтосекундная лазерная система с оптическими параметрическими каскадами усиления чирпованных импульсов и пикосекундным источником излучения накачки.
V.I. Trunov, S.N. Bagayev, E.V. Pestryakov, S.A. Frolov, V.E. Leschenko, A.V. Kirpichnikov, A.E. Kokh, V.V. Petrov, V.A. Vasiliev, Ultrarelativistic laser systems based on coherent beam combining, AIP Cof. Proc. ,v.1465, pp.18-22, 2012. |
**********************************************************************
Bпервые экспериментально продемонстрирована принципиальная возможность высокоэффективного когерентного сложения оптических полей мультитераваттных фемтосекундных импульсов. В суммарном пучке при использовании острой фокусировки достигнута пиковая интенсивность релятивистского уровня — 2,2*1019 Вт/см2. Показано, что при увеличении числа каналов в системе с когерентным сложением излучений могут быть достигнуты интенсивности ~1025 Вт/см2, превышающие ультрарелятивистский уровень. Разработка нового поколения сверхинтенсивных лазеров на базе когерентного сложения оптических полей с частотно-фазовой синхронизацией излучений каналов с фемтосекундными оптическими часами открывает перспективу экспериментальных исследования явлений квантовой электродинамики, физики вакуума, моделирования астрофизических и космологических явлений.
 |
 |
 |
| (а) |
(б) |
(в) |
| Рис.1 Профили в фокальной плоскости пучка одного канала (а), суммарного пучка при когерентном сложении излучений двух каналов (б) и их горизонтальные проекции (в). |
Bagayev, S. N., Trunov, V. I., Pestryakov, E. V., Frolov, S. A., Leshchenko, V. E., Kokh, A. E., & Vasiliev, V. A. (2014). Super-intense femtosecond multichannel laser system with coherent beam combining. Laser Physics, 24(7), 074016.
В ИЛФ СО РАН предложен новый спектроскопический метод, позволяющий радикально увеличить амплитуду контраст и фактор качества нелинейных оптических резонансов. В отличие от традиционного подхода, предложенный метод не требует использования оптически плотных сред, что имеет принципиальное значение для повышения разрешающей способности спектроскопии и практического использования таких резонансов для стабилизации частоты лазерного излучения. В эксперименте с резонансами когерентного пленения населенностей в парах рубидия, продемонстрировано увеличение амплитуды резонанса на два порядка и трехкратное уменьшение его ширины. В результате, фактор качества увеличен на два порядка, а контраст резонанса достиг рекордной величины 260%.
 |
Экспериментальные результаты, демонстрирующие увеличение амплитуды и уменьшение ширины резонанса.
Yudin, V. I., Taichenachev, A. V., Sevostianov, D. I., Velichansky, V. L., Vasiliev, V. V., Zibrov, A. A. & Zibrov, S. A. (2013). Feedback spectroscopy of atomic resonances. Physical Review A, 87(6), 063806. |
******************************************************************
В ИЛФ СО РАН проведены эксперименты по наблюдению резонансов Рамси-Борде в ансамбле ультрахолодных атомов магния на интеркомбинационном переходе (длина волны 457 нм). Получены рекордные в России значения ширины (500 Гц) и фактора качества (1.3×1012) резонанса в оптическом диапазоне, что является существенным шагом вперед на пути создания оптического стандарта частоты на ультрахолодных атомах магния с относительной неопределенностью лучше 10-16.
 |
Резонансы Рамси в разнесенных по времени полях на переходе 11S0 – 33P1 холодных атомов магния в МОЛ, задержка времени между импульсами T=201 мкс, длительность импульсов τ =5мкс.
Brazhnikov, D. V., Bonert, A. E., Goncharov, A. N., Taichenachev, A. V., & Yudin, V. I. (2014). Deep laser cooling of magnesium atoms using a 33P2→ 33D3 dipole transition. Laser Physics, 24(7), 074011. |
В ИЛФ СО РАН Разработан и изготовлен двухволновой лазерный аппарат для исследований в медицине. Аппарат адаптирован как для исследований в медицине и биологии, так и для проведения доклинических и клинических испытаний. В отличие от предыдущих моделей настоящий Лазерный аппарат дополнен преобразователем излучения в зеленую область спектра, что делает его весьма перспективным для лечения сосудистых патологий. Аппарат выполнен в пластмассовом корпусе с хорошей эргономикой и дизайном, соответствующим медицинским аппаратам. Лазерный аппарат может быть эффективно использован в области фундаментальных исследований в биологии и медицине, проводимых в ИХБФМ СО РАН. Опыт использования лазерных аппаратов и созданные методики лечения сосудистых патологий и онкологических заболеваний показывает высокую эффективность и перспективность их использования, как в фундаментальных исследованиях, так и в практической медицине.
 |
Монография: «Неодимовый лазер в хирургии церебральных менингиом» В.В. Ступак,
С.Г. Струц, М.А. Садовой, А.П. Майоров. – Новосибирск: Наука, 2013. — 267 с.
ISBN 978-5-02-019096-2. |
******************************************************************
В ИЛФ СО РАН впервые экспериментально доказан и объяснен теоретически новый эффект теплоэлектрического преобразования. Получено преобразование энергии теплового потока в электричество с КПД и качеством на порядок превосходящими аналогичные показатели в существующих на сегодняшний день органических преобразователях. Теоретически показано, что КПД на основе открытого эффекта преобразования может быть сравним с предельным в цикле Карно и достигать ~30%.
 |
Зависимость электрической мощности от нагрузки теплоэлектрического преобразования на полупроводящих ЖК при перепаде температур ~10. |
В ИЛФ СО РАН создана уникальная установка с рекордными параметрами пульсирующей (до 180 кГц) лазерной плазмы с применением которой впервые разработаны (совместно с ИНХ СО РАН и ИХКГ СО РАН) основы промышленно-ориентированных лазерно-плазменных технологий многократного упрочнения поверхности металлов и режущего инструмента, синтеза массивов углеродных нанотрубок на металлах для устройств электроники и суперконденсаторов. Пульсирующая лазерная плазма обеспечивает рекордные скорости прожигания металлов (~300 мм/с для стали).
Общий вид стенда лазерно-плазменных технологий
С целью значительного увеличения ресурса техники и сооружений в экстремальных условиях Арктики, развиваемые в ИЛФ СО РАН новые лазерно-плазменные технологии впервые применены для упрочняющей модификации поверхности ряда хладостойких сталей с многократным увеличением твердости практически без снижения ударной вязкости.
Впервые осуществлено лазерно-плазменное микропорошковое нанесение антикоррозионных (с очень малой скоростью коррозии ~ 0,5 мкм/год в морской воде) и твёрдых (8-10 ГПа, соответствует микротвёрдости самого распространённого в природе кварцевого абразива) NiAlCr, NiCrВSi покрытий на поверхность труб (рис.2). А также нанесение композитных металлокерамических покрытий (микрочастицы TiC в никелевой матрице) с микротвёрдостью 20-25 ГПа сопоставимой с твёрдостью корундового абразива.
В совместных исследованиях с ИНХ СО РАН разработаны основы технологии вне вакуумного синтеза высокотвердых (~20 ГПа), износостойких и коррозионно-устойчивых при температурах до 1200оC покрытий на основе карбонитрида кремния (SiCN) с рекордной (для PCVD методов) скоростью осаждения ~ 1мкм/мин.
Показана высокая эффективность применения лазерно-плазменных методов и технологий нанесения покрытий, позволяющих увеличить до 7 раз микротвердость и износостойкость, в ~100–400 раз коррозионную стойкость стальных деталей, при производстве строительной, дорожной, горнодобывающей и специальной техники, а также труб и металлоконструкций для нефте/газодобывающих платформ и транспортных сооружений подверженных абразивному износу и коррозии.
 |
 |
 |
 |
| NiCrBSi |
SiCN |
NiAlCr |
| Микротвердость по глубине зоны лазерно-плазменного воздействия. |
Высокотвёрдые антикоррозионные покрытия на трубах из стали Ст.20пс. |
| С.Н. Багаев, Г.Н.Грачев, «Лазерно-плазменные технологии упрочнения поверхности металлов для машиностроения и производства техники для Арктики» // «Технопром 2015» Международный форум технологического развития, 4-5 июня 2015г., г.Новосибирск.
A. Tokarev, S. Bagaev, Z. Bataeva, G. Grachev, A. Smirnov, M. Khomyakov, A. Gerber “Laser-plasma treatment of structural steel” //Applied Mechanics and Materials, vol.788, 2015, pp.58/62
V.N. Demin, T.P. Smirnova, V.O. Borisov, G.N. Grachev, A.L. Smirnov, M.N. Khomyakov. «Laser plasmochemical synthesis of hard protective SiCN films», Surface Engineering, Volume 31, Issue 8 (August 2015), pp. 628-633. DOI: http://dx.doi.org/10.1179/1743294414Y.0000000443
Демин В.Н., Смирнова Т.П., Борисов В.О, Багаев С.Н., Грачев Г.Н., Смирнов А.Л, Хомяков М.Н. «Физико-химические свойства пленок карбонитрида кремния, полученных с помощью лазерной плазмы из гексаметилдисилазана.» // Физика и химия стекла, т. 41, № 2, 2015г. |
******************************************************************
В ИЛФ СО РАН впервые продемонстрирована эффективная генерация на длине волны 2091 нм при внутрирезонаторной накачке керамики 1%Ho:YAG излучением дискового тулиевого лазера. Согласно результатам измерений, дифференциальная эффективность генерации на переходе 5I7 — 5I8 (2.1 мкм), отнесенная к поглощенной мощности накачки, составляет 40%, что вплотную приближается к лучшим зарубежным образцам. Показана принципиальная возможность создания многоцветных лазеров с выходной мощностью генерации 10…100 Вт и более, что представляет значительный интерес для развития лазерных технологий.
 |
 |
| Спектр пропускания керамики 1% Ho:YAG, на вставке — схема резонатора |
Спектры генерации для различных мощностей накачки, 0.8-3.3 Вт. |
| С.Н. Багаев, В.В. Осипов, С.М. Ватник, В.А. Шитов, И.А. Ведин, П.Ф. Курбатов, Р.Н Максимов, К.Е. Лукьяшин, А.А. Павлюк — Спектрально-генерационные характеристики керамики 1%Ho:YAG при внутрирезонаторной накачке // Квантовая электроника 45 (1) 23 – 25 (2015).
S.N. Bagayev, V.V. Osipov, S.M. Vatnik, V.A. Shitov, I.Sh. Shteinberg, I.A. Vedin, P.F. Kurbatov K.E. Luk’yashin, R.N. Maksimov, V.I. Solomonov, P.E Tverdokhleb — Re3+ : YAG laser ceramics: synthesis, optical properties, laser characteristics // Quantum Electronics 45 (5) 492 – 497 (2015) |
******************************************************************
В ИЛФ СО РАН впервые в России создан мобильный волоконный фемтосекундный синтезатор оптических частот с использованием разработанного гибридного высоконелинейного волокна. Такая конструкция позволяет существенно уменьшить габариты, увеличить когерентность выходного суперконтинуума и, следовательно обеспечить высокую степень стабилизации выходных частот.
Mакет волоконного фемтосекундного синтезатора частот ИЛФ СО РАН
Вносимая синтезатором нестабильность при переносе характеристик оптического стандарта на другие частоты:
~5,0•10-17 за 10 сек,
~1,7•10-17 за 100 сек,
~4,0•10-18 за 1000 сек.
Таким образом, синтезатор способны обеспечить перенос долговременной стабильности всех известных на сегодняшний день оптических стандартов частоты в синтезируемые частоты оптического и радиодиапазона, что позволяет создавать на его основе прецизионные оптические часы, в частности для системы ГЛОНАСС.
Впервые в мире создан макет компактных (транспортируемых) фемтосекундных оптических часов (ФОЧ) на основе Nd(Yb):YAG/I2 оптического стандарта частоты и фемтосекундного эрбиевого волоконно-оптического синтезатора частот. Опорная оптическая частота передается от стандарта к синтезатору по волоконно-оптическому кабелю. Стабильность выходных частот ФОЧ определяется, главным образом, соответствующими характеристиками Nd(Yb):YAG/I2 оптического стандарта (≈ 10-15 за 10000 с). Разработанные ФОЧ могут быть использованы в глобальных навигационных спутниковых системах, телекоммуникационных технологиях и фундаментальной метрологии, позволяя существенно повысит точность измерений.
Параметр Аллана для фемтосекундных оптических часов
Внешний вид Nd(Yb):YAG/I2 оптического стандарта частоты
Внешний вид фемтосекундного волоконно-оптического синтезатора частот
V.I. Denisov, S.M. Ignatovich, N.L. Kvashnin, M.N. Skvortsov, S.A. Farnosov. Precise modulation of laser radiation by an acousto-optic modulator for stabilisation of the Nd :YAG laser on optical resonances in molecular iodine// Quantum Electronics 46 (5) 464 – 467 (2016)
Коляда Н.А., Нюшков Б.Н., Пивцов В.С., Дычков А.С., Фарносов С.А., Денисов В.И., Багаев С.Н. Стабилизация волоконного синтезатора частот с использованием акустооптического и электрооптического модуляторов // Квантовая Электроника. т.46, №12, 2016.
Впервые средствами бесконтактной лазерной конфокальной сканирующей люминесцентной микроспектротомографии с временным разрешением разработаны методы привязки партий ювелирных алмазов и изготовленных из них бриллиантов к их месторождениям. Данные методики представляют значительный интерес для криминалистики. Их применение позволит привязать криминальные партии ювелирных алмазов и бриллиантов к источникам их происхождения. Это приведет к увеличению процента раскрываемости, сокращению сроков раскрываемости и уменьшению количества противоправных деяний и преступлений в сфере производства, обработки и оборота ювелирных алмазов и бриллиантов и перемещения их через таможенные границы.
 |
 |
 |
| Спектральные измерения с высоким пространственным разрешением. |
|
|
 |
 |
 |
| Измерение кинетики свечения нанообъемов алмаза в диапазоне более четырех десятичных порядков и ее программное разложение на составляющие компоненты. |
|
|
Ф.А. Степанов, В.П. Миронов, А.Л. Ракевич, В.С. Шацкий, Д.А. Зедгенизов, E.Ф. Мартынович. Кинетика затухания красной люминесценции в алмазах Бразилии. Ф.А. Известия РАН. Серия физическая.- 2016.- т. 80. — № 1, стр. 81-84.
С.Ю. Скузоватов, Д.А. Зедгенизов, А.Л. Ракевич, В.С. Шацкий, Е.Ф. Мартынович. Полистадийный рост алмазов с облакоподобными микровключениями из кимберлитовой трубки Мир: по данным изучения оптически-активных дефектов. Геология и геофизика.- 2015.- т. 56.- № 1-2.- с. 426-441.
В.П. Миронов, А.Л. Ракевич, Ф.А. Степанов, А.С. Емельянова, Д.А. Зедгенизов, В.С. Шацкий, Х. Каги, Е.Ф. Мартынович Люминесценция алмазов россыпи Сао-Луис (Бразилия). Геология и геофизика.- 2015.- т. 56.- № 5.- с. 932-940.
В ИЛФ СО РАН впервые теоретически доказано существование динамического стационарного состояния открытой квантовой системы в произвольном периодически модулированном поле. Разработан алгоритм расчета матрицы плотности этого стационарного состояния без использования разложения Фурье, т.е. с учетом всех частотных гармоник. Полученные результаты имеют обширную область приложений в лазерной физике, нелинейной спектроскопии, в частности, при разработке и создании атомных часов и магнитометров. В качестве примера, рассмотрена спектральная форма линии при возбуждении двухуровневых атомов бесконечной периодической последовательностью ультракоротких импульсов. Продемонстрирована радикальная зависимость формы линии от амплитуды и длительности импульсов, в частности, обнаружено существование квази-запрещенных спектроскопических зон.
 |
 |
Форма линии при возбуждении двухуровневых атомов бесконечной последовательностью прямоугольных импульсов при различной безразмерной площади импульсов: π/15 (a), π/2 (b). Для расчета этих графиков стандартным методом Фурье потребовалось бы учесть 105 гармоник.
Yudin, V. I., Taichenachev, A. V., & Basalaev, M. Y. (2016). Dynamic steady state of periodically driven quantum systems. Physical Review A, 93(1), 013820.
