Лаборатория спектроскопии ультрабыстрых процессов

Основные достижения

• Впервые методом фемтосекундного возбуждения-зондирования исследованы сверхбыстрые процессы, происходящие в кристаллическом висмуте, при возбуждении в широком спектральном диапазоне 0.4-2.5 мкм. Измерены спектры амплитуды когерентных фононов A1g и Eg симметрии и обнаружено резкое увеличение амплитуды Eg колебаний при перестройке длины волны возбуждающего импульса в ближний ИК диапазон (2010-2011);
• На основе созданного оригинального фотоэлектронного микроскопа продемонстрирован метод исследования характеристик фотоэлектронного пучка с пространственным наноразрешением и пикосекундным временным разрешением, основанный на отклонении пучка пондемоторным потенциалом в поле мощного фемтосекундного импульса. Впервые экспериментально оценено абсолютное значение силы Гапонова-Миллера (2009-2011);
• При исследовании реакций в газовой фазе методом фемтосекундного возбуждения – зондирования в полосах СО-связи (~5 мкм) и CF-связи (~7 мкм) изучена сверхбыстрая динамика внутримолекулярного перераспределения энергии возбужденных колебательных состояний свободных молекул кетена (CF₃)₂CCO в основном электронном состоянии. При резонансном многофотонном возбуждении колебания n1 в (CF₃)₂CCO зарегистрировано заселение мод вплоть до ν = 6 с последующим временем распада ~5 пс, а также впервые наблюдалась динамика внутримолекулярного перераспределения энергии колебаний мод n₂, n₃ и n₄ (2007-2011);
• Впервые обнаружено экспериментально и исследовано теоретически образование множества дискретных колец из непрерывного по углу спектра конической эмиссии при филаментации в плавленом кварце спектрально ограниченного коллимированного излучения фемтосекундной длительности (2010);
• Методом широкополосного фемтосекундного возбуждения-зондирования исследована природа первичного фотовозбуждения в одном из важнейших проводящих полимеров - первично допированном полианилине. Обнаружено, что при возбуждении в основных полосах вблизи 400 и 800 нм первоначально возникают не носители заряда, а нейтральные экситоны или эксиплексы, релаксирующие с образованием носителей заряда за время ~1 пс (2010);
• Обнаружено хорошее соответствие характерных времен затухания когерентных колебаний решетки в монокристаллах висмута, измеренных по динамике разностных спектров отражения Bi в оптическом (500-900 нм) диапазоне зондирования (при зондировании оптических электронов), временам, наблюдавшимся при брегговском отражении фемтосекундных импульсов рентгеновского диапазона (т.е. при зондировании внутренних околоядерных электронов) при эквивалентных условиях возбуждения (2008-2009);
• Создан компактный терагерцовый источник, основанный на методе оптического выпрямления 50 фс лазерного импульса на 800 нм с поперечной групповой задержкой в кристалле ниобата лития. Зарегистрирована трансформация спектра фемтосекундного лазерного импульса, связанная с преобразованием в терагерцовое излучение в процессе оптического выпрямления импульсов с наклонным фронтом. Получены ультракороткие терагерцовые импульсы с частотой повторения 100 Гц и энергией 30 мкДж, сравнимой с энергией ультракоротких ТГц импульсов, генерируемых в ускорителе при использовании электронных сгустков с релятивистскими скоростями. Коэффициент преобразования по числу фотонов превысил 250%, что свидетельствует о существенной роли каскадных процессов (2007-2008);
• Исследованы первичные стадии фотоиндуцированных процессов в тонких пленках С60, легированных Sn, при возбуждении 150 фс лазерным импульсом. Обнаружена сильная зависимость наблюдаемой релаксации от соотношения и пространственного распределения фуллерена и металла, что дает возможность проводить сертификацию композитных наноматериалов (2006);
• Методом фемтосекундной лазерной проекционной микроскопии визуализированы органические нанокомплексы на поверхности металлического острия. В эксперименте достигнуто пространственное разрешение на уровне 5 нм (2004) Запущен уникальный лазерно-диагностический комплекс, обеспечивающий возможность исследования ультрабыстрых фотоиндуцированных процессов с временным разрешением от сотых до десятых долей пикосекунды в спектральном диапазоне от 0.26 мкм до 11 мкм (2004);
• Впервые осуществлена идея проф. Ю.Н. Денисюка и зарегистрировано ахроматическое восстановление голограмм, приготовленных с помощью фемтосекундных лазерных импульсов. Реализована запись и восстановление геометро-оптической голограммы в волноводном режиме (1997-1999);
• При облучении кремниевых наноострий второй гармоникой импульсного фемтосекундного лазера на титанате сапфира, получено сверхвысокое пространственное разрешение двухфотонных фотоэлектронных изображений (до 3 нм ). Кроме того, измерено абсолютное значение коэффициента двухфотонного внешнего фотоэффекта (1998);
• С помощью исследования динамики спектров отражения и пропускания сверхпроводника при T больше Tc выделена спектральная область, соответствующая межзонным переходам на уровень Ферми;
• В результате исследований фотодесорбции ионов хромофор-содержащих молекул импульсами пикосекундной и фемтосекундной длительности обнаружена селективность фотоотрыва ионов хромофора и снижения порога фотоотрыва иона при переходе к длительностям меньше пикосекунды (1988);
• Методом широкополосного фемтосекундного возбуждения-зондирования с временным разрешением ~10^-13 c измерена скорость миграции энергии между пигментами в реакционных центрах пурпурных бактерий и опреден первичный акцептор электрона в процессе преобразования энергии поглощенного кванта в энергию разделенных зарядов (1987);
• При исследовании бактериородопсина методом широкополосного фемтосекундного возбуждения-зондирования показано, что сразу после поглощения кванта света идет процесс изомеризации ретиналя с характерным временем 0,5 пс, что приводит к образованию промежуточного продукта, имеющего время жизни 3 пс. (1985);
• Создан первый в СССР генератор лазерных импульсов фемтосекундного диапазона (1979);
• Обнаружены и промоделированы характерные для нестационарных режимов нагрева особенности рентгеновских спектров плазмы, а также аномалии в интенсивностях некоторых линий NaIX и CVI в ВУФ и рентгеновской области при наблюдении вдоль и поперек оси плазменного шнура при двухступенчатом нагреве ультракороткими импульсами. Наблюдавшиеся аномалии связаны с возникновением усиления при нестационарном нагреве (1977-1981);
• Экспериментально и теоретически исследована роль самофокусировки в активных средах генераторов и усилителей ультракоротких лазерных импульсов. Показано, что в генераторах этот процесс приводит к разбиению импульсов на фемтосекундные фрагменты, а в усилителях – к значительным потерям за счет рассеяния излучения, вплоть до полного, в результате мелкомасштабной самофокусировки. (1974).

Награды

В 2000 г. коллективу присуждена премия им. Ю.И. Островского ЛФТИ им. Иоффе за лучшую публикацию по голографической интерферометрии.

Сотрудничество

РФ

• Научный и технологический центр уникального приборостроения РАН;
• Государственный оптичекский институт им С.И.Вавилова;
• Акустический институт им. Н.Н.Андреева;
• Физический институт им. П.Н.Лебедева РАН;
• Институт химической физики РАН;
• OOO «Авеста-проект»;
• OOO «Клуб деловых партнеров»;
• Научно-исследовательский институт физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова;
• Физфак МГУ;
• Институт физики твердого тела РАН;
• НИИ комплексных испытаний электронных приборов, Сосновый Бор Ленингр. обл.;
• Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН;
• Институт электрохимии им. Фрумкина РАН;
• Институт фундаментальных проблем биологии РАН, Пущинo Московской обл.;
• Институт биохимии им. А.Н. Баха РАН;
• Московский государственный институт стали и сплавов;
• Новосибирский государственный университет;
• Институт радиотехники и электроники РАН;
• Ростовский государственный университет;
• Южный федеральный университет, Россия;
• Институт физической химии РАН;
• Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химической кинетики и горения Сибирского отделения Российской академии наук.

Зарубежные

• Университет Брихама Янга, Прово, США;
• Университет Сонора, Эрмосийо, Мексика;
• Университет г. Лозанна, Швейцария;
• Университет г. Женева, Швейцария;
• Университет г. Лунд, Швеция;
• Лазерная лаборатория, г. Геттинген, Германия;
• Институт биохимической физики, г. Геттинген, Германия;
• Технологический Университет г. Тампере, Финляндия;
• Физический факультет университета г. Констанц, Германия;
• Национальный институт науки о материалах, Цукуба, Япония.

Публикации

2013 г.

1. Anti-Stokes wing of femtosecond laser filament supercontinuum in fused silica, E. O. Smetanina, V. O. Kompanets, S. V. Chekalin, A. E. Dormidonov, and V. P. Kandidov, OPTICS LETTERS Vol. 38, No. 1, p. 16-18 (January 1, 2013).

2012 г.

1. Transient absorption study of two-photon excitation mechanism in the LH2 complex from purple bacterium Rhodobacter sphaeroides, Ilya Stepanenko, Viktor Kompanetz, Zoya Makhneva, Sergey Chekalin, Andrei Moskalenko, Andrei Razjivin “”. Journal Physical Chemistry B, 116, 2886−2890 (2012);
2. Photophysics of Fe(III)–tartrate and Fe(III)–citrate complexes in aqueous solutions, Ivan P. Pozdnyakov, Alexander V. Kolomeets, Victor F. Plyusnin, Alexey A. Melnikov, Victor O. Kompanets, Sergey V. Chekalin, Nikolai Tkachenko, Helge Lemmetyinen, Chem.Phys.Letts. 530, 45-48 (2012);
3. Самофокусировка и мощные лазерные импульсы, С.В.Чекалин, «Как это было...», Сборник статей, часть 4, с.115-145, ЛАС, Москва (2012);
4. СВОЙСТВА АНИЗОМЕТРИЧЕСКОЙ КОНДЕНСИРОВАННОЙ ФАЗЫ (СТРУН) В ГОМОХИРАЛЬНЫХ РАСТВОРАХ, Стовбун С.В.*, Скоблин А.А.*, Занин А.М.*, Гришин М.В.*,Шуб Б.Р.*, Шашкин Д.П.*, Михайлов А.И.*, Компанец В.О.**,Лаптев В.Б.**, Рябов Е.А.**, Чекалин С.В.**, Вестник МГОУ. Серия ≪Естественные науки≫. № 2 / 2012, Раздел II. Химия, с.55-59 (2012);
5. Observation of the temporal Bragg diffraction-induced laser pulse splitting in a linear photonic crystal, S. E. Svyakhovskiy, V. O. Kompanets, A. I. Maydykovskiy, T.V. Murzina, A. А. Skorynin, V. A. Bushuev, S.V. Chekalin, and B. I. Mantsyzov, Phys. Rev. A 86, 013843 (2012);
6. Особенности филаментации фемтосекундного лазерного излучения в условиях аномальной дисперсии в плавленом кварце. Ч.1. Численное исследование, Е.О.Сметанина, В.О.Компанец, С.В.Чекалин, В.П.Кандидов, Квантовая электроника 42(10) 913 – 919 (2012);
7. Особенности филаментации фемтосекундного лазерного излучения в условиях аномальной дисперсии в плавленом кварце. Ч.2. Эксперимент и физическая интерпретация, Е.О.Сметанина, В.О.Компанец, С.В.Чекалин, В.П.Кандидов, Квантовая электроника 42 (10) 920 – 924 (2012);
8. Внутрикластерные реакции, индуцированные в кластерах (CF3I)n фемтосекундным УФ излучением, В.М. Апатин, В.О. Компанец , В.Н. Лохман, Н.-Д.Д. Огурок, Д.Г. Пойдашев, Е.А.Рябов, С.В.Чекалин, ЖЭТФ, 142, 4(10), 644-657 (2012);
9. Десорбция органического проводящего полимера мягким рентгеновским излучением, созданным с помощью фемтосекундного лазера, Миронов Б.Н., Асеев С.А., Чекалин С.В., Иванов В.Ф., Грибкова О.Л. , Письма в ЖЭТФ 96 (9), 670-673 (2012);
10. S. A. Aseyev • V. G. Minogin • B. N. Mironov, Projection microscopy of photoionization processes in gases, Appl. Phys. B, DOI 10.1007/s00340-012-5136-0 (2012);
11. Стовбун С. В., Занин А. М., Скоблин А. А., Компанец В. О., Лаптев В.Б., Рябов Е. А., Чекалин С. В. «Исследование ИК- и УФ-спектров раствора хирального трифторацетилированного аминоспирта в циклогексане». Химическая физика. Т. 31. № 11. С. 5. (2012).

2011 г.

1. Исследование фемтосекундной динамики колебательно возбужденных свободных молекул бис (трифторметил) кетена и металлокарбонилов при резонансном возбуждении СО-связей”, С.В.Чекалин, В.О.Компанец, В.Б.Лаптев, А.А.Макаров, С.В.Пигульский, Е.А.Рябов,. Известия РАН, серия физическая. 75 (2) 160-164 (2011);
2. Generation of coherent phonons in bismuth by ultrashort laser pulses in the visible and NIR: Displacive versus impulsive excitation mechanism, A.A. Melnikov, O.V. Misochko, S.V. Chekalin, Phys.Lett.A 375, 2017-2022 (2011);
3. ИЗМЕРЕНИЕ СИЛЫ ГАПОНОВА - МИЛЛЕРА, СОЗДАВАЕМОЙ В ВАКУУМЕ ОСТРОСФОКУСИРОВАННЫМ ИНТЕНСИВНЫМ ФЕМТОСЕКУНДНЫМ ЛАЗЕРНЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ, Асеев С.А., Миронов Б.Н., Миногин В.Г., Чекалин С.В., ЖЭТФ 139, (5), 894-898 (2011) ФОРМИРОВАНИЕ КОНИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ СУПЕРКОНТИНУУМА ПРИ ФИЛАМЕНТАЦИИ ФЕМТОСЕКУНДНОГО ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В ПЛАВЛЕНОМ КВАРЦЕ, Кандидов В.П., Сметанина Е.О., Дормидонов А.Е., Компанец В.О., Чекалин С.В., ЖЭТФ, Том 140, Вып. 3, стр. 484-496 (2011);
4. Intramolecular vibrational dynamics in bis(trifluoromethyl)keten excited by resonant femtosecond IR radiation, S.V.Chekalin, V.O.Kompanets, V.B.Laptev, S.V.Pigul’sky, A.A.Makarov, E.A.Ryabov, Chem.Phys.Letts. 512, 178-183 (2011);
5. Прямое наблюдение внутрикластерных реакций, индуцированных в кластерах (CF3I)n фемтосекундным УФ-излучением, В.М.Апатин, В.О.Компанец, В.Н.Лохман, Н.-Д.Д. Огурок, Д.Г.Пойдашев, Е.А.Рябов, С.В.Чекалин, Письма в ЖЭТФ, 94(7), 610-613 (2011).

2010 г.

1. B. N. Mironov, S. A. Aseyev and S. V. Chekalin, "Cloning of microstructures due to irradiation of thin gold foil by femtosecond laser radiation", Proc. SPIE 7994, 79940R (2010); doi:10.1117/12.880200 LAT 2010: International Conference on Lasers, Applications, and Technologies, edited by Vladislav Panchenko, Gérard Mourou, Aleksei M. Zheltikov, Proc. of SPIE Vol. 7994, 79940R • © 2011 SPIE;
2. Прямое наблюдение перераспределения колебательной энергии при резонансном возбуждении молекул (СF₃)₂ССО фемтосекундным ИК лазерным излучением, В.О.Компанец, В.Б.Лаптев, А.А.Макаров, С.В.Пигульский, Е.А.Рябов, С.В.Чекалин, Письма в ЖЭТФ, 92(3), 157-161 (2010);
3. Управление пространственно-временной структурой электронных пучков фемтосекундным лазерным излучением высокой интенсивности, С.А.Асеев, В.Г.Миногин, Б.М.Миронов, С.В.Чекалин, ЖЭТФ, 138, 5(11), 803-811 (2010);
4. Исследование сверхбыстрых процессов в фотовозбужденном висмуте с помощью широкополосного зондирования в области длин волн 0.4-0.9 мкм, А.А.Мельников, О.В.Мисочко, В.О.Компанец, А.Л.Добряков, С.В.Чекалин, ЖЭТФ, 138, 3(9), 486-496 (2010);
5. Образование металлосодержащих микроструктурированных пленок при диссоциации карбонилов железа и хрома под действием резонансного ИК лазерного фемтосекундного излучения, Компанец В.О., Лаптев В.Б., Пигульский С.В., Рябов Е.А., Чекалин С.В.. Перспективные материалы, 2010, спец. вып. №8, С. 141-147;
6. Лазерная фотоэлектронная проекционная микроскопия органического проводящего полимера, Б.Н.Миронов, С.А.Асеев, С.В.Чекалин, В.Ф.Иванов, О.Л.Грибкова, Письма в ЖЭТФ, 92, 11, 859-863 (2010);
7. S. A. Aseyev, B. N. Mironov, V. G. Minogin and S. V. Chekalin, "Ultrafast microlocalized photoelectron bunches: formation and applications", Proc. SPIE 7993, 79931F (2010); doi:10.1117/12.880060;
8. Il'ya A. Stepanenko, Viktor O. Kompanets, Sergey V. Chekalin, Zoya K. Makhneva, Andrey A. Moskalenko and Andrei P. Razjivin, "Photosynthetic light-harvesting complexes: fluorescent and absorption spectroscopy under two-photon (1200-1500 nm) and one-photon (600-750 nm) excitation by laser femtosecond pulses", Proc. SPIE 7994, 79941C (2010); doi:10.1117/12.882498;
9. A. A. Melnikov, O. V. Misochko and S. V. Chekalin, "Ultrafast dynamics of crystalline bismuth studied by femtosecond pulses in visible and near-infrared range", Proc. SPIE 7993, 79931J (2010); doi:10.1117/12.881340;
10. РАЗВИТИЕ МЕТОДОВ НАБЛЮДЕНИЯ ПРОЦЕССОВ, ИНДУЦИРОВАННЫХ ФЕМТОСЕКУНДНЫМИ ЛАЗЕРНЫМИ ИМПУЛЬСАМИ, С ВЫСОКИМ ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННЫМ РАЗРЕШЕНИЕМ, С. А. Асеев, Б. Н. Миронов, В. Г. Миногин, С. В. Чекалин, Известия РАН, сер. Физ. т.74 (7), с.974-976 (2010);
11. Interference Effects in the Conical Emission of Femtosecond Filament in Fused Silica. A.E. Dormidonov, V.P. Kandidov, V.O. Kompanets, S.V. Chekalin, Письма в ЖЭТФ т.91 (8), с.405-409, (2010);
12. Femtosecond pump-broadband probe study of primary doped polyaniline – The evidence of neutral primary photoexcitations. Melnikov, V. Ivanov and S. Chekalin, Chem.Phys.Letts. 488 (2010) 38-43.