Нелинейная оптическая спектроскопия биологически важных молекулНИР

Nonlinear optical spectroscopy of biologically important molecules

Источник финансирования НИР

госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию)

Этапы НИР

# Сроки Название
15 1 января 2014 г.-31 декабря 2014 г. Исследование взаимодействия содержащих сингулярности поляризации монохроматических пучков специального вида в нелинейной изотропной среде
Результаты этапа: Впервые предложена модель обладающей частотной дисперсией и нелокальностью оптического отклика нелинейной среды, состоящей из биологически важных органических молекул, позволившая записать материальные уравнения без широко используемого требования малости параметра пространственной дисперсии. Модификация метода конечных разностей во временной области (FDTD) со вспомогательным дифференциальным уравнением (ADE) впервые была использована для описания распространения эллиптически поляризованного импульса произвольной длительности в такой среде. Результаты численного исследования в случае длинных импульсов совпадают с полученными ранее при решении системы связанных уравнений для медленно меняющихся амплитуд циркулярно поляризованных плоских волн. Для предельно коротких импульсов (около десятка колебаний электрического поля) полученные результаты существенно отличаются от предсказанных формулами для зависящих от интенсивности угла поворота и степени эллиптичности эллипса поляризации, полученными в рамках метода медленно меняющихся амплитуд. В этом случае степень эллиптичности эллипса поляризации и угол, задающий его ориентацию в пространстве, теряют физический смысл, и следует говорить исключительно только об изменениях модуля вектора напряженности электрического поля и угла, который этот вектор образует в пространстве с одной из осей декартовой системы координат (например, перпендикулярной направлению распространения импульса). При этом о характере изменения поперечных компонент вектора напряженности электрического поля удобно судить по виду годографа ‒ кривой в пространстве, которую описывает конец вектора напряженности электрического поля. В зависимости от соотношения между параметрами поляризации падающего импульса и константами, характеризующими нелинейную среду, возможны различные режимы распространения эллиптически поляризованного импульса, по которым можно получить информацию о состоянии среды.
16 1 января 2015 г.-31 декабря 2015 г. Исследование самовоздействия и взаимодействия двух содержащих сингулярности поляризации монохроматических пучков в нелинейной изотропной хиральной среде при их коллинеарном распространении
Результаты этапа: Получены аналитические выражения для напряженности электрического поля пучка на суммарной частоте, сгенерированного в результате коллинеарного взаимодействия эллиптически поляризованного Гауссового пучка и циркулярно поляризованного Лагерр-Гауссового пучка в объеме изотропной нелинейной хиральной среды. Показано, что количество и положение C-точек в поперечном сечении сигнального пучка на суммарной частоте зависят от отношения частот и дифракционных длин пучков основного излучения и степени эллиптичности эллипса поляризации Гауссова пучка, а топологические заряды возникающих в сигнальном пучке C-точек определяются топологическим зарядом Лагерр-Гауссова пучка. Произведена классификация возникающих конфигураций электрического поля пучка на суммарной частоте на основе неизменного в процессе распространения в нелинейной среде значения суммарного топологического заряда. В зависимости от значений параметров падающего излучения C-линии образуют спиралевидную структуру, или замыкаются в петлю, которая с ростом расстройки волновых векторов сначала деформируется, а затем разрывается, образуя новые.
17 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. Аналитическое и численное исследование сложных поляризационных структур электрического поля в объеме изотропной нелинейной хиральной среды
Результаты этапа: Проведено исследование самовоздействия и взаимодействия двух содержащих сингулярности поляризации коллинеарно распространяющихся монохроматических пучков специального вида в нелинейной изотропной среде, состоящей из хиральных молекул. Показано, что соотношения между компонентами тензоров локальной и нелокальной кубической нелинейности определяют возможные режимы взаимодействия циркулярно поляризованных составляющих электрического поля. В случае их взаимной фокусировки пространственная дисперсия кубической нелинейности определяет состояние поляризации формирующихся в толще среды пучков. В среде с дефокусирующим типом взаимодействия циркулярно поляризованных составляющих электрического поля пространственная дисперсия кубической нелинейности непосредственно влияет на величину пиков интенсивности в плоскости, перпендикулярной направлению распространения. В толще нелинейной среды происходит рождение и аннигиляция пар C-точек с противоположными топологическими зарядами. Нелинейность среды определяющим образом влияет на эволюцию C-точек. В режиме взаимной фокусировки циркулярно поляризованных компонент распространяющегося поля рост интенсивности падающих волн приводит к замедлению взаимодействия C-точек вплоть до полного его прекращения. При взаимной дефокусировке циркулярно поляризованных компонент распространяющегося поля рождение и аннигиляция C-точек происходит тем ближе к границе среды, чем больше интенсивность падающих волн. Наличие у среды пространственной дисперсии кубичной нелинейности приводит к тому, что в обоих нелинейных режимах эволюция сингулярностей поляризации в падающих пучках будет иметь разные темпы при смене направления вращения их поляризации. Подобная разница не наблюдается при отсутствии у среды нелокального нелинейного отклика. Показано формирование поляризационных сингулярностей при самофокусировке однородно эллиптически поляризованного пучка эллиптического сечения. Установлено, что сингулярности существуют на конечном диапазоне расстояний распространения, а потом сталкиваются и аннигилируют. Построен и аналитически обоснован сценарий формирования сингулярностей в таких условиях. Наличие небольшой шумовой составляющей качественно не влияет на этот процесс. Продолжено исследование механизмов, определяющих поляризационные свойства электромагнитного отклика, возникающего в процессе рассеяния атомом интенсивного произвольно поляризованного лазерного излучения. Объяснена эллиптическая поляризация электрического поля высоких оптических гармоник, генерируемых атомарными газами, при их взаимодействии с первой и второй гармониками Ti:Sa лазера, имеющими ортогональную поляризацию. Проанализированы поляризационные свойства ТГц излучения, генерируемого в кювете с атомарным аргоном при указанной выше конфигурации воздействующих полей. С помощью когерентного антистоксового рассеяния света осуществлена нелинейно-оптическая диагностика поведения молекулярных сред различного типа в порах прозрачных нанопористых материалов. Проанализированы особенности образующихся при этом наноразмерных жидкоподобных кластеров при относительно низких давлениях. Исследовались колебательные спектры двуокиси углерода при её адсорбции в мезопористом стекле Вайкор с радиусом пор порядка одного нанометра, начиная от давлений, в несколько раз меньших давления насыщения. Даже при самых низких давлениях из исследованного диапазона, при которых покрытие стенок пор поверхностно-адсорбированными молекулами составляет менее монослоя, в порах образуются наноразмерные молекулярные кластеры. Их образование происходит в специфических местах пористой системы, характеризуемых либо малым размером и большой кривизной поверхности, либо химическими дефектами стенок пор. Спектры нанокластеров по частоте соответствуют жидкости в свободном объёме, что указывает на их однородность. Анализ спектральных вкладов поверхностно-адсорбированных слоёв и жидкоподобных кластеров показал, что повышение давления вызывает рост массовой доли кластеров, который тем быстрее, чем больше доля поверхностного адсорбата (увеличение от единиц до нескольких десятков процентов). Это приводит к их существенному вкладу в изотермы адсорбции, измерение которых традиционно используется как для исследования поведения среды в нанопорах, так и для порометрии. Развитый спектроскопический подход существенное лучше традиционных методов, поскольку позволяет различить две сосуществующие плотные группы молекул и установить соотношение их массовых долей. Показано, что при взаимодействии двухуровневого квантового излучателя (атом, молекула, квантовая точка и т.д.) с плазмонной наночастицей (вытянутый наносфероид) во внешнем поле вокруг последней образуются области либо существенного увеличения (до нескольких порядков) или уменьшения (до нескольких раз) скорости распада атома по сравнению с его скоростью распада в вакууме. Установлено, что спектр резонансной флуоресценции атома в непосредственной близости от плазмонной наночастицы очень чувствителен к положению атома относительно наночастицы и к поляризации ближнего поля, которая зависит в свою очередь от поляризации внешнего лазерного излучения. Полученный результат может быть использован в потенциальных экспериментах с квантовыми излучателями в ближнем поле, а также для 3D наноскопии ближнего поля путем регистрации спектров резонансной флуоресценции квантовых излучателей, находящихся в непосредственной близости от плазмонных наночастиц.
18 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. Поиск новых методов характеризации сверхкоротких импульсов среднего ИК-диапазона и сингулярностей поляризации
Результаты этапа:
19 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. Аналитическое и численное исследование сложных поляризационных структур электрического поля в объеме изотропной нелинейной хиральной среды
Результаты этапа: 1. Проанализированы сценарии рождения и аннигиляции сингулярностей поляризации в пучке третьей гармоники. 2. Разработана методика управления эффективностью передачи момента импульса и его орбитальной и спиновой частей в сигнальном пучке при помощи поляризации волн основного излучения в процессе генерация суммарной частоты в изотропной гиротропной среде. 3. Проанализирована пространственно-временная динамика кольцевых пучков с фазовой сингулярностью при их самовоздействии в средах с аномальной дисперсией.
20 1 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. Аналитическое и численное исследование сложных поляризационных структур электрического поля в объеме изотропной нелинейной хиральной среды
Результаты этапа:
21 1 января 2020 г.-31 декабря 2020 г. Аналитическое и численное исследование сложных поляризационных структур электрического поля в объеме изотропной нелинейной хиральной среды
Результаты этапа:
22 1 января 2021 г.-31 декабря 2021 г. Аналитическое и численное исследование сложных поляризационных структур электрического поля в объеме изотропной нелинейной хиральной среды
Результаты этапа:

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".