Физика оптических явлений: квантовая электроника и фотоника

Аннотация магистерской программы
010700.68 Физика
(магистерская программа «Физика оптических явлений:
квантовая электроника и фотоника наноструктур»)
с краткой характеристикой
соответствующего научного направления, культивируемого
в Оренбургском государственном университете
Физика оптических явлений
Физические
механизмы
генерации
электромагнитного
излучения оптического диапазона. Лазеры, синхротроны, другие источники излучений. Свойства излучения. Оптические приборы и
устройства. Спектроскопия. Взаимодействие излучения с веществом.
Распространение лазерного излучения в линейных и нелинейных
средах. Нелинейные и параметрические процессы. Оптическая
обработка информации. Голография. Экспериментальное изучение
фундаментальных физических эффектов и явлений. Современные
теоретические представления и математические методы исследований
в физике электромагнитного излучения и взаимодействия излучения с
веществом. Молекулярная фотоника. Нанооптика и наноплазмоника.
Практика научной работы.
В Оренбургском государственном университете на кафедрах
физического и радиофизического профиля (общей физики,
радиофизики и электроники, физики конденсированного состояния и
биохимической физики) в течении многих лет культивируется
научное направление, связанное с тематикой магистерской программы
«Физика оптических явлений: квантовая электроника и
фотоника наноструктур». Кафедры функционируют в тесном
взаимодействии с научными структурами ОГУ – Центром лазерной и
информационной биофизики и Институтом микро и нанотехнологий,
лаборатории которых оснащены высококачественным современным.
Оборудованием. Объединяющим работу различных подразделений
университета научным направлением является направление
«Лазероиндуцированные процессы в природных и синтезированных
наноструктурах» (руководитель - д.ф.-м.н., проф. М.Г. Кучеренко). В
рамках этого направления изучаются проблемы, связанные с физикой
(в частности – электроникой) поверхности твердых тел, нелинейными
процессами лазерного воздействия на системы с геометрическими
ограничениями (дисперсные системы, наноструктуры и тонкие
пленки). Проводятся работы по исследованию свойств биомолекул
методами когерентной оптики и лазерной спектроскопии с
перспективой создания функциональных элементов биоэлектроники.
Так, за последние годы, преподавателями и сотрудниками
физического факультета исследовано взаимодействие возбужденных
молекул кислорода с поверхностью твердого тела, на которой
адсорбированы молекулярные электронно-возбужденные центры.
Решена задача об индуцированной колебательными переходами
десорбции возбужденных молекул кислорода из поверхностного
монослоя. Установлено влияние процессов десорбции молекул
кислорода из монослоя поверхностно-активного вещества в газовую
фазу на кинетику реакций между электронно-возбужденными
молекулами O2 и иммобилизованными центрами в пленке. Выполнены
научно-исследовательские разработки в области лазерных технологий,
фотоники микросистем и наноструктур, голографической записи
информации. Лидер научного коллектива профессор М.Г. Кучеренко
одновременно является научным руководителем направления
010700.68 Физика.
В различное время в университете выполнялись научные
исследования
по
темам:
«Разработка
элементной
базы
оптоэлектроники на основе многокомпонентных молекулярных
систем», «Фотоника молекулярных гетерогенных систем и создание
новых
сенсорных
устройств»,
«Исследование
нелинейных
лазероиндуцированных процессов в конденсированных молекулярных
системах», «Самоорганизация в системах фотовозбужденных
молекул»,
«Нелинейная
лазероиндуцированная
динамика
межчастичного распределения и реагирования».
В настоящее время в круг научных интересов ведущих
преподавателей кафедр физического и радиофизического профиля
входят: молекулярная фотоника, физика нелинейных явлений и
систем, взаимодействие лазерного излучения с веществом, оптическая
голография, наноплазмоника.
По отмеченным направлениям опубликовано свыше двухсот
работ в центральных российских (всесоюзных) и международных
изданиях, в том числе в журналах: Квантовая электроника, Датчики и
системы, Оптика и спектроскопия, Химическая физика , Chemical
Physics (1994), Известия РАН. Серия физическая, Известия вузов.
Физика, Pure and Applied Optics. Part A (1993), Журнал прикладной
спектроскопии,
Краткие
сообщения
по
физике
ФИАН,
Функциональные материалы, Журнал научной и прикладной
фотографии, Письма в ЖТФ и других.
Преподаватели кафедр ОГУ выступали с докладами на
Всероссийских и Международных научных конференциях в Иваново,
Черкассах, Черновцах, Таллине, Черноголовке, С.-Петербурге
(Ленинграде), Новосибирске, Риге, Воронеже, Москве, Минске,
Ставрополе, Харькове. Неоднократно получали приглашения для
участия в работе международных симпозиумов в Будапеште, Эссене,
Берлине, Токио, выступали с докладами в Дрездене, Хиросиме.
Сотрудники кафедр принимают участие в 2-3 Международных и
нескольких
российских
конференциях
ежегодно.
Кафедры
физического и радиофизического профиля ОГУ
активно
сотрудничают с ведущими учеными ближнего и дальнего зарубежья.
Ведется переписка, производится обмен специалистами, обсуждаются
актуальные проблемы радиофизики и лазерной физики. В число
наиболее активных респондентов входят проф. Leo и B.Nickel (оба Германия), Lennard (Канада), Klafter (Израиль), Y.Tanimoto и K.Inoue
(оба - Япония) и др.
В результате проведенных многолетних исследований физиками
ОГУ
установлены основные закономерности в кинетике
трансформации энергии электронного возбуждения, происходящей в
конденсированных молекулярных системах при воздействии
интенсивным лазерным излучением. Обнаружены и детально
исследованы эффекты стимуляции
замедленной флуоресценции
органических соединений посредством инициации перекрестной
аннигиляции
электронных
возбуждений,
кислородным
индуцированием таких реакций и лазерным воздействием. На основе
обнаруженных эффектов разработаны и изготовлены прецизионные
датчики давлений воздуха, измерители концентрации молекулярного
кислорода в газах и датчики температуры. Разработана и
апробирована методика бесконтактного лазерного управления
молекулярными фотопроцессами в конденсированной фазе
посредством
локального
термоинициирования
реакций
и
селективного изменения населенности возбужденных состояний.
Исследованы
механизмы
влияния
магнитного
поля
на
бимолекулярные реакции с участием парамагнитных частиц.
Обнаружены специфические отличия отклика системы на внешнее
полевое
воздействие
в
зависимости
от
характеристик
внутримолекулярных магнитных взаимодействий. Для подавляющего
большинства изученных фотопроцессов установлена роль матрицы
(конденсированной фазы) в формировании кинетики реакции и
наблюдаемых эффектов. Полученная информация использована при
разработке и синтезировании оптических сенсоров, материалов для
записи информации и систем с оптимальными характеристиками. В
настоящее время сделан акцент на исследовании нелинейных
фотопроцессов в наноструктурах, включая биомолекулярные системы
и голографической записи информации на динамическом носителе.
По результатам НИР разработаны и усовершенствованы
спецкурсы: «Взаимодействие лазерного излучения с веществом»,
«Физика лазеров», «Оптическая голография» и др. Оригинальные
экспериментальные установки и измерительные комплексы
используются в спецпрактикумах и будут использоваться при
выполнении курсовых работ и магистерских диссертаций.
В ОГУ с 1997 года и по настоящее время успешно
функционирует аспирантура и докторантура по специальности
01.04.05.-оптика. Соискатели ученых степеней, аспиранты и
докторанты университета принимают активное участие в научно исследовательской работе по направлению «Лазероиндуцированные
процессы в конденсированных молекулярных системах». Фактически
организован филиал московской школы (МГУ им. М.В. Ломоносова)
лазерной физики и физической оптики в университете. ОГУ
поддерживает тесное сотрудничество с физическим факультетом
МГУ, ФИАНом, С.ПбГУ, СГУ, СамГУ, ЮУрГУ и другими
университетами и научными учреждениями России и зарубежья.
Сотрудники кафедр физического профиля и научных центров
ОГУ принимают активное участие во многих конкурсах грантов,
объявляемых
российскими и международными конкурсными
центрами (РФФИ, «Университеты России», «Евразия» и др.). Так,
РФФИ поддержан проект ОГУ «Разработка и создание лабораторного
образца люминесцентно-оптического измерителя концентрации
молекулярного
кислорода
в
качестве
датчика-модуля
технологического процесса и сенсора синглетного кислорода – для
биомедицинских применений» (РФФИ_офи № 04-03-97513),
поддержан
проект
«Исследование
трансформации
энергии
электронного
возбуждения
в
молекулярных
системах,
конденсированных на поверхностях твердых диэлектриков», успешно
завершены работы по проекту Минобразования и науки
«Лазероиндуцированные процессы с участием синглетного кислорода
и адсорбированных люминофоров в пористых наноструктурах».
Научный руководитель
направления 010700.68 Физика,
проф.
М.Г. Кучеренко