Результаты года
Что-то с лыжниками и лыжницами я пока ленюсь.
Продолжая хорошую традицию, выложу результаты, представленные в ученый совет нашего института в 2021 году (40 штук).
Опечатки возможны, по большей части результатов могу попробовать что-то объяснить, если кому-то интересно:
1. Разработан и успешно испытан уникальный источник протонных (и дейтронных) пучков непрерывного действия “GISMO”. Основой источника служит разряд, поддерживаемый в магнитной ловушке микроволновым излучением гиротрона (частота 28 ГГц, мощность до 10 кВт) в условиях электронно-циклотронного резонанса, что обеспечивает рекордно высокий для ЭЦР ионных источников удельный энерговклад (до 200 Вт/см3) и позволяет создавать плазму с плотностью до 10^13 см-3 с оптимальной для диссоциации и ионизации водорода температурой 50100 эВ. Получены потоки плазмы из ловушки с плотностью до 1,5 А/см2, извлечены непрерывные и импульсные протонные пучки с током до 100 мА через апертуру 3 мм и среднеквадратичным нормализованным эмиттансом на уровне 0,1 pi*mm*mrad. Впервые продемонстрирована возможность генерации чистого протонного пучка, без молекулярных ионов.
Созданный ионный источник не имеет аналогов по качеству и составу генерируемых пучков, что открывает новые перспективы для создания уникальных нейтронных источников разного масштаба, от мощных компактных D-D нейтронных генераторов до самых мощных источников испарительного типа (spallation sources).
2. В качестве электродинамической системы электронно-волнового взаимодействия прибора гиротронного типа предложена квазиоптическая зеркальная линия передачи, транспортирующая излучение по зигзагообразной траектории таким образом, что гауссов волновой пучок периодически пересекается с электронным пучком под прямым углом. В областях таких пересечений происходит электронно-циклотронное взаимодействие, которое так же как в гиротроне характеризуется минимальной критичностью к скоростному разбросу частиц. Компьютерное моделирование демонстрирует привлекательность такого варианта МЦР для реализации широкополосных усилителей или генераторов с октавной полосой диапазона частотной перестройки на длинах волн 1-2 мм.
3. Предложен и экспериментально апробирован новый подход к конструированию систем формирования ионного пучка, позволяющий генерировать пучки с ранее недоступными характеристиками. Применены электроды специальной формы, обеспечивающие сильно неоднородное распределение электрического поля в ускоряющем зазоре. Новая геометрия электродов позволяет реализовать основной перепад электрического потенциала вблизи плазменного мениска, увеличить темп ускорения ионов и тем самым снизить объемный заряд пучка, ограничивающий его предельные характеристики. Разработанный подход обеспечивает существенное снижение оптимального ускоряющего напряжения для требуемых значений плотностей тока, либо обеспечивает больший ток при фиксированном напряжении.
В экспериментах на ЭЦР источнике SMIS-37 в ИПФ РАН впервые получены качественные протонные пучки с плотностью тока до 1,2 А/см2. На основе предложенного подхода разработан дизайн системы формирования пучков многозарядных ионов с энергией менее 1 кэВ для исследований их взаимодействия с поверхностями в центре GANIL (Франция) и предложен апгрейд системы для инжектора многозарядных ионов циклотрона в Университете г. Ювяскюля (Финляндия).
4. Экспериментально продемонстрирована возможность достижения высокой эффективности преобразования оптического излучения в терагерцовый диапазон благодаря фотоэффекту Дембера (ФД) и латеральному фотоэффекту Дембера (ЛФД) в фотопроводниках InGaAs большой площади с широко варьируемым содержанием индия. Разработанная эпитаксиальная методика выращивания образцов InGaAs позволяет получать любую желаемую концентрацию индия и создавать структуры ЛФД излучателей с большими площадями, ограниченными только размером подложки. Излучатель ЛФД на основе In0.7Ga0.3As с металлической нано-решеткой большой площади (1,5 см2) демонстрирует высокую эффективность преобразования (до 2,4 • 10^-4) и широкую полосу генерации (более 6 ТГц). Показано, что эффективность преобразования остается высокой при увеличении частоты повторения импульсов с 1 кГц до 200 кГц. Продемонстрированная эффективность преобразования сопоставима с рекордными значениями, достигнутыми недавно при высоких частотах для кристаллов, при в разы более широкой полосе генерации
5. Разработан и экспериментально протестирован генератор периодической последовательности ультракоротких импульсов (УКИ), основанный на эффекте пассивной синхронизации мод. Цепь обратной связи генератора включает винтовую гиро-ЛБВ и насыщающийся поглотитель, основанный на резонансном циклотронном взаимодействии излучения с первоначально прямолинейным электронным пучком. Насыщение поглощения обусловлено релятивистской зависимостью гирочастоты от энергии электронов. Экспериментально в диапазоне 30 ГГц получены последовательности субнаносекундных (0,4 нс) импульсов с пиковой мощностью 100 кВт, частотой следования 0,4 ГГц и высокой степенью фазовой корреляции, что полностью соответствует выполненным теоретическим расчетам. Проведенные эксперименты открывают возможность реализации нового класса импульсных генераторов, которые, в зависимости от диапазона и мощности, могут найти приложения в радиолокации, спектроскопии, диагностике плазмы и твердого тела.
6. Предложен метод селективного возбуждения высоких поперечных мод в непрерывных и длинноимпульсных гиротронах, работающих на 2-ой циклотронной гармонике в условиях существенного превышения рабочих токов над стартовым значением. Метод основан на использовании захвата гиротрона слабым (несколько процентов по мощности) монохроматическим сигналом, который в процессе включения обеспечивает селективное возбуждение рабочей моды. Такой подход дает возможность получить мегаваттный уровень мощности на 2-ой гармонике гирочастоты с продвижением в частотный диапазон свыше 200 ГГц, недоступный для мощных гиротронов на 1-ой циклотронной гармонике вследствие ограничений по магнитному полю. С использованием предложенного подхода разработана также концепция двухчастотного (19/38 ГГц) гиротрона с мощностью ~1 МВт на 1-ой и 2-ой гармониках гирочастоты, что представляет интерес для систем нагревы плазмы в сферических токамаках.
7. Предложен и обоснован механизм происхождения квазигармонических эмиссионных полос в наблюдаемых динамических спектрах декаметрового радиоизлучения Юпитера, основанный на эффекте двойного плазменного резонанса на ионных циклотронных гармониках. Он реализуется в серии локализованных вдоль магнитного поля слоёв в верхней ионосфере Юпитера, где частота нижнего гибридного резонанса совпадает с гармониками ионной циклотронной частоты. Имеющиеся там надтепловые ионы обеспечивают генерацию ионных циклотронных волн, а надтепловые электроны - их рассеяние в наблюдаемое электромагнитное излучение. На основе модели магнитного поля VIP4 определены долготы, на которых может располагаться источник декаметровых всплесков излучения, и получены оценки плотности плазмы и ее распределения по высоте, согласующиеся со спутниковыми данными.
8. Определены условия роста легированного кремнием алмаза в процессе CVD синтеза и впервые продемонстрировано создание слоя центров окраски SiV нанометровой толщины - дельта слоя толщиной равной 5 нм, который может быть расположен на любой глубине в CVD алмазе. При слабом легировании слоя и дополнительном образовании вакансий с помощью электронного или лазерного пучков можно создавать и позиционировать одиночные центры окраски SiV в плоскости слоя. Продемонстрированный метод локализации SiV центров с помощью дельта легирования может быть использован для создания источников одиночных фотонов и квантовых повторителей. По сравнению с широко исследуемыми NV центрами в алмазе SiV центры имеет более узкую безфононную линию и слабую фононную полосу, что позволит создать эффективные источники одиночных фотонов.
9. Предложен новый подход к интеркаляции водорода в однослойный графен, выращенный на SiC. Графен постепенно модифицируется и превращается в двумерный углеводород графан под воздействием аргон-водородной плазмы высокочастотного разряда. Тщательный подбор параметров позволил проследить постепенное превращение графена в графан. Промежуточные этапы перехода материала были изучены методами спектроскопии комбинационного рассеяния света и атомно силовой микроскопии. Развитый высоконадежный и гибкий способ получения графана может использоваться для производства материала для хранения водорода и в 2D-электронике.
10. В непрерывном гиротроне экспериментально продемонстрирована стабилизация частоты излучения за счет отражения части мощности от внешнего высокодобротного двухзеркального квазиоптического резонатора. Чувствительность частоты к изменению ведущего магнитного поля и ускоряющего напряжения, а также ширина спектра излучения уменьшились на порядок.
11. Впервые теоретически предсказана и экспериментально подтверждена статистически значимая связь между глобальной электрической цепью (ГЭЦ) и климатической модой Эль-Ниньо - Южное Колебание (ЭНЮК). С помощью моделирования, основанного на использовании модели прогноза погоды WRF, данных реанализа и параметризации ионосферного потенциала, показано, что сильные события Эль-Ниньо и Ла-Нинья влияют на глобальное распределение электрически активных облаков, что приводит к изменению формы кривой суточной вариации ионосферного потенциала и других параметров ГЭЦ. Описаны механизмы влияния моды ЭНЮК на суточную вариацию ГЭЦ, в частности показана важная роль электрически активных облаков над океанами, вклад которых прежде недооценивался из-за меньшей молниевой активности; подробно изучено влияние моды ЭНЮК на региональные вклады в ионосферный потенциал. Получено первое экспериментальное подтверждение связи ГЭЦ и климатической моды ЭНЮК на основе анализа данных многолетних измерений атмосферного электрического поля на антарктической станции «Восток» в 2006-2016 годах; паттерны ЭНЮК, предсказанные моделью, статистически значимо различимы в экспериментальных данных.
12. Эффекты генерации высокочастотного волнового излучения в молниевых разрядах представляют большой интерес как с точки зрения фундаментальной физики молнии, так и для приложений, связанных с мониторингом грозовой активности и защитой оборудования от электромагнитных помех. В экспериментах, выполненных ИПФ РАН совместно с ВНИЦ-900 РФЯЦ-ВНИИТФ, впервые зарегистрировано излучение длинных искровых разрядов в форме сверхширокополосных электромагнитных импульсов (СШП ЭМИ) наносекундной длительности с частотным спектром, простирающимся до 10 ГГц. Эксперименты проведены на физической модели грозовой ячейки, представляющей собой облако водных капель, заряжаемое до потенциала более 1 МВ и позволяющее получать искровые разряды длиной порядка 1 м. Установлено, что ЭМИ с характерной длительностью нарастания фронта 50 - 100 пс возникают на стадии стримерных вспышек, при распространении лидера, а также на главной стадии (при обратном ударе). Измерены переменные электрические и магнитные поля импульсов, определена поляризация излучения. Волновые формы и спектры СШП ЭМИ согласуются с моделями генерации радиоизлучения при встрече стримеров.
13. Проведен анализ пространственно-распределенных данных давления на уровне моря (ДУМ) и теплосодержания верхнего слоя океана (ТО) на предмет выявления прогностических переменных (предикторов), позволяющих снизить весенний барьер предсказуемости климатической динамики в тропической части Тихого океана. По данным ДУМ выделен индекс, отражающий состояние субтропической атмосферной циркуляции в зимне-весенний сезон (февраль-март), который имеет статистически значимые долговременные корреляции с колебанием Эль-Ниньо в предстоящий период с июня текущего года по май следующего года. Установлено, что найденный индекс может быть связан с влиянием на динамику Эль-Ниньо крупномасштабного паттерна ДУМ, охватывающего субтропическую и среднеширотную части северного Тихого океана. В ходе анализа данных ТО выявлена компонента, которая отражает накопление подповерхностных теплых вод в экваториальной части Тихого океана, что, согласно современным концепциям, является необходимой составной частью цикла колебания Эль-Ниньо.
Показано, что учет найденных предикторов в эмпирической модели Эль-Ниньо, описывающей эволюцию температуры поверхности экваториальной части Тихого океана (ТПО), позволяет добиться статистически значимого повышения ее прогностической способности на масштабах от нескольких месяцев до одного года, в том числе при прогнозе через весенний барьер. Индекс ДУМ при этом играет роль атмосферного форсинга, влияющего на долгосрочное состояние системы, а ТО-компонента является дополнительной динамической переменной системы, дополняющей ТПО-переменную. В ходе анализа полученной модели впервые обнаружены статистически значимые нелинейные связи между компонентами Эль-Ниньо на межгодовых масштабах.
14. Впервые выполнено прямое молекулярно-динамическое моделирование (МД-моделирования) процесса нелинейного распространения поверхностных упругих волн (ПАВ) вдоль свободной границы упругого материала с использованием описания взаимодействия частиц через потенциал Леннарда-Джонса и гармонический потенциал, характеризующиеся противоположными знаками нелинейности. Продемонстрирована способность атомистического моделирования воспроизводить ключевые особенности эволюции нелинейных ПАВ, которые имеют ряд качественных отличий от хорошо известных аналогов при распространении объемных волн, а также продемонстрирована прямая визуализация процесса диссипации регулярной волны из-за уноса ее энергии тепловыми фононами, разрушение материала интенсивной волной и ее взаимодействие с приповерхностными дефектами.
15. Знание абсорбционной способности основных углеродсодержащих “парниковых” примесей атмосферы является ключевым условием успешного решения актуальных задач по контролю и прогнозу климатических эффектов этих примесей, к числу которых относится “коричневый углерод” - поглощающая органическая компонента аэрозоля. С целью существенного уточнения такого знания в случае дымов от природных пожаров разработан метод оценки высокоизменчивых абсорбционных характеристик органической компоненты дымового аэрозоля по данным мультиволновых измерений аэрозольной абсорбции и экстинкции. Метод предполагает вероятностный (байесовский) анализ результатов ансамблевых расчетов оптических свойств аэрозоля на основе теории Ми. В результате применения разработанного метода к многолетним данным дистанционного зондирования атмосферы на сибирских станциях AERONET показано, что он позволяет существенно (до и более 10 раз) снизить неопределенность оценок мнимой части показателя преломления и удельного коэффициента абсорбции органической компоненты аэрозоля, а также отношения массовых концентраций черного и органического углерода - основных параметров, необходимых для корректного учета коричневого углерода в химико-транспортных и климатических моделях. Получены полуэмпирические зависимости указанных параметров от измеряемых характеристик. Предложенный метод может быть применен не только к данным дистанционного зондирования, но также и к данным фотометрических измерений в аэрозольных камерах и на наземных станциях, в том числе в Арктике.
16. Методами трансформационной оптики с использованием операции конформного преобразования трехмерного пространства разработана электродинамическая модель «невидимых» сферических объектов из изотропных материалов («невидимыми» названы объекты, при помещении которых в монохроматическое ЭМ поле оно меняется только внутри самого объекта). Объекты представляют собой совокупность чередующихся слоев вещества с пространственно однородным положительным и радиально неоднородным отрицательным показателями преломления и одинаковой диэлектрической и магнитной проницаемостями внутри заданного слоя.
Простейший объект состоит из сферического «ядра» с положительным показателем преломления и «согласующего покрытия» - сферического слоя вещества с отрицательным показателем преломления. Установлено, что при прохождении волны через такой объект в нем возбуждается энергетический вихрь - волновое поле с замкнутыми линиями тока энергии, благодаря чему объект приобретает способность накапливать электромагнитное излучение внешних источников. При стремлении радиуса ядра к нулю запасенная в вихре энергия неограниченно растет и объект превращается в невидимую «черную дыру».
В ядре объекта образуется уменьшенная копия ЭМ поля, в которое помещен объект. Ключевую роль в формировании этой копии играет энергетический вихрь. Показано, что энергетические вихри могут возбуждаться и в невидимых объектах из анизотропных материалов, и они тоже способны копировать ЭМ поля.
17. Предложен дистанционный метод восстановления основных динамических параметров приводного пограничного слоя атмосферы (ППСА), скорости приводного ветра, динамической скорости и коэффициента сопротивления, при ураганном ветре, основанный на сопоставлении данных натурных измерений профилей скорости приводного ветра и данных пассивного дистанционного зондирования подстилающей поверхности океана. Определение динамических параметров ППСА основано на установленных автомодельных свойствах вертикальных профилей скорости ветра в планетарном пограничном слое над морем в условиях урагана. При сопоставлении были использованы данные об излучающей способности поверхности, полученные радиометрами со ступенчатым измерением частоты (SFMR), размещенными на самолетах NOAA. Полученные зависимости излучающей способности водной поверхности от скорости приводного ветра и динамической скорости использованы для восстановления параметров пограничного слоя при скоростях ветра более 35 м/с.
18. В результате выполненных натурных и лабораторных экспериментов обоснована гипотеза о механизме формирования небрэгговской компоненты (НБК) радиолокационного сигнала микроволнового диапазона при рассеянии на морской поверхности. Показано, что НБК связана со структурами большой кривизны на гребнях сильно нелинейных гравитационно-капиллярных волн см-дм-диапазонов (bulge/toe- структуры). Данный вывод получен при селективном подавлении резонансной брэгговской ряби пленкой ПАВ, что приводит к росту относительного вклада НБК, а также на основе исследований аномально сильной модуляции РЛ сигнала в условиях модуляции ветровых дм-волн в поле внутренней волны. Предложена модельная зависимость интенсивности НБК от спектральной интенсивности дм-волн, позволяющая удовлетворительно описать эксперимент. Результат важен для развития моделей РЛ рассеяния на морской поверхности.
19. В рамках прямого численного моделирования уравнений гидродинамики показана устойчивость солитоноподобных коротких групп очень крутых волн на глубокой воде при распространении в поле нерегулярных однонаправленных волн с реалистичным для морских условий частотным спектром. Такие группы могут быть выделены на моментальных снимках волн с помощью оконного анализа с использованием метода обратной задачи рассеяния. С учетом длительного времени их существования, становится возможным раннее предупреждение о связанных с ними экстремальных волнах. Устойчивость солитоноподобных групп с близкими частотами при парных столкновениях показана в численных и лабораторных экспериментах. В рамках прямого численного моделирования продемонстрирована возможность образования аномально высоких волн в результате трансформации солитоноподобных групп волн при резком увеличении глубины. Дано приближенное аналитическое описание ключевых характеристик такой трансформации.
20. К вибрационным полям сложных механоакустических систем в задаче поиска источников применён подход согласованной обработки сигналов антенны из вибрационных датчиков. Подход использует функции Грина системы, полученные численными методами, и исходные данные, полученные когерентным измерением системой из нескольких акселерометров. Экспериментально показано, что уже при небольшом количестве датчиков (до 10 приёмников) и нескольких частотных полосах (от одной до 5) в системах с широким диапазоном волновых размеров (несколько десятков) и несколькими типами упругих волн возможно: определение количества источников, вне зависимости от их когерентности; их локализация в пространстве, вне зависимости от ориентации действующей переменной силы; оценка мощности отдельного источника. Реализация алгоритма поиска источников в системах с множественностью типов упругих волн основана на модификации алгоритма MUSIC к векторным полям.
21. Выходные импульсы лазера PEARL с энергией до 18 Дж и длительностью 6070 фс после фазовой самомодуляции в кристалле KDP толщиной 4 мм или кварце толщиной 5 мм сжаты чирпирующимими зеркалами до 10 фс и 11 фс, соответственно. Для петаваттных лазеров эта длительность вдвое меньше рекордных значений. Эксперименты проводились при значениях В-интеграла от 5 до 19, и при этом не обнаружено никаких повреждений на оптических элементах, что говорит о подавлении мелкомасштабной самофокусировки. Полученные результаты показывают возможность дальнейшего масштабирования нелинейной компрессии в направлении мульти-петаваттной мощности в импульсах с длительностью, соизмеримой с периодом поля.
22. Предложены методы увеличения временного контраста фемтосекундных лазерных импульсов при их нелинейной компрессии. Подавление пьедестала и одновременно почти 100%-ное пропускание пика импульса осуществляется благодаря кубической нелинейности тремя различными методами:
i) поляризационная селекция - нелинейная разность фаз π между ортогонально поляризованными волнами приводит к повороту поляризации на 90 градусов, или
ii) пространственная селекция - клин отклоняет волновой вектор пьедестала и пика на разные углы, или
iii) спектральная селекция - спектр пьедестала не отражается зеркалом, имеющим провал в коэффициенте отражения в центральной области уширенного спектра.
23. Предложен и экспериментально реализован в фемтосекундном волоконном лазере с внутрирезонаторным интерферометом Маха-Цандера новый режим генерации связанных состояний диссипативных солитонов c широко перестраиваемым расстоянием между импульсами - "эластичных солитонных кристаллов". Продемонстрирована генерация эластичных солитонных кристаллов, состоящих из нескольких десятков регулярно повторяющихся базовых структур (одинаковых диссипативных солитонов и пар импульсов - диссипативного солитона и его низкоинтенсвной задержанной копии), которые могли быть сжаты и растянуты более чем в 30 раз с сохранением своей структуры, при этом эффективная частота повторения перестраивалась от 6 до 250 ГГц. Продемонстрировано управление отдельными импульсами в эластичном солитонном кристалле с помощью инжекции ультракороткого импульса от внешнего источника, а также генерация суперконтинуума, профилированного в спектральном и временном представлении, при нелинейном преобразовании солитонных кристаллов в высоконелинейном волокне.
24. Впервые теоретически показано, что в многосердцевинном световоде (МСВ) с квадратной матрицей сердцевин можно передавать и усиливать когерентное лазерное излучение с полной мощностью, многократно превышающей предельную мощность в одной сердцевине, используя противофазную поперечную супермоду МСВ, устойчивую в нелинейном режиме. Экспериментально продемонстрировано распространение широкополосных импульсов с поперечной структурой в виде противофазной супермоды в специально изготовленном МСВ с квадратной матрицей 5х5 сердцевин. Экспериментально и теоретически продемонстрировано управление дисперсией групповых скоростей в МСВ с помощью использования противофазной супермоды, что дает возможность формирования мощных предельно коротких солитонов и широкополосной (2,34 мкм) рамановской перестройки длины волны солитонов в диапазоне, недостижимом в односердцевинных световодах.
25. Установлены особенности управляемой генерации оптических гребенок и частотно-перестраиваемого излучения в микрорезонаторах в различных режимах, включая ранее неизвестные, что востребовано для телекоммуникационных и сенсорных приложений. В кварцевых микросферах обнаружен новый режим генерации рамановских солитонов. В халькогенидных микросферах впервые продемонстрирована широкополосная перестройка одномодовой рамановской генерации в диапазоне 1,6101,662 мкм, а также достигнута каскадная рамановская генерация 4-го порядка. В теллуритных микросферах, легированных Er3+, получена лазерная генерация и впервые объяснены скачки ее длины волны в рамках предложенного оригинального полуаналитического метода.
26. Предложена и экспериментально продемонстрирована возможность терагерцовой модуляции чирпированных лазерных импульсов за счет периодической модуляции спектральной фазы. Предложен поляризационный интерферометр без разделения пучков, обеспечивающий терагерцовую модуляцию чирпированных импульсов. Предложен и подтвержден численным моделированием способ высокоэффективной генерации 2-ой и 4-ой гармоник чирпированных импульсов с сохранением терагерцовой модуляции. Результаты позволяют создать драйвер для фотоинжектора электронов с управляемой ТГц модуляцией.
27. В результате измерений термооптических и магнитооптических свойств поликристаллов ZnSe продемонстрирована перспектива применения селенидов в изоляторах Фарадея для мощного лазерного излучения ближнего и среднего ИК диапазонов. Экспериментально показана возможность создания приборов на длину волны 1 мкм со степенью изоляции 30 дБ и допустимой мощностью 2,5 кВт, что в четыре раза превосходит аналоги на тербий-галлиевом гранате, а также на длину волны 2 мкм с допустимой мощностью 0,5 кВт. Высокое качество поликристаллов ZnSe, выращенных методом CVD, было достигнуто за счет подачи в реактор компонентов в соотношении максимально близком к стехиометрическому, что позволило снизить концентрацию дефектов кристаллической решетки.
28. Экспериментально продемонстрировано, что развитие неустойчивости Рэлея-Тейлора приводит к расслоению потока плазмы на набор тонких плазменных листов, эффективно распространяющихся поперек внешнего магнитного поля. В двух экспериментах, отличающихся на два-три порядка по напряжённости магнитного поля и по пространственному масштабу разлета плазмы, продемонстрирована сходная динамика и топология плазменных структур. Полученные результаты использованы для обоснования модели экваториальной аккреции на молодые звезды различных типов и оценки напряженности магнитного поля в молодых звёздах
29.Теоретически исследована генерация ультравысоких гармоник при туннельной ионизации атомарных газов в поле интенсивного лазерного излучения среднего ИК диапазона с учетом важнейших ограничивающих факторов - опустошения связанных атомарных уровней, влияния магнитного поля лазерного импульса и конечности физических размеров атомарного диполя. Показано, что основную роль в ограничениях на максимально достижимые мощность и энергию фотонов генерируемых высоких гармоник играет магнитный дрейф отрываемого от атома электрона, приводящий к формированию их дугообразного спектрального распределения. С учётом рассмотренных ограничивающих факторов получены предельные значения энергии фотонов: порядка 15 кэВ при использовании лазера с длиной волны 10 мкм.
30. Разработаны одноэлементные пьезополимерные антенны для сканирующей оптоакустической ангиографии, обладающие уникальными частотно-геометрическими характеристиками. По сравнению с известными аналогами, новые антенны обладают максимально-возможным угловым покрытием (до 180 градусов), а также рекордной приемной полосой частот (100 кГц 100 МГц три декады), допускающей разномасштабную оптоакустическую визуализацию светопоглощающих структур. В рамках in vivo исследований здоровых и патологических тканей человека и животных, продемонстрированы ангиографические возможности разработанных антенн, заключающиеся в разномасштабной оптоакустической визуализации произвольно-ориентированных кровеносных сосудов диаметром 30500 мкм, расположенных на глубинах до 7 мм.
31. Продемонстрировано подавление безызлучательной оже-рекомбинации массивных фермионов Дирака в квантовых ямах HgCdTe вследствие симметрии законов дисперсии электронов и дырок. При оптической накачке получено стимулированное излучение на длине волны излучения 31 мкм, недоступной для существующих квантовых каскадных лазеров на основе полупроводников A3B5.
32. Разработана и реализована методика коррекции локальных ошибок формы поверхности оптических элементов мягкого рентгеновского и ЭУФ диапазонов малоразмерным пучком ионов с энергией 200-1500 эВ. Фокусировка ионного пучка за счет ионно-оптической системы из двух сеток сферической формы в созданном специализированном источнике ионов позволила уменьшить размер пучка до 1,5 мм, увеличить скорость травления до 0,5 мкм/мин и расширить диапазон доступных для обработки пространственных частот до 1.3∗10−3 мкм−1, что перекрывает весь диапазон низкочастотных шероховатостей. Управление пучком источника ионов по разработанному на основе матричного представления обрабатываемой поверхности алгоритму позволило в разы сократить полное время коррекции и расширить диапазон пространственных частот, поддающихся коррекции при заданном размере ионного пучка.
33. Спектроскопическими методами анализа многокомпонентных газовых смесей, позволившими детектировать вещества в малых концентрациях и отслеживать динамику их концентраций и взаимодействие компонент в ходе химических реакций, выявлены: механизмы термораспада энергетических материалов, важные для прогнозирования сроков их безопасного хранения; возможности диагностирования на основе анализа выдыхаемого воздуха и газообразных продуктов других биологических материалов человека ряда заболеваний на ранних стадиях и коррекции тяжести побочных эффектов лечения. Для практической многокомпонентной спектрометрии создана линейка спектрометров терагерцового частотного диапазона характеризующаяся высокой скоростью сканирования (до 2 ГГц/сек) в полосе сканирования 115-175 ГГц, спектральному разрешению, ограниченному лишь эффектом Доплера, и чувствительностью по коэффициенту поглощения 10−9 см−1.
34. Установлено, что состояние гибридизации атомов углерода sp1, sp2, sp3 влияет на спектры кластерных вторичных ионов, измеренных методом вторично-ионной масс-спектрометрии (ВИМС). Выявлен набор кластеров, анализ выхода которых позволяет количественно определять степень гибридизации углеродных структур. Предложенный метод анализа химического состава, в отличие от других, позволяет проводить послойный анализ степени гибридизации с высоким разрешением по глубине.
35. Продемонстрировано многократное увеличение интенсивности и обужение ширины линии люминесценции в ближнем ИК диапазоне от наноостровков SiGe, упорядоченным образом встроенных в двумерные фотонные кристаллы. Предложен подход, позволяющий в процессе эпитаксиального роста SiGe гетероструктур на подложке «кремний на изоляторе» с массивом ямок, расположенных в узлах квадратной или гексагональной решетки, формировать массив пространственно упорядоченных самоформирующихся наноостровков и двумерный фотонный кристалл.
36. Продемонстрирована возможность управления доменной структурой в пленках Co/Pt с анизотропным взаимодействием Дзялошинского-Мория при приложении одноосных механических деформаций. Показано, что гибридных структурах пьезоэлектрик-ферромагнетик взаимодействием можно управлять электрическим полем, что открывает возможность энергоэффективного манипулирования элементами магнитной памяти.
37. Предложен механизм обратного эффекта Фарадея в сверхпроводниках, связанный с взаимодействием фазовых и амплитудных колебаний волновой функции куперовских пар. Показано, что электромагнитное излучение круговой поляризации индуцирует в сверхпроводнике магнитный момент на нулевой частоте.
38. Исследована эволюция осесимметричных продольных и изгибных волн в нелинейной упругой цилиндрической оболочке, усиленной внутренними стрингерами. Для материала оболочки принят физический закон, характеризующийся дробной степенью интенсивности деформации. Анализ влияния внешней упругой среды осуществляется на основе модели Винклера. Используя асимптотический метод многомасштабных разложений, впервые получено квазигиперболическое уравнение для компоненты продольного смещения, представляющее собой модифицированное уравнение Островского с нелинейностью Шамеля. Анализ показал невозможность получения точных решений этого уравнения в виде уединенных волн. На основе конечно-разностного подхода проведено численное моделирование полученного уравнения, рассчитаны профили устойчиво распространяющихся волновых пакетов и уединенных волн.
Для изгибных волн с помощью асимптотического интегрирования получены две аналитически решаемые модели, которые не имеют физически реализуемых решений в виде уединенных волн. Установлена возможность реального существования точных решений в виде бегущих нелинейных периодических волн. Выделены две моды, обеспечивающие развитие модуляционной неустойчивости, приводящей к разбиению стационарной периодической волны на устойчивые уединенные волновые пакеты: предварительно сжатая по образующей оболочка с жесткой нелинейностью или предварительно растянутая оболочка, взаимодействующая с упругой средой с мягкой нелинейностью.
39. Исследован механизм локализации пластической деформации в области повышенных температур. Предложена математическая модель формирования и распространения полос Людерса. Показано, что возникновение полос связано с нелинейной зависимостью силы торможения дислокаций от скорости, обусловленной образованием на подвижных дислокациях "атмосфер" растворенных атомов. Найдено решение в виде уединенных волн для исходной системы уравнений. Показано, что полоса Людерса представляет собой волновой фронт скорости пластической деформации и интерпретируется как волна переключения скорости пластической деформации. Определено критическое значение деформирующего напряжения, при котором однородная деформация становится неустойчивой по отношению к локализованному течению в виде полос Людерса.
40. Для метастабильных аустенитных сталей получены монотонные зависимости параметра вихретокового контроля от числа циклов нагружения в зонах основного металла и термического влияния, установлена связь соотношения скоростей продольной и сдвиговой волн с относительным числом циклов. Полученные зависимости положены в основу алгоритма оценки усталостной поврежденности в основном металле и в зоне термического влияния сварных соединений метастабильных аустенитных сталей. Найденное отношение скоростей распространения сдвиговых и продольных волн используется в таком алгоритме для основного металла, а измерение содержания ферромагнитной фазы с помощью вихретокового метода применяется в алгоритме для зоны термического влияния.
Продолжая хорошую традицию, выложу результаты, представленные в ученый совет нашего института в 2021 году (40 штук).
Опечатки возможны, по большей части результатов могу попробовать что-то объяснить, если кому-то интересно:
1. Разработан и успешно испытан уникальный источник протонных (и дейтронных) пучков непрерывного действия “GISMO”. Основой источника служит разряд, поддерживаемый в магнитной ловушке микроволновым излучением гиротрона (частота 28 ГГц, мощность до 10 кВт) в условиях электронно-циклотронного резонанса, что обеспечивает рекордно высокий для ЭЦР ионных источников удельный энерговклад (до 200 Вт/см3) и позволяет создавать плазму с плотностью до 10^13 см-3 с оптимальной для диссоциации и ионизации водорода температурой 50100 эВ. Получены потоки плазмы из ловушки с плотностью до 1,5 А/см2, извлечены непрерывные и импульсные протонные пучки с током до 100 мА через апертуру 3 мм и среднеквадратичным нормализованным эмиттансом на уровне 0,1 pi*mm*mrad. Впервые продемонстрирована возможность генерации чистого протонного пучка, без молекулярных ионов.
Созданный ионный источник не имеет аналогов по качеству и составу генерируемых пучков, что открывает новые перспективы для создания уникальных нейтронных источников разного масштаба, от мощных компактных D-D нейтронных генераторов до самых мощных источников испарительного типа (spallation sources).
2. В качестве электродинамической системы электронно-волнового взаимодействия прибора гиротронного типа предложена квазиоптическая зеркальная линия передачи, транспортирующая излучение по зигзагообразной траектории таким образом, что гауссов волновой пучок периодически пересекается с электронным пучком под прямым углом. В областях таких пересечений происходит электронно-циклотронное взаимодействие, которое так же как в гиротроне характеризуется минимальной критичностью к скоростному разбросу частиц. Компьютерное моделирование демонстрирует привлекательность такого варианта МЦР для реализации широкополосных усилителей или генераторов с октавной полосой диапазона частотной перестройки на длинах волн 1-2 мм.
3. Предложен и экспериментально апробирован новый подход к конструированию систем формирования ионного пучка, позволяющий генерировать пучки с ранее недоступными характеристиками. Применены электроды специальной формы, обеспечивающие сильно неоднородное распределение электрического поля в ускоряющем зазоре. Новая геометрия электродов позволяет реализовать основной перепад электрического потенциала вблизи плазменного мениска, увеличить темп ускорения ионов и тем самым снизить объемный заряд пучка, ограничивающий его предельные характеристики. Разработанный подход обеспечивает существенное снижение оптимального ускоряющего напряжения для требуемых значений плотностей тока, либо обеспечивает больший ток при фиксированном напряжении.
В экспериментах на ЭЦР источнике SMIS-37 в ИПФ РАН впервые получены качественные протонные пучки с плотностью тока до 1,2 А/см2. На основе предложенного подхода разработан дизайн системы формирования пучков многозарядных ионов с энергией менее 1 кэВ для исследований их взаимодействия с поверхностями в центре GANIL (Франция) и предложен апгрейд системы для инжектора многозарядных ионов циклотрона в Университете г. Ювяскюля (Финляндия).
4. Экспериментально продемонстрирована возможность достижения высокой эффективности преобразования оптического излучения в терагерцовый диапазон благодаря фотоэффекту Дембера (ФД) и латеральному фотоэффекту Дембера (ЛФД) в фотопроводниках InGaAs большой площади с широко варьируемым содержанием индия. Разработанная эпитаксиальная методика выращивания образцов InGaAs позволяет получать любую желаемую концентрацию индия и создавать структуры ЛФД излучателей с большими площадями, ограниченными только размером подложки. Излучатель ЛФД на основе In0.7Ga0.3As с металлической нано-решеткой большой площади (1,5 см2) демонстрирует высокую эффективность преобразования (до 2,4 • 10^-4) и широкую полосу генерации (более 6 ТГц). Показано, что эффективность преобразования остается высокой при увеличении частоты повторения импульсов с 1 кГц до 200 кГц. Продемонстрированная эффективность преобразования сопоставима с рекордными значениями, достигнутыми недавно при высоких частотах для кристаллов, при в разы более широкой полосе генерации
5. Разработан и экспериментально протестирован генератор периодической последовательности ультракоротких импульсов (УКИ), основанный на эффекте пассивной синхронизации мод. Цепь обратной связи генератора включает винтовую гиро-ЛБВ и насыщающийся поглотитель, основанный на резонансном циклотронном взаимодействии излучения с первоначально прямолинейным электронным пучком. Насыщение поглощения обусловлено релятивистской зависимостью гирочастоты от энергии электронов. Экспериментально в диапазоне 30 ГГц получены последовательности субнаносекундных (0,4 нс) импульсов с пиковой мощностью 100 кВт, частотой следования 0,4 ГГц и высокой степенью фазовой корреляции, что полностью соответствует выполненным теоретическим расчетам. Проведенные эксперименты открывают возможность реализации нового класса импульсных генераторов, которые, в зависимости от диапазона и мощности, могут найти приложения в радиолокации, спектроскопии, диагностике плазмы и твердого тела.
6. Предложен метод селективного возбуждения высоких поперечных мод в непрерывных и длинноимпульсных гиротронах, работающих на 2-ой циклотронной гармонике в условиях существенного превышения рабочих токов над стартовым значением. Метод основан на использовании захвата гиротрона слабым (несколько процентов по мощности) монохроматическим сигналом, который в процессе включения обеспечивает селективное возбуждение рабочей моды. Такой подход дает возможность получить мегаваттный уровень мощности на 2-ой гармонике гирочастоты с продвижением в частотный диапазон свыше 200 ГГц, недоступный для мощных гиротронов на 1-ой циклотронной гармонике вследствие ограничений по магнитному полю. С использованием предложенного подхода разработана также концепция двухчастотного (19/38 ГГц) гиротрона с мощностью ~1 МВт на 1-ой и 2-ой гармониках гирочастоты, что представляет интерес для систем нагревы плазмы в сферических токамаках.
7. Предложен и обоснован механизм происхождения квазигармонических эмиссионных полос в наблюдаемых динамических спектрах декаметрового радиоизлучения Юпитера, основанный на эффекте двойного плазменного резонанса на ионных циклотронных гармониках. Он реализуется в серии локализованных вдоль магнитного поля слоёв в верхней ионосфере Юпитера, где частота нижнего гибридного резонанса совпадает с гармониками ионной циклотронной частоты. Имеющиеся там надтепловые ионы обеспечивают генерацию ионных циклотронных волн, а надтепловые электроны - их рассеяние в наблюдаемое электромагнитное излучение. На основе модели магнитного поля VIP4 определены долготы, на которых может располагаться источник декаметровых всплесков излучения, и получены оценки плотности плазмы и ее распределения по высоте, согласующиеся со спутниковыми данными.
8. Определены условия роста легированного кремнием алмаза в процессе CVD синтеза и впервые продемонстрировано создание слоя центров окраски SiV нанометровой толщины - дельта слоя толщиной равной 5 нм, который может быть расположен на любой глубине в CVD алмазе. При слабом легировании слоя и дополнительном образовании вакансий с помощью электронного или лазерного пучков можно создавать и позиционировать одиночные центры окраски SiV в плоскости слоя. Продемонстрированный метод локализации SiV центров с помощью дельта легирования может быть использован для создания источников одиночных фотонов и квантовых повторителей. По сравнению с широко исследуемыми NV центрами в алмазе SiV центры имеет более узкую безфононную линию и слабую фононную полосу, что позволит создать эффективные источники одиночных фотонов.
9. Предложен новый подход к интеркаляции водорода в однослойный графен, выращенный на SiC. Графен постепенно модифицируется и превращается в двумерный углеводород графан под воздействием аргон-водородной плазмы высокочастотного разряда. Тщательный подбор параметров позволил проследить постепенное превращение графена в графан. Промежуточные этапы перехода материала были изучены методами спектроскопии комбинационного рассеяния света и атомно силовой микроскопии. Развитый высоконадежный и гибкий способ получения графана может использоваться для производства материала для хранения водорода и в 2D-электронике.
10. В непрерывном гиротроне экспериментально продемонстрирована стабилизация частоты излучения за счет отражения части мощности от внешнего высокодобротного двухзеркального квазиоптического резонатора. Чувствительность частоты к изменению ведущего магнитного поля и ускоряющего напряжения, а также ширина спектра излучения уменьшились на порядок.
11. Впервые теоретически предсказана и экспериментально подтверждена статистически значимая связь между глобальной электрической цепью (ГЭЦ) и климатической модой Эль-Ниньо - Южное Колебание (ЭНЮК). С помощью моделирования, основанного на использовании модели прогноза погоды WRF, данных реанализа и параметризации ионосферного потенциала, показано, что сильные события Эль-Ниньо и Ла-Нинья влияют на глобальное распределение электрически активных облаков, что приводит к изменению формы кривой суточной вариации ионосферного потенциала и других параметров ГЭЦ. Описаны механизмы влияния моды ЭНЮК на суточную вариацию ГЭЦ, в частности показана важная роль электрически активных облаков над океанами, вклад которых прежде недооценивался из-за меньшей молниевой активности; подробно изучено влияние моды ЭНЮК на региональные вклады в ионосферный потенциал. Получено первое экспериментальное подтверждение связи ГЭЦ и климатической моды ЭНЮК на основе анализа данных многолетних измерений атмосферного электрического поля на антарктической станции «Восток» в 2006-2016 годах; паттерны ЭНЮК, предсказанные моделью, статистически значимо различимы в экспериментальных данных.
12. Эффекты генерации высокочастотного волнового излучения в молниевых разрядах представляют большой интерес как с точки зрения фундаментальной физики молнии, так и для приложений, связанных с мониторингом грозовой активности и защитой оборудования от электромагнитных помех. В экспериментах, выполненных ИПФ РАН совместно с ВНИЦ-900 РФЯЦ-ВНИИТФ, впервые зарегистрировано излучение длинных искровых разрядов в форме сверхширокополосных электромагнитных импульсов (СШП ЭМИ) наносекундной длительности с частотным спектром, простирающимся до 10 ГГц. Эксперименты проведены на физической модели грозовой ячейки, представляющей собой облако водных капель, заряжаемое до потенциала более 1 МВ и позволяющее получать искровые разряды длиной порядка 1 м. Установлено, что ЭМИ с характерной длительностью нарастания фронта 50 - 100 пс возникают на стадии стримерных вспышек, при распространении лидера, а также на главной стадии (при обратном ударе). Измерены переменные электрические и магнитные поля импульсов, определена поляризация излучения. Волновые формы и спектры СШП ЭМИ согласуются с моделями генерации радиоизлучения при встрече стримеров.
13. Проведен анализ пространственно-распределенных данных давления на уровне моря (ДУМ) и теплосодержания верхнего слоя океана (ТО) на предмет выявления прогностических переменных (предикторов), позволяющих снизить весенний барьер предсказуемости климатической динамики в тропической части Тихого океана. По данным ДУМ выделен индекс, отражающий состояние субтропической атмосферной циркуляции в зимне-весенний сезон (февраль-март), который имеет статистически значимые долговременные корреляции с колебанием Эль-Ниньо в предстоящий период с июня текущего года по май следующего года. Установлено, что найденный индекс может быть связан с влиянием на динамику Эль-Ниньо крупномасштабного паттерна ДУМ, охватывающего субтропическую и среднеширотную части северного Тихого океана. В ходе анализа данных ТО выявлена компонента, которая отражает накопление подповерхностных теплых вод в экваториальной части Тихого океана, что, согласно современным концепциям, является необходимой составной частью цикла колебания Эль-Ниньо.
Показано, что учет найденных предикторов в эмпирической модели Эль-Ниньо, описывающей эволюцию температуры поверхности экваториальной части Тихого океана (ТПО), позволяет добиться статистически значимого повышения ее прогностической способности на масштабах от нескольких месяцев до одного года, в том числе при прогнозе через весенний барьер. Индекс ДУМ при этом играет роль атмосферного форсинга, влияющего на долгосрочное состояние системы, а ТО-компонента является дополнительной динамической переменной системы, дополняющей ТПО-переменную. В ходе анализа полученной модели впервые обнаружены статистически значимые нелинейные связи между компонентами Эль-Ниньо на межгодовых масштабах.
14. Впервые выполнено прямое молекулярно-динамическое моделирование (МД-моделирования) процесса нелинейного распространения поверхностных упругих волн (ПАВ) вдоль свободной границы упругого материала с использованием описания взаимодействия частиц через потенциал Леннарда-Джонса и гармонический потенциал, характеризующиеся противоположными знаками нелинейности. Продемонстрирована способность атомистического моделирования воспроизводить ключевые особенности эволюции нелинейных ПАВ, которые имеют ряд качественных отличий от хорошо известных аналогов при распространении объемных волн, а также продемонстрирована прямая визуализация процесса диссипации регулярной волны из-за уноса ее энергии тепловыми фононами, разрушение материала интенсивной волной и ее взаимодействие с приповерхностными дефектами.
15. Знание абсорбционной способности основных углеродсодержащих “парниковых” примесей атмосферы является ключевым условием успешного решения актуальных задач по контролю и прогнозу климатических эффектов этих примесей, к числу которых относится “коричневый углерод” - поглощающая органическая компонента аэрозоля. С целью существенного уточнения такого знания в случае дымов от природных пожаров разработан метод оценки высокоизменчивых абсорбционных характеристик органической компоненты дымового аэрозоля по данным мультиволновых измерений аэрозольной абсорбции и экстинкции. Метод предполагает вероятностный (байесовский) анализ результатов ансамблевых расчетов оптических свойств аэрозоля на основе теории Ми. В результате применения разработанного метода к многолетним данным дистанционного зондирования атмосферы на сибирских станциях AERONET показано, что он позволяет существенно (до и более 10 раз) снизить неопределенность оценок мнимой части показателя преломления и удельного коэффициента абсорбции органической компоненты аэрозоля, а также отношения массовых концентраций черного и органического углерода - основных параметров, необходимых для корректного учета коричневого углерода в химико-транспортных и климатических моделях. Получены полуэмпирические зависимости указанных параметров от измеряемых характеристик. Предложенный метод может быть применен не только к данным дистанционного зондирования, но также и к данным фотометрических измерений в аэрозольных камерах и на наземных станциях, в том числе в Арктике.
16. Методами трансформационной оптики с использованием операции конформного преобразования трехмерного пространства разработана электродинамическая модель «невидимых» сферических объектов из изотропных материалов («невидимыми» названы объекты, при помещении которых в монохроматическое ЭМ поле оно меняется только внутри самого объекта). Объекты представляют собой совокупность чередующихся слоев вещества с пространственно однородным положительным и радиально неоднородным отрицательным показателями преломления и одинаковой диэлектрической и магнитной проницаемостями внутри заданного слоя.
Простейший объект состоит из сферического «ядра» с положительным показателем преломления и «согласующего покрытия» - сферического слоя вещества с отрицательным показателем преломления. Установлено, что при прохождении волны через такой объект в нем возбуждается энергетический вихрь - волновое поле с замкнутыми линиями тока энергии, благодаря чему объект приобретает способность накапливать электромагнитное излучение внешних источников. При стремлении радиуса ядра к нулю запасенная в вихре энергия неограниченно растет и объект превращается в невидимую «черную дыру».
В ядре объекта образуется уменьшенная копия ЭМ поля, в которое помещен объект. Ключевую роль в формировании этой копии играет энергетический вихрь. Показано, что энергетические вихри могут возбуждаться и в невидимых объектах из анизотропных материалов, и они тоже способны копировать ЭМ поля.
17. Предложен дистанционный метод восстановления основных динамических параметров приводного пограничного слоя атмосферы (ППСА), скорости приводного ветра, динамической скорости и коэффициента сопротивления, при ураганном ветре, основанный на сопоставлении данных натурных измерений профилей скорости приводного ветра и данных пассивного дистанционного зондирования подстилающей поверхности океана. Определение динамических параметров ППСА основано на установленных автомодельных свойствах вертикальных профилей скорости ветра в планетарном пограничном слое над морем в условиях урагана. При сопоставлении были использованы данные об излучающей способности поверхности, полученные радиометрами со ступенчатым измерением частоты (SFMR), размещенными на самолетах NOAA. Полученные зависимости излучающей способности водной поверхности от скорости приводного ветра и динамической скорости использованы для восстановления параметров пограничного слоя при скоростях ветра более 35 м/с.
18. В результате выполненных натурных и лабораторных экспериментов обоснована гипотеза о механизме формирования небрэгговской компоненты (НБК) радиолокационного сигнала микроволнового диапазона при рассеянии на морской поверхности. Показано, что НБК связана со структурами большой кривизны на гребнях сильно нелинейных гравитационно-капиллярных волн см-дм-диапазонов (bulge/toe- структуры). Данный вывод получен при селективном подавлении резонансной брэгговской ряби пленкой ПАВ, что приводит к росту относительного вклада НБК, а также на основе исследований аномально сильной модуляции РЛ сигнала в условиях модуляции ветровых дм-волн в поле внутренней волны. Предложена модельная зависимость интенсивности НБК от спектральной интенсивности дм-волн, позволяющая удовлетворительно описать эксперимент. Результат важен для развития моделей РЛ рассеяния на морской поверхности.
19. В рамках прямого численного моделирования уравнений гидродинамики показана устойчивость солитоноподобных коротких групп очень крутых волн на глубокой воде при распространении в поле нерегулярных однонаправленных волн с реалистичным для морских условий частотным спектром. Такие группы могут быть выделены на моментальных снимках волн с помощью оконного анализа с использованием метода обратной задачи рассеяния. С учетом длительного времени их существования, становится возможным раннее предупреждение о связанных с ними экстремальных волнах. Устойчивость солитоноподобных групп с близкими частотами при парных столкновениях показана в численных и лабораторных экспериментах. В рамках прямого численного моделирования продемонстрирована возможность образования аномально высоких волн в результате трансформации солитоноподобных групп волн при резком увеличении глубины. Дано приближенное аналитическое описание ключевых характеристик такой трансформации.
20. К вибрационным полям сложных механоакустических систем в задаче поиска источников применён подход согласованной обработки сигналов антенны из вибрационных датчиков. Подход использует функции Грина системы, полученные численными методами, и исходные данные, полученные когерентным измерением системой из нескольких акселерометров. Экспериментально показано, что уже при небольшом количестве датчиков (до 10 приёмников) и нескольких частотных полосах (от одной до 5) в системах с широким диапазоном волновых размеров (несколько десятков) и несколькими типами упругих волн возможно: определение количества источников, вне зависимости от их когерентности; их локализация в пространстве, вне зависимости от ориентации действующей переменной силы; оценка мощности отдельного источника. Реализация алгоритма поиска источников в системах с множественностью типов упругих волн основана на модификации алгоритма MUSIC к векторным полям.
21. Выходные импульсы лазера PEARL с энергией до 18 Дж и длительностью 6070 фс после фазовой самомодуляции в кристалле KDP толщиной 4 мм или кварце толщиной 5 мм сжаты чирпирующимими зеркалами до 10 фс и 11 фс, соответственно. Для петаваттных лазеров эта длительность вдвое меньше рекордных значений. Эксперименты проводились при значениях В-интеграла от 5 до 19, и при этом не обнаружено никаких повреждений на оптических элементах, что говорит о подавлении мелкомасштабной самофокусировки. Полученные результаты показывают возможность дальнейшего масштабирования нелинейной компрессии в направлении мульти-петаваттной мощности в импульсах с длительностью, соизмеримой с периодом поля.
22. Предложены методы увеличения временного контраста фемтосекундных лазерных импульсов при их нелинейной компрессии. Подавление пьедестала и одновременно почти 100%-ное пропускание пика импульса осуществляется благодаря кубической нелинейности тремя различными методами:
i) поляризационная селекция - нелинейная разность фаз π между ортогонально поляризованными волнами приводит к повороту поляризации на 90 градусов, или
ii) пространственная селекция - клин отклоняет волновой вектор пьедестала и пика на разные углы, или
iii) спектральная селекция - спектр пьедестала не отражается зеркалом, имеющим провал в коэффициенте отражения в центральной области уширенного спектра.
23. Предложен и экспериментально реализован в фемтосекундном волоконном лазере с внутрирезонаторным интерферометом Маха-Цандера новый режим генерации связанных состояний диссипативных солитонов c широко перестраиваемым расстоянием между импульсами - "эластичных солитонных кристаллов". Продемонстрирована генерация эластичных солитонных кристаллов, состоящих из нескольких десятков регулярно повторяющихся базовых структур (одинаковых диссипативных солитонов и пар импульсов - диссипативного солитона и его низкоинтенсвной задержанной копии), которые могли быть сжаты и растянуты более чем в 30 раз с сохранением своей структуры, при этом эффективная частота повторения перестраивалась от 6 до 250 ГГц. Продемонстрировано управление отдельными импульсами в эластичном солитонном кристалле с помощью инжекции ультракороткого импульса от внешнего источника, а также генерация суперконтинуума, профилированного в спектральном и временном представлении, при нелинейном преобразовании солитонных кристаллов в высоконелинейном волокне.
24. Впервые теоретически показано, что в многосердцевинном световоде (МСВ) с квадратной матрицей сердцевин можно передавать и усиливать когерентное лазерное излучение с полной мощностью, многократно превышающей предельную мощность в одной сердцевине, используя противофазную поперечную супермоду МСВ, устойчивую в нелинейном режиме. Экспериментально продемонстрировано распространение широкополосных импульсов с поперечной структурой в виде противофазной супермоды в специально изготовленном МСВ с квадратной матрицей 5х5 сердцевин. Экспериментально и теоретически продемонстрировано управление дисперсией групповых скоростей в МСВ с помощью использования противофазной супермоды, что дает возможность формирования мощных предельно коротких солитонов и широкополосной (2,34 мкм) рамановской перестройки длины волны солитонов в диапазоне, недостижимом в односердцевинных световодах.
25. Установлены особенности управляемой генерации оптических гребенок и частотно-перестраиваемого излучения в микрорезонаторах в различных режимах, включая ранее неизвестные, что востребовано для телекоммуникационных и сенсорных приложений. В кварцевых микросферах обнаружен новый режим генерации рамановских солитонов. В халькогенидных микросферах впервые продемонстрирована широкополосная перестройка одномодовой рамановской генерации в диапазоне 1,6101,662 мкм, а также достигнута каскадная рамановская генерация 4-го порядка. В теллуритных микросферах, легированных Er3+, получена лазерная генерация и впервые объяснены скачки ее длины волны в рамках предложенного оригинального полуаналитического метода.
26. Предложена и экспериментально продемонстрирована возможность терагерцовой модуляции чирпированных лазерных импульсов за счет периодической модуляции спектральной фазы. Предложен поляризационный интерферометр без разделения пучков, обеспечивающий терагерцовую модуляцию чирпированных импульсов. Предложен и подтвержден численным моделированием способ высокоэффективной генерации 2-ой и 4-ой гармоник чирпированных импульсов с сохранением терагерцовой модуляции. Результаты позволяют создать драйвер для фотоинжектора электронов с управляемой ТГц модуляцией.
27. В результате измерений термооптических и магнитооптических свойств поликристаллов ZnSe продемонстрирована перспектива применения селенидов в изоляторах Фарадея для мощного лазерного излучения ближнего и среднего ИК диапазонов. Экспериментально показана возможность создания приборов на длину волны 1 мкм со степенью изоляции 30 дБ и допустимой мощностью 2,5 кВт, что в четыре раза превосходит аналоги на тербий-галлиевом гранате, а также на длину волны 2 мкм с допустимой мощностью 0,5 кВт. Высокое качество поликристаллов ZnSe, выращенных методом CVD, было достигнуто за счет подачи в реактор компонентов в соотношении максимально близком к стехиометрическому, что позволило снизить концентрацию дефектов кристаллической решетки.
28. Экспериментально продемонстрировано, что развитие неустойчивости Рэлея-Тейлора приводит к расслоению потока плазмы на набор тонких плазменных листов, эффективно распространяющихся поперек внешнего магнитного поля. В двух экспериментах, отличающихся на два-три порядка по напряжённости магнитного поля и по пространственному масштабу разлета плазмы, продемонстрирована сходная динамика и топология плазменных структур. Полученные результаты использованы для обоснования модели экваториальной аккреции на молодые звезды различных типов и оценки напряженности магнитного поля в молодых звёздах
29.Теоретически исследована генерация ультравысоких гармоник при туннельной ионизации атомарных газов в поле интенсивного лазерного излучения среднего ИК диапазона с учетом важнейших ограничивающих факторов - опустошения связанных атомарных уровней, влияния магнитного поля лазерного импульса и конечности физических размеров атомарного диполя. Показано, что основную роль в ограничениях на максимально достижимые мощность и энергию фотонов генерируемых высоких гармоник играет магнитный дрейф отрываемого от атома электрона, приводящий к формированию их дугообразного спектрального распределения. С учётом рассмотренных ограничивающих факторов получены предельные значения энергии фотонов: порядка 15 кэВ при использовании лазера с длиной волны 10 мкм.
30. Разработаны одноэлементные пьезополимерные антенны для сканирующей оптоакустической ангиографии, обладающие уникальными частотно-геометрическими характеристиками. По сравнению с известными аналогами, новые антенны обладают максимально-возможным угловым покрытием (до 180 градусов), а также рекордной приемной полосой частот (100 кГц 100 МГц три декады), допускающей разномасштабную оптоакустическую визуализацию светопоглощающих структур. В рамках in vivo исследований здоровых и патологических тканей человека и животных, продемонстрированы ангиографические возможности разработанных антенн, заключающиеся в разномасштабной оптоакустической визуализации произвольно-ориентированных кровеносных сосудов диаметром 30500 мкм, расположенных на глубинах до 7 мм.
31. Продемонстрировано подавление безызлучательной оже-рекомбинации массивных фермионов Дирака в квантовых ямах HgCdTe вследствие симметрии законов дисперсии электронов и дырок. При оптической накачке получено стимулированное излучение на длине волны излучения 31 мкм, недоступной для существующих квантовых каскадных лазеров на основе полупроводников A3B5.
32. Разработана и реализована методика коррекции локальных ошибок формы поверхности оптических элементов мягкого рентгеновского и ЭУФ диапазонов малоразмерным пучком ионов с энергией 200-1500 эВ. Фокусировка ионного пучка за счет ионно-оптической системы из двух сеток сферической формы в созданном специализированном источнике ионов позволила уменьшить размер пучка до 1,5 мм, увеличить скорость травления до 0,5 мкм/мин и расширить диапазон доступных для обработки пространственных частот до 1.3∗10−3 мкм−1, что перекрывает весь диапазон низкочастотных шероховатостей. Управление пучком источника ионов по разработанному на основе матричного представления обрабатываемой поверхности алгоритму позволило в разы сократить полное время коррекции и расширить диапазон пространственных частот, поддающихся коррекции при заданном размере ионного пучка.
33. Спектроскопическими методами анализа многокомпонентных газовых смесей, позволившими детектировать вещества в малых концентрациях и отслеживать динамику их концентраций и взаимодействие компонент в ходе химических реакций, выявлены: механизмы термораспада энергетических материалов, важные для прогнозирования сроков их безопасного хранения; возможности диагностирования на основе анализа выдыхаемого воздуха и газообразных продуктов других биологических материалов человека ряда заболеваний на ранних стадиях и коррекции тяжести побочных эффектов лечения. Для практической многокомпонентной спектрометрии создана линейка спектрометров терагерцового частотного диапазона характеризующаяся высокой скоростью сканирования (до 2 ГГц/сек) в полосе сканирования 115-175 ГГц, спектральному разрешению, ограниченному лишь эффектом Доплера, и чувствительностью по коэффициенту поглощения 10−9 см−1.
34. Установлено, что состояние гибридизации атомов углерода sp1, sp2, sp3 влияет на спектры кластерных вторичных ионов, измеренных методом вторично-ионной масс-спектрометрии (ВИМС). Выявлен набор кластеров, анализ выхода которых позволяет количественно определять степень гибридизации углеродных структур. Предложенный метод анализа химического состава, в отличие от других, позволяет проводить послойный анализ степени гибридизации с высоким разрешением по глубине.
35. Продемонстрировано многократное увеличение интенсивности и обужение ширины линии люминесценции в ближнем ИК диапазоне от наноостровков SiGe, упорядоченным образом встроенных в двумерные фотонные кристаллы. Предложен подход, позволяющий в процессе эпитаксиального роста SiGe гетероструктур на подложке «кремний на изоляторе» с массивом ямок, расположенных в узлах квадратной или гексагональной решетки, формировать массив пространственно упорядоченных самоформирующихся наноостровков и двумерный фотонный кристалл.
36. Продемонстрирована возможность управления доменной структурой в пленках Co/Pt с анизотропным взаимодействием Дзялошинского-Мория при приложении одноосных механических деформаций. Показано, что гибридных структурах пьезоэлектрик-ферромагнетик взаимодействием можно управлять электрическим полем, что открывает возможность энергоэффективного манипулирования элементами магнитной памяти.
37. Предложен механизм обратного эффекта Фарадея в сверхпроводниках, связанный с взаимодействием фазовых и амплитудных колебаний волновой функции куперовских пар. Показано, что электромагнитное излучение круговой поляризации индуцирует в сверхпроводнике магнитный момент на нулевой частоте.
38. Исследована эволюция осесимметричных продольных и изгибных волн в нелинейной упругой цилиндрической оболочке, усиленной внутренними стрингерами. Для материала оболочки принят физический закон, характеризующийся дробной степенью интенсивности деформации. Анализ влияния внешней упругой среды осуществляется на основе модели Винклера. Используя асимптотический метод многомасштабных разложений, впервые получено квазигиперболическое уравнение для компоненты продольного смещения, представляющее собой модифицированное уравнение Островского с нелинейностью Шамеля. Анализ показал невозможность получения точных решений этого уравнения в виде уединенных волн. На основе конечно-разностного подхода проведено численное моделирование полученного уравнения, рассчитаны профили устойчиво распространяющихся волновых пакетов и уединенных волн.
Для изгибных волн с помощью асимптотического интегрирования получены две аналитически решаемые модели, которые не имеют физически реализуемых решений в виде уединенных волн. Установлена возможность реального существования точных решений в виде бегущих нелинейных периодических волн. Выделены две моды, обеспечивающие развитие модуляционной неустойчивости, приводящей к разбиению стационарной периодической волны на устойчивые уединенные волновые пакеты: предварительно сжатая по образующей оболочка с жесткой нелинейностью или предварительно растянутая оболочка, взаимодействующая с упругой средой с мягкой нелинейностью.
39. Исследован механизм локализации пластической деформации в области повышенных температур. Предложена математическая модель формирования и распространения полос Людерса. Показано, что возникновение полос связано с нелинейной зависимостью силы торможения дислокаций от скорости, обусловленной образованием на подвижных дислокациях "атмосфер" растворенных атомов. Найдено решение в виде уединенных волн для исходной системы уравнений. Показано, что полоса Людерса представляет собой волновой фронт скорости пластической деформации и интерпретируется как волна переключения скорости пластической деформации. Определено критическое значение деформирующего напряжения, при котором однородная деформация становится неустойчивой по отношению к локализованному течению в виде полос Людерса.
40. Для метастабильных аустенитных сталей получены монотонные зависимости параметра вихретокового контроля от числа циклов нагружения в зонах основного металла и термического влияния, установлена связь соотношения скоростей продольной и сдвиговой волн с относительным числом циклов. Полученные зависимости положены в основу алгоритма оценки усталостной поврежденности в основном металле и в зоне термического влияния сварных соединений метастабильных аустенитных сталей. Найденное отношение скоростей распространения сдвиговых и продольных волн используется в таком алгоритме для основного металла, а измерение содержания ферромагнитной фазы с помощью вихретокового метода применяется в алгоритме для зоны термического влияния.