Новосибирский государственный университет
Лаборатория прикладной электродинамики
Лаборатория прикладной электродинамики была образована в 1994 роду, основным направлением деятельности которой были физика и диагностика плазмы, мощные импульсные электронные пучки и их взаимодействие с веществом. Эти исследования выполнялись в тесном сотрудничестве с Институтом ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН, Исследовательским центром Карлсруэ (Германия) и Корнельским университетом (США). В этот период в лаборатории были разработаны уникальные методы активной диагностики плазмы и мощных пучков частиц и оборудование для реализации этих методов, в том числе импульсные лазеры на красителях с ламповой накачкой с энергией до 12 джоулей (три экземпляра лазера были поставлены по контракту в Германию, где работают до настоящего времени), статический фурье-спектрометр, генератор поверхностной плазмы, комплекс оборудования для активной штарковской спектроскопии.
В настоящее время основным направлением работы в лаборатории стало новое направление, связанное с освоением терагерцового диапазона частот электромагнитного спектра. Роль этого диапазона трудно переоценить, поскольку в нем лежат собственные частоты биологически важных молекул, вращательные уровни простых молекул, переходы в полупроводниках. Многие вещества, непрозрачные для видимого диапазона и малоконтрастные при рентгеноскопии, являются частично прозрачными в терагерцовом диапазоне. Из этого следует, что терагерцовая спектроскопия, радиоскопия, голография и спекл-интерферометрия являются чрезвычайно перспективными методами для медико-биологических применений, для систем обнаружения и для промышленного контроля. До недавнего времени этот спектральный диапазон был недоступен для исследований и применения вследствие отсутствия источников и детекторов излучения, поэтому до сих пор отсутствует фундаментальная научная база, на основе которой могли бы развиваться приложения. Исследования в терагерцовом диапазоне начались лишь в 90-х годах благодаря созданию широкополосных импульсных источников терагерцового излучения на основе фемтосекундных лазеров.
Создание в 2003 году уникального импульсно-периодического терагерцового Новосибирского лазера на свободных электронах (НЛСЭ) в составе Центра коллективного пользования «Сибирский центр синхротронного и терагерцового излучения» позволило российской науке занять лидирующие позиции в мире. Средняя мощность излучения НЛСЭ на много порядков превышает соответствующую величину для самых мощных зарубежных источников терагерцового излучения, что позволяет разработать совершенно иные подходы в исследованиях и разработать новые приложения и технологии. Лаборатория прикладной электродинамики внесла значительный вклад в развитие элементной базы для терагерцовой оптики, а также выполнила пионерские научные исследования в этой области.
Лаборатория создала собственную установку ТЕРАРАД на НЛСЭ и постоянно участвует в проектах, ведущихся по программам и грантам Минобрнауки, РФФИ, РНФ и различных ведомств, а также НИР и НИОКР на договорной основе. Лаборатория играет большую роль в обучении студентов и аспирантов НГУ и НГТУ современным методам исследований, проводя экспериментальный факультатив для студентов младших курсов и обеспечивая выполнение дипломов бакалавров, магистерских и кандидатских диссертаций. Из достижений лаборатории можно отметить, в частности, разработку метода регистрации терагерцового излучения в реальном времени с помощью матричного микроболометрического приемника ММБП, при этом был достигнут мировой рекорд скорости записи изображений в этом диапазоне, равный 90 кадрам в секунду. Впервые получены изображения в реальном времени при освещении объектов излучением терагерцового лазера на свободных электронах. Впервые наблюдались спеклы в терагерцовом диапазоне. Продемонстрирована возможность терагерцовой спекл-фотографии и терагерцовой спекл-интерферометрии. В лаборатории создан изображающий спектрометр нарушенного полного внутреннего отражения, работающий в терагерцовом, видимом и ИК диапазонах, способный работать в режиме реального времени. Ведутся исследования по эллипсометрии, голографии, интерферометрии, спекл-метрологии, исследованию динамики мелких примесей в полупроводниках, исследованию пучков фотонов с орбитальным угловым моментом (закрученных пучков). Кроме того ведутся теоретические исследование по физике плазмы и атомной физике.
Партнеры
Корнельский университет (США)
Исследовательский центр Карлсруэ (Германия)
Центр им. Гельмгольца «Дрезден-Россендорф» (Германия)
Институт сенсоров (Берлин, Германия)
Корейский институт по исследованию атомной энергии (республика Корея)
- О.Э. Камешков, Б.А. Князев. Моделирование дифракции на последовательности амплитудно-фазовых транспарантов для экспериментов на новосибирском лазере на свободных электронах. Известия РАН. Серия физическая, том 83, № 2, с. 208–213 (2019).
- Б.А. Князев, В.Г. Сербо. Пучки фотонов с ненулевой проекцией орбитального момента импульса – новые результаты. Успехи физических наук, 188, №5, 508-539 (2018).
- Azarov I. A. et al. An Ellipsometric Technique with an ATR Module and a Monochromatic Source of Radiation for Measurement of Optical Constants of Liquids in the Terahertz Range. Journal of Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves. – 2018. – С. 1-10.
- B. Knyazev, O. Kameshkov, N. Vinokurov, V. Cherkassky, Yu. Choporova, V. Pavelyev. Quasi-Talbot effect with vortex beams and formation of vortex beamlet arrays. Optics Express, 26, 14174-14185 (2018).
- V V Gerasimov, A K Nikitin, B A Knyazev, A G Lemzyakov and I A Azarov, Using submicron dielectric coatings to reduce terahertz surface plasmon losses on metals // IOP Conf. Series: Journal of Physics: Conf. Series. 1092 (2018) 012041.
- Afanasev A., Serbo V. G., Solyanik M. Radiative capture of cold neutrons by protons and deuteron photodisintegration with twisted beams //Journal of Physics G: Nuclear and Particle Physics. – 2018. – Т. 45. – №. 5. – С. 055102.
- Afanasev A., Serbo V. G., Solyanik M. Radiative capture of cold neutrons by protons and deuteron photodisintegration with twisted beams //Journal of Physics G: Nuclear and Particle Physics. – 2018. – Т. 45. – №. 5. – С. 055102.
- Kotelnikov I. A., Milstein A. I. Electron radiative recombination with a hydrogen-like ion //arXiv preprint arXiv:1810.08071. – 2018.
- I. A. Kotelnikov, I. S. Chernoshtanov. Isotopic effect in microstability of electrostatic oscillations in magnetic mirror traps. Physics of Plasmas 25, 082501, 2018.
- Petr M. Solyankin, Mikhail N. Esaulkov, Igor A. Chernykh, I. V. Kulikov, Maxim L. Zanaveskin, Andrey R. Kaul, Artem M. Makarevich, Dmitry I. Sharovarov, Oleg. E. Kameshkov, Boris A. Knyazev, Alexander P. Shkurinov. Terahertz switching focuser based on thin film vanadium dioxide zone plate. Journal of Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves, 2018, published.
- I. A. Kotelnikov, I. S. Chernoshtanov, V. V. Prikhodko. Electrostatic instabilities in a mirror trap revisited. Physics of Plasmas V. 24, 122512, 2017.
- V.V. Gerasimov, B.A. Knyazev, A.K. Nikitin. Reflection of terahertz monochromatic surface plasmon-polaritons by a plane mirror. Quantum Electronics V. 47, # 1, P. 65 – 70 (2017). - В.В.Герасимов, Б.А.Князев, А.К.Никитин. Отражение монохроматических поверхностных плазмон-поляритонов терагерцевого диапазона плоским зеркалом. Квантовая электроника, 47, № 1, 65 (2017)
- Yu.Yu. Choporova, B.A. Knyazev, N.D. Osintseva, V.S. Pavelyev, B.O. Volodkin. Terahertz Bessel beams with orbital angular momentum: diffraction and interference. EPJ Web of Conferences 149, 05003 (2017).
- B.A. Knyazev, V.S. Cherkassky, Yu.Yu. Choporova, O.E. Kameshkov, G.N. Kulipanov, N.D. Osintseva, V.S. Pavelyev, N.A. Vinokurov, B.O. Volodkin. Wave beams with orbital angular momentum: a step towards terahertz. EPJ Web of Conferences 149, 05001 (2017).
- Yu. Yu. Choporova, B. A. Knyazev, G.N.Kulipanov, V. S. Pavelyev, N. A. Vinokurov, B. O. Volodkin, and V. N. Zabin . High-power Bessel beams with orbital angular momentum in the terahertz range. Phys. Rev. A, 96, 023846 (2017) 10 p.
- V.V. Gerasimov, I.Sh. Khasanov, A.K. Nikitin, Ta Thu Trang. Searching for evidences of the surface plasmon nature of the thermal radiation emitted from the facet edge of a metal bar. Infrared Physics & Technology, 86, 52-58 (2017).
- A. Afanasev, V. G. Serbo, M. Solyanik. Radiative Capture of Cold Neutrons by Protons and Deuteron Photodisintegration with Twisted Beams. arXiv:1709.05625v1 [nucl-th] 17 Sep 2017
- Boris Volodkin, Yulia Choporova, Boris Knyazev, Gennady Kulipanov, Vladimir Pavelyev, Victor Soifer, Nikolay Vinokurov. Fabrication and characterization of diffractive phase plates for forming high-power terahertz vortex beams using free electron laser radiation. Optical and Quantum Electronics (2016) V. 48, art. 223, 9 p.,
- Yulia Yu. Choporova, Boris A. Knyazev, and Mikhail S. Mitkov. Holography as imaging technique for the THz range, IRMMW-THz-2016.
- Boris A. Knyazev, Yulia Yu. Choporova, Vladimir S. Pavelyev, Natalya D. Osintseva, Boris O. Volodkin. Transmission of high-power terahertz beams with orbital angular momentum through atmosphere, IRMMW-THz-2016.
- A A Peshkov, V G Serbo, S Fritzsche and A Surzhykov. Absorption of twisted light by a mesoscopic atomic target. Phys. Scr. 91 064001 (10pp) (2016).
- I. P. Ivanov, V. G. Serbo, and V. A. Zaytsev. Quantum calculation of the Vavilov-Cherenkov radiation by twisted electrons. arXiv:1602.05099v1 [quant-ph] 16 Feb 2016.
- Vasily V. Gerasimov, Boris A. Knyazev, Alexey G. Lemzyakov, Alexey K. Nikitin, German N. Zhizhin. Reflection of Terahertz Surface Plasmons from Plane Mirrors and Transparent Plates. 41st International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz waves (IRMMW-THz), Copenhagen, September 25-30, 2016.
- Yulia Yu. Choporova, Vasily V. Gerasimov, Boris A. Knyazev, Sergey M. Sergeev, Oleg A. Shevchenko, Roman Kh. Zhukavin, Nikolay V. Abrosimo4, Konstantin A. Kovalevsky, Vladimir K. Ovchar, Heinz-Wilhelm Hübers, Gennady N. Kulipanov, Valery N. Shastin, Harald Schneider, Nikolay A. Vinokurov. Terahertz pump – terahertz probe system at Novosibirsk free electron laser: commissioning and results of first experiments. IRMMW-THz-2016.
- M.S.Komlenok, B.O. Volodkin, B.A. Knyazev, T.V. Kononenko, V.I. Konov, V.S. Pavelyev, V.A. Soifer, K.N. Tukmakov, Yu.Yu. Choporova. Fabrication of a silicon Fresnel lens for THz range by femtosecond laser ablation. LM-4-5, ALT-2016.
- В. В. Герасимов, Э. В. Григорьева, Б. А. Князев, Ю. Ю. Чопорова. Применение систем с полным внутренним отражением для спектроскопии в терагерцовом диапазоне. Вестник НГУ, Т. 11, №3, С. 72-81, 2016.
- Gerasimov V.V., Knyazev B.A., Lemzyakov A.G., Nikitin A.K., Zhizhin G.N. Growth of terahertz surface plasmon propagation length due to thin-layer dielectric coating // Journal of Optical Society of America B, 2016, v.33, Is.11, p. 2196-2203. https://www.osapublishing.org/josab/abstract.cfm?URI=josab-33-11-2196
- I A Kaplunov, P A Nikitin, V B Voloshinov, A I Kolesnikov, B A Knyazev. Infrared and terahertz transmission properties of germanium single crystals. Journal of Physics: Conference Series 737 (2016) 012021.
- P.A. Nikitin, V.B. Voloshinov, V.V. Gerasimov, B.A. Knyazev Deflection of terahertz vortex beam in nonpolar liquids by means of acousto-optics. Physics Procedia (2016) – IPP 0.566.
- Yulia Yu. Choporova, Vasily V. Gerasimov, Boris A. Knyazev, Sergey M. Sergeev, Oleg A. Shevchenko, Roman Kh. Zhukavin, Nikolay V. Abrosimov, Konstantin A. Kovalevsky, Vladimir K. Ovchar, Heinz-Wilhelm Hübers, Gennady N. Kulipanov, Valery N. Shastin, Harald Schneider and Nikolay A. Vinokurov. First terahertz-range experiments on pump – probe setup at Novosibirsk free electron laser. Physics Procedia (2016) – IPP 0.566.
- V.V. Gerasimov, B.А. Knyazev, А.К. Nikitin. Wave-vector spectrum of monochromatic terahertz surface plasmon polaritons on real surfaces. Physics Procedia (2016) – IPP 0.566.
- B.G.Goldenberg, B.A.Knyazev, A.N.Gentselev, A.G.Lemzyakov, S.G.Baev. Manufacturing of self-bearing microstructures of the pseudo-metallic type for diffraction experiments in the terahertz range. Physics Procedia V. 84, 165-169 (2016)– IPP 0.566.
- V.S. Pavelyev, M.S. Komlenok, B.O. Volodkin, B.A. Knyazev, T.V. Kononenko, V.I. Konov, V.A. Soifer, Yu.Yu. Choporova. Fabrication of high-effective silicon diffractive optics for the terahertz range by femtosecond laser ablation. Physics Procedia V. 84, 177-174 (2016).– IPP 0.566.
- Yulia Choporova, Boris Knyazev, Mikhail Mitkov, Natalya Osintseva, Vladimir Pavelyev. Simulation of propagation and transformation of THz Bessel beams with orbital angular momentum. Physics Procedia V. 84, 175-183 (2016). – IPP 0.566.
- Boris A. Knyazev, Elena G. Bagryanskaya, Evgeniy N. Chesnokov, Yulia Yu. Choporova, Vasily V. Gerasimov, Yaroslav V. Getmanov, Boris G. Goldenberg, Gennady N. Kulipanov, Alexander S. Kozlov, Vitali V. Kubarev, Alexey K. Nikitin, Vladimir S. Pavelyev, Sergey E. Peltek, Vasiliy M. Popik, Tatiana V. Salikova, Mikhail A. Scheglov, Stanislav S. Serednyakov, Oleg A. Shevchenko, Alexander N. Skrinsky, Sergey L. Veber, and Nikolay A. Vinokurov. Novosibirsk free electron laser as a user facility. Physics Procedia V. 84, 27-34 (2016). – IPP 0.566.
- Agafonov A.N., Volodkin B.O., Kachalov D.G., Tukmakov K.N., Pavelyev V.S., Kaveev A.K., Knyazev B.A., Choporova Y.Y., Kropotov G.I., Tsypishka D.I. Focusing of Novosibirsk free electron laser (NovoFEL) radiation into paraxial segment. Journal of Modern Optics. 2016. Т. 63. № 11. С. 1051-1054.
- Б.А. Князев, И.А. Котельников, А.А. Тютин, В.С. Черкасский. Торможение магнитного диполя, движущегося в проводящей трубе с произвольной скоростью. Успехи физических наук, Т. 176, В. 9, С. 965 (2006).
Заведующий лабораторией
Князев Борис Александрович, д.ф.-м.н., профессор
ba_knyazev@phys.nsu.ru, +7-383-329-48-39
- Котельников Игорь Александрович, д.ф.-м.н., профессор, главный научный сотрудник
- Сербо Валерий Георгиевич, д.ф.-м.н., профессор, ведущий научный сотрудник
- Никитин Алексей Константинович, д.т.н., ведущий научный сотрудник
- Павельев Владимир Сергеевич, д.ф.-м.н., доцент, главный научный сотрудник
- Швец Василий Александрович, д.ф.-м.н., ведущий научный сотрудник
- Герасимов Василий Валерьевич, к.ф.-м.н., старший научный сотрудник
- Чопорова Юлия Юрьевна, к.ф.-м.н., ст. преподаватель, старший научный сотрудник
- Камешков Олег Эдуардович, магистрант