Научное направление:
«Объемные нелинейные флуоресцентные фотографические материалы как функциональные среды для развития новых люминесцентных методов исследования взаимодействия света и вещества»
Шифры научных специальностей, в рамках которых разрабатывалось данное научное направление:
Краткая аннотация научного направления:
Новое научное направление возникло в ходе исследования явлений взаимодействия интенсивного лазерного излучения с прозрачными оптическими средами. Речь идет о средах, не имеющих однофотонных резонансов с частотой действующего лазерного излучения. Это, в частности, относится к широкозонным кристаллам, если частота лазерного излучения выбрана вдали от межзонного резонанса. Такие среды практически не поглощают данное излучение в линейном режиме взаимодействия и не оставляют в среде никаких следов после его прохождения. Иная картина разыгрывается при повышении интенсивности действующего лазерного излучения. Начинаются процессы самофокусировки излучения, его единичной или множественной филаментации. В областях прохождения филаментов, где резко возрастает электрическая напряженность оптических полей, изменяется показатель преломления среды, вследствие этого формируются световоды, реализуются эффекты каналирования излучения в этих световодах, развиваются различные механизмы генерации электронно-дырочной плазмы, которая дефокусирует излучение в филаментах. Одновременно протекают рекомбинационные процессы, генерируется лазерный суперконтинуум. Все эти процессы нестационарны во времени и пространственно неоднородны. Исследовать механизмы всего комплекса связанных между собою таких процессов сложно. Новое научное направление способствует решению этой задачи. Выявление и расшифровка механизмов сложных процессов взаимодействия света и вещества значительно облегчаются при использовании нового класса функциональных сред – объемных нелинейных фотографических флуоресцентных материалов, благодаря разработке новых люминесцентных методов исследования взаимодействия света и вещества, основанных на применении таких сред. Данные среды позволяют экспериментально визуализировать, регистрировать и оцифровывать объемную пространственную картину высоконелинейного взаимодействия света и вещества. Это можно сделать в режиме действия на среду как единичных фемто- и аттосекундных лазерных импульсов, так и их серий. Набор таких материалов с разной степенью нелинейности их фоточувствительности позволяет получить ряд подобных пространственных распределений и восстановить по ним конфигурацию световых полей в процессе высоконелинейного взаимодействия.
Предлагаемые функциональные материалы могут быть изготовлены, в частности, на основе кристаллов с широкой зоной запрещенных энергий, удовлетворяющих следующим требованиям. Во-первых, это должны быть среды, в которых реализуется экситонный механизм первичного дефектообразования. Тогда электронно-дырочные пары и экситоны, генерируемые в ходе высоконелинейной фотоионизации, создадут в среде первичные радиационные дефекты и затем их агрегаты, образующиеся в процессах перезарядки, миграции и ассоциации первичных дефектов. Во-вторых, образовавшиеся дефекты, первичные или агрегатные, должны люминесцировать при дополнительном фотовозбуждении, чтобы обеспечить люминесцентную визуализацию картины пространственного распределения взаимодействия света и вещества, сохраненную в форме пространственного распределения концентраций люминесцирующих центров. В третьих, эта люминесценция не должна быть термически потушена при комнатной температуре, а ответственные за нее радиационные дефекты (центры окраски) должны быть оптически и термически устойчивыми. Это позволяет хранить сформированные в этих средах изображения в течение длительного времени и многократно их визуализировать и исследовать. Как показали проведенные экспериментальные исследования, данные требования обеспечиваются для кристаллов и прозрачных оптических керамик на основе фторидов лития, натрия, магния и других соединений, а также для некоторых кристаллов, активированных примесями.
Предлагаемые функциональные материалы могут быть изготовлены, в частности, на основе кристаллов с широкой зоной запрещенных энергий, удовлетворяющих следующим требованиям. Во-первых, это должны быть среды, в которых реализуется экситонный механизм первичного дефектообразования. Тогда электронно-дырочные пары и экситоны, генерируемые в ходе высоконелинейной фотоионизации, создадут в среде первичные радиационные дефекты и затем их агрегаты, образующиеся в процессах перезарядки, миграции и ассоциации первичных дефектов. Во-вторых, образовавшиеся дефекты, первичные или агрегатные, должны люминесцировать при дополнительном фотовозбуждении, чтобы обеспечить люминесцентную визуализацию картины пространственного распределения взаимодействия света и вещества, сохраненную в форме пространственного распределения концентраций люминесцирующих центров. В третьих, эта люминесценция не должна быть термически потушена при комнатной температуре, а ответственные за нее радиационные дефекты (центры окраски) должны быть оптически и термически устойчивыми. Это позволяет хранить сформированные в этих средах изображения в течение длительного времени и многократно их визуализировать и исследовать. Как показали проведенные экспериментальные исследования, данные требования обеспечиваются для кристаллов и прозрачных оптических керамик на основе фторидов лития, натрия, магния и других соединений, а также для некоторых кристаллов, активированных примесями.
Аннотации трех наиболее значимых публикаций:
1. E.F. Martynovich, V.P. Dresvyansky, A.L. Rakevich, N.L. Lazareva, M.A. Arsentieva, A.A. Tyutrin, O. Bukhtsoozh, S. Enkhbat, P.V. Kostryukov, B.E. Perminov, A.V. Konyashchenko. Creating luminescent defects in crystalline media by scanning laser beam. Applied Physics Letters, Volume 114, Issue 12 , 2019, PP 121901-1 ? 121901-4.
2. E.F. Martynovich, A.V. Kuznetsov, A.V. Kirpichnikov, E.V.Pestryakov, S.N.Bagayev. Formation of luminescent emitters by intense laser radiation in transparent media. Quantum Electronics V. 43, № 5, 2013, PP 463-466.
3. Е.Ф.Мартынович, Е.О.Чернова, В.П.Дресвянский. Способ записи полноцветных люминесцентных изображений в объеме оптического носителя. Патент РФ на изобретение № RU 2653 575 C1. Заявлено 27.06.2017. Зарегистрировано 11.05.2018. Официальный бюллетень «Изобретения. Полезные модели», ФИПС, Москва. Опубликовано: 11.05.2018, Бюл. № 14, стр. 1-13.
2. E.F. Martynovich, A.V. Kuznetsov, A.V. Kirpichnikov, E.V.Pestryakov, S.N.Bagayev. Formation of luminescent emitters by intense laser radiation in transparent media. Quantum Electronics V. 43, № 5, 2013, PP 463-466.
3. Е.Ф.Мартынович, Е.О.Чернова, В.П.Дресвянский. Способ записи полноцветных люминесцентных изображений в объеме оптического носителя. Патент РФ на изобретение № RU 2653 575 C1. Заявлено 27.06.2017. Зарегистрировано 11.05.2018. Официальный бюллетень «Изобретения. Полезные модели», ФИПС, Москва. Опубликовано: 11.05.2018, Бюл. № 14, стр. 1-13.