Международный учебно-научный лазерный центр МГУ им. М.В. Ломоносова
   
English  
Лаборатории


Наука
26.02.2017

"Вести" из лаборатории профессора А.П. Шкуринова

ЦТ, программа "Вести", сняло сюжет о терагерцах из Лаборатории терагерцовой оптоэлектроники и спектроскопии кафедры ОФиВП и МЛЦ МГУ.


Образование
12.10.2016

МЛЦ МГУ - школе

22 октября 2016 
15:00 ауд. им. С.А.Ахманова, КНО

Учебно-методический семинар для учителей физики

ВИШНЯКОВА Екатерина Анатольевна




Семинар МЛЦ и кафедры
28.10.2017

Семинар кафедры ОФиВП и МЛЦ

10 Ноября 2017 
15:00 ауд. им. С.А.Ахманова, КНО

ЧИРКИН Анатолий Степанович 


Главная Лаборатории Лаборатория экспериментальной квантовой оптики и нанофотоники

Лаборатория экспериментальной квантовой оптики и нанофотоники

В лаборатории экспериментальной квантовой оптики начаты работы по квантовой криптографии
Сотрудники
Аспиранты
Студенты
Hаучные интересы
  • Основной тематикой лаборатории в последние два года является изучение квантовых свойств одиночных фотонов. Это одна из самых интригующих областей современной физики. Поведение отдельных фотонов поистине уникально. Их свойства настолько удивительны, что не поддаются никакому логическому объяснению с точки зрения человеческого опыта, накопленного при изучении свойств макрообъектов. По-видимому, в их поведении в каком-то “зашифрованном” виде содержаться самые глубокие основы построения материи, которые еще не поняты современной физикой.
    В настоящее время сложилась исключительная ситуация: с одной стороны, вопросы, связанные с изучением свойств фотонов, лежат на самой вершине пирамиды научного знания, а с другой стороны, доступны для исследования в университетских лабораториях. Это принципиально отличается от исследования других фундаментальных проблем современной физики, таких как темная энергия, темная материя, гравитационные волны, бозон Хиггса, решение которых требует колоссальных финансовых и человеческих ресурсов (миллиарды долларов, тысячи ученых и десятки научных центров).
    Лаборатория “экспериментальной квантовой оптики и нанофотоники” – единственная на кафедре ОФиВП, где студенты имеют возможность включиться в экспериментальные исследования в области квантовой оптики. Лаборатория оснащена на уровне лучших лабораторий мира, и в ней работают по-настоящему увлеченные наукой сотрудники, аспиранты и студенты. Имеющееся оборудование и высочайшая квалификация научного коллектива позволяет исследовать свойства не только одиночных фотонов, но и перепутанных фотонных пар, что является фундаментальной базой таких прикладных направлений современной квантовой оптики, как квантовая криптография, квантовая телепортация, квантовые компьютеры. В лаборатории исследуются процессы создания перепутанных по поляризации фотонов с помощью спонтанного параметрического рассеяния (СПР), предсказанного в 1965 году сотрудником нашей кафедры, проф. Д.Н. Клышко. Начаты работы по исследованию процессов квантового клонирования. Кроме фундаментальных исследований, в лаборатории ведутся и работы прикладного характера: в стадии реализации – проект по квантовой криптографии в свободном пространстве. Лаборатория также вовлечена в деятельность по созданию двух ключевых приборов, являющимися базовыми для всех экспериментов в области квантовой оптики: а) счетчика одиночных фотонов и б) время-цифрового преобразователя (англ. Time correlated single photon counter TCSPC). Оба прибора разрабатываются на базе программируемых логических интегральных схем ПЛИС (FPGA).
    В традициях нашей лаборатории – сочетание экспериментальных и теоретических исследований. Каждый студент, поступивший к нам и занимающийся исследованием фундаментальных и прикладных проблем квантовой оптики, обычно не ограничивает свою деятельность исключительно созданием установок и проведением экспериментов. Практически каждый студент вовлечен в параллельные теоретические исследования, проводимые в кооперации с лабораторией “Лаборатория нелинейной и квантовой оптики”, возглавляемой лауреатом государственной премии СССР проф. А.С. Чиркиным.
    Студенты-выпускники нашей лаборатории приобретают универсальную квалификацию, позволяющую им в дальнейшем довольно легко найти себе место в современной науке и высоких технологиях.

Гранты
  • Гранты за последние 5 лет с участием сотрудников, аспирантов и студентов лаборатории
    1. 8 января 2014 - 30 апреля 2014, Контракт, “Экспериментальное и теоретическое исследование источника коррелированных фотонов на основе спонтанной параметрической люминесценции на длине волны 1.06 мкм” (рук. С.А.Магницкий)
    2. 1 февраля 2016 – 31 декабря 2016, Контракт, “Исследование свойств перепутанных по поляризации фотонов, генерируемых SPDC источником c накачкой непрерывным полупроводниковым лазером с длиной волны 405 нм (рук. С.А.Магницкий)
    3. 1 января 2014 - 31 декабря 2016, Грант РФФИ, “Многомодовые запутанные квантовые состояния световых полей в неоднородных оптически-нелинейных структурах; методы генерации и применения”
    4. 1 января 2010 - 31 декабря 2019, Грант РФФИ, “Лазерно-индуцированные экстремальные состояния вещества с использованием микро- и нанообъектов
    5. 2014-2015, Грант РФФИ, “Развитие методов голографического контроля адаптивной плазменной рентгеновской оптики”
    6. 2010-2012, Грант РФФИ, “Сингулярная поляризационная оптика сред с нелокальным нелинейным откликом” 7. 2010-2012, Грант РФФИ, “Ближнепольная оптика искусственно созданных и самоорганизующихся наноструктур” (рук. С.А.Магницкий)

Все гранты лаборатории


Публикации

История лаборатории
  • В 2016 году исполняется 20 лет с момента открытия нашей лаборатории. До последнего времени лаборатория имела несколько другое название: “Лаборатория фемтосекундной нанофотоники”. За это время в лаборатории было защищено более 60 курсовых и 30 дипломных работ, 7 диссертаций к.ф.-м.н. и 1 магистерская диссертация. Все курсовые и дипломные работы были защищены исключительно с оценкой отлично. Традиционно, курсовые и дипломные работы наших студентов входят в “top 25” и удостаиваются различных премий на конкурсах Физического факультета и Международного лазерного центра МГУ.  Многие из выпускников нашей лаборатории сейчас успешно работают в науке и в высоких технологиях как в России, так и за рубежом. Так, двое - работают в Объединенном институте высоких температур РАН (ОИВТ РАН), возглавляемым академиком В.Е. Фортовым, двое во всемирно известной компании “Samsung” в Южной Корее, один в Centre for Disruptive Photonic Technologies at NTU, в Сингапуре, некоторые стали ведущими специалистами в IT-компаниях в России. За время своего существования ученые лаборатории участвовали в ряде крупных проектов, оставивших след в лазерной физике:
    1. Трехмерная флуоресцентная оптическая память. Лаборатория была научным лидером в разработке одной из двух равноценных частей Проекта “Трехмерная оптическая память”, а именно, в разработке записываемой флуоресцентной 3-х мерной памяти с побитовой записью с помощью последовательности фемтосекундных импульсов и постраничным считыванием с помощью непрерывного лазерного излучения. Работы шли в коллаборации с несколькими институтами РАН, c публичной компанией ASUSTeK Computer Inc., расположенной на Тайване, и несколькими частными компаниями в Нью-Йорке, Реховоте (Израиль) и Лондоне. Председателем Совета директоров одной из Российских компаний, входящих в ассоциацию, был занимавший в то время пост Председателя Совета Федерации Федерального Собрания Российской Федерации Е.С. Строев. Внутри кафедры и МЛЦ работу в этом направлении возглавил проф. Н.И. Коротеев, занимавший в то время должность зав. кафедрой и директора МЛЦ. К исследованиям, проводимым на нашей кафедре в этом направлении, были также подключены экспериментальные группы профессоров А.Ю. Чикишева, А.М. Желтикова и А.П. Шкуринова. В это время нашу лабораторию посетил один из основателей (наряду с академиком Р.М. Хохловым) нелинейной оптики лауреат нобелевской премии Nicolaas Bloembergen,  который оставил свою подпись, записанную внутри многослойного флуоресцентного диска.
    2. Рентгеновские лазеры. В Лаборатории была разработана теория усиления фемтосекундного рентгеновского импульса в плазменном усилителе рентгеновского излучения. Экспериментальные исследования проводились в Японии в Quantum Beam Science Directorate, Japan Atomic Energy Agency, в коллаборации с Объединенным институтом высоких температур РАН и The Graduate School for the Creation of New Photonics, Japan. Работа увенчалась открытием рентгеновского миража. Ниже приводится анонс нашей статьи, вышедшей в 2013 г. в Nature Communications, написанный редактором этого журнала: « The discovery  by Magnitskiy  and al.  of  a  mirage  interference effect  in  X-ray plasma lasers could lead to new possibilities to  control  the  output of such lasers»
    3. Фотонные кристаллы. Работы по исследованию свойств фотонных кристаллов были инициированы в 1997 г. проф. Н.И. Коротеевым, занимавшим в то время должность заведующего нашей кафедры и директора МЛЦ. Работы носили чисто теоретический характер и велись в коллаборации с проф. А.М. Желтиковым. Значительный вклад в работу внес А.П. Тарасишин, который был в то время аспирантом нашей лаборатории. Получил дальнейшее развитие численный метод решения полной векторной системы уравнений Максвелла по алгоритму FDTD. Была проанализирована компрессия и генерация второй гармоники световых импульсов в фотонных кристаллах. Работа завершилась циклом работ (порядка 20-ти статей), опубликованных в ведущих российских и зарубежных журналах.
    4. Микроскопия ближнего поля. “Сердцем” этой работы была разработка и создание микроскопа ближнего поля собственной конструкции. Работа по созданию микроскопа велась в рамках контракта, заключенного между МЛЦ МГУ и Международным лазерным центром г. Братислава (МЛЦБ, Словацкая Республика) на разработку, создание и поставку в МЛЦБ комплекса научного оборудования. Работа велась в сотрудничестве с научной группой проф. В.И. Панова (заведующего кафедрой квантовой электроники). Усилиями аспиранта нашей кафедры А.М. Дубровкина и сотрудников кафедры квантовой электроники А.А. Ежова и С.В. Савинова были разработаны и изготовлены два микроскопа, один из которых был установлен в лазерном центре в Братиславе, а другой остался в нашей лаборатории для проведения научных исследований в области ближнепольной оптики. В результате был выполнен цикл работ и обнаружены новые эффекты: зарегистрировано формирование одиночных и двойных оптических спиралей, формируемых прозрачным полимерным наноцилиндром; методом туннельной микроскопии обнаружено вызванное действием света конформационное преобразование молекул нафтаценхинона, упорядоченных в пленках Ленгмюр-Блоджет. В теоретическом плане был предложен математический формализм для описания светового ближнего поля нанообъектов. Показано, что как электрические, так и магнитные компоненты ближнего поля могут быть выражены с точностью до членов первого порядка малости асимптотического разложения в ряд по малому параметру (размер объекта/длина волны) через две скалярные функции, удовлетворяющие уравнению Лапласа. В математическую часть исследований существенный вклад внес ст.н.с. института механики МГУ В.А. Чернявский.
    5. Спектроскопия поверхности методом генерации второй гармоники в поле фемтосекундных импульсов. На основе фемтосекундного лазера на титанате сапфира был создан фемтосекундный спектроскопический комплекс, позволяющий производить диагностику материалов с дифракционным пространственным разрешением.  Решающий вклад в эту работу внес Н.М.Нагорский, в то время аспирант нашей кафедры. С помощью этого комплекса была зарегистрирована транс-цис изомеризация молекул AD-1 в твердой наноструктурированной пленке при двухфотонном возбуждении последовательностью фемтосекундных лазерных импульсов и предложен механизм фотоиндуцированного транспорта вещества в твердой пленке из AD-1 под действием света, однородного как по интенсивности, так и по поляризации. На этом комплексе в коллаборации с лабораторией “нелинейной оптики наноструктур и фотонных кристаллов” д.ф-м.н. профессора О.Е. Акципетрова (кафедра квантовой электроники) методом конфокальной микроскопии второй гармоники были исследованы слоистые микроструктуры на основе пористого кремния. На данный момент работы в этом направлении продолжаются (в настоящее время руководителем этой Лаборатории является доцент, д.ф.-м.н. Т.В. Мурзина). Усилиями аспиранта кафедры квантовой электроники Е.А. Мамонова и бывшего дипломника нашей кафедры И. Липатова созданный комплекс существенно усовершенствован. На сегодняшний день он представляет собой единственную в мире установку по фемтосекундной диагностике поверхности методом ГВГ, позволяющую измерять полное состояние поляризации отраженной от поверхности метаматериала сигнала второй гармоники.

Навыки, получаемые в лаборатории
  • Студенты, проходящие практику в нашей лаборатории, могут приобрести опыт работы в следующих направлениях современной физики:
    1. Экспериментальная работа
    1.1. Постановка и проведение экспериментов на уровне, соответствующем современным мировым стандартам, в области лазерной физики и квантовой оптики.
    1.2. Опыт работы со следующей экспериментальной техникой:
    a) Счетчики одиночных фотонов;
    b) Время-цифровые преобразователи для систем квантовой оптики;
    c) Система квантовой томографии для измерения квантовых состояний одиночных фотонов и перепутанных фотонных пар;
    d) Фемтосекундный лазер на титанате сапфира;
    e) Непрерывный Nd:YAG лазер с диодной накачкой;
    f) Полупроводниковые лазеры на различные длины волн, включая сверхвысокостабильный полупроводниковый лазер на 405 нм с длиной когерентности ~1м;
    g) Приборы для контроля параметров лазерного излучения;
    1.3. Опыт работы с ультрасовременными системами автоматизации, на базе Arduino и Raspberry.
    2. Теоретическая работа
    2.1. Квантовые методы анализа поведения одиночных фотонов
    2.2. Квантовые методы расчета нелинейно-оптических преобразователей одиночных фотонов, в частности источников перепутанных фотонных пар на нелинейных кристаллах путем спонтанного параметрического рассеяния
    3. Программирование и вычислительная физика
    3.1. Математическое моделирование в приложении к задачам квантовой оптики (Python, Wolfram Mathematica)
    3.2. Разработка и реализация математических криптографических алгоритмов
    4. Разработка приборной базы современной квантовой оптики
    4.1. Разработка приборов современной квантовой оптики
    4.2. Разработка электроники на интегральных схемах ПЛИС
    5. Работа с Российскими и иностранными фирмами по закупке оборудования.
    6. Подготовка докладов и выступления на российских и международных конференциях.
    7. Написание научных статей и подготовка их к печати в российских и зарубежных журналах на русском и английском языках.

Дополнительная информация
  • Курсовые для студентов 2-го курса:
    1. Что странного в квантовой механике? Современные фундаментальные проблемы квантовой оптики. (обзор)
    2. Как приготовить состояние? Методы генерации перепутанных по поляризации. Квантовый подход к описанию света на примере светоделителя. (обзор, теория, эксперимент)
    3. Как приготовить Белловские состояния в квантовой оптике (литературный анализ, эксперимент)
    4. Как измерить состояние? Квантовая томография (литературный анализ, эксперимент)
    5. Автоматизация корреляционных измерений в квантовой оптике с помощью Raspberry Pi. (эксперимент)
    6. Источник перепутанных фотонов на основе нелинейных кристаллов I-го типа. (обзор, теория, эксперимент)
    7. Основные протоколы квантовой криптографии: сравнительный анализ. (обзор, теория эксперимент)

Hаши координаты
Телефон: 8-926-203-70-16
Комната: 1-00, 3-11, 5-03 КНО

© 2008 МЛЦ МГУ
Сайт разработан в: Sebekon IT Solutions