На кафедре проводятся научные исследования в следующих областях: нанооптика и спектроскопия наноструктур; молекулярная спектроскопия; квантовая динамика и квантовая оптика; математическая обработка спектроскопического эксперимента; когерентная и нелинейная оптика.

Нанооптика и спектроскопия наноструктур

Развиваются теоретические и экспериментальные методы сканирующей ближнеполевой оптической микроскопии, позволяющие исследовать оптические свойства микро- и наноструктур со сверхвысоким пространственным разрешением >10 нм. Эффект гигантского усиления электромагнитного поля вблизи наноразмерного металлического зонда даёт возможность реализовать режим спектроскопии одной молекулы. Ближнеполевая спектроскопия комбинационного рассеяния используется для недеструктивного локального химического анализа исследуемых объектов (нанотрубки, фуллерены, тонкие композитные плёнки и др.) в нанометровой шкале на воздухе при нормальных условиях. Экспериментально изучаются ближнеполевые нелинейные оптические процессы (КАРС, генерация высших гармоник и др.). Теоретически исследуется возможность использования лазерных ловушек для захвата металлических наночастиц в жидких средах. Проводятся исследования по изучению поверхностных плазмонов, которые используются в ближнеполевой оптической нанолитографии. С помощью спектроскопии гэп-мод исследуется возможность получения субзондового пространственного разрешения. Теоретические исследования фотонных кристаллов направлены на изучение механизмов формирования фотонных запрещённых зон в различных матрицах и взаимодействия света с моделируемыми нанообъектами.

Молекулярная спектроскопия

Методами колебательной спектроскопии изучается локальная конформационная динамика полимеров, используемых при создании перспективных композитных материалов. С помощью ИК-спектроскопического метода конформационно-неоднородных зондов исследуется наноструктура свободного объема, вторичные релаксационные переходы и их связь с транспортными свойствами пористых и непористых разделительных мембран. Проводятся исследования межмолекулярных взаимодействий в низкомолекулярных и высокомолекулярных средах, а также влияние сверхкритической флюидной обработки на структуру и свойства природных и синтетических полимерных материалов.

Квантовая динамика и квантовая оптика

Развиваются методы квантовой динамики, позволяющие описывать эволюцию квантовых систем, взаимодействие которых является нелокальным во времени. Исследуется связь между нелокальностью взаимодействия и квантовым парадоксом (эффектом) Зенона. Проводятся исследования квантово-электродинамических эффектов в атомных спектрах и квантовой динамики атомных систем, взаимодействующих с полем излучения и окружением. С использованием методов квантовой электродинамики и квантовой оптики исследуется "одевание" состояний атомов полем интенсивного лазерного излучения и лэмбовский сдвиг линий спектра Моллоу. Развиваются новые методы эффективной квантовой теории поля, открывающие новые возможности для построения теории ядерных сил, теории взаимодействия квантового поля излучения с интенсивным внешним полем, теории мюонных атомов и изучения структуры вакуума в полях ядер со сверхкритическим зарядом. Проводятся исследования спонтанного излучения атомов и динамики фотонов, находящихся в фотонных кристаллах.

Математическая обработка спектроскопического эксперимента

Разрабатываются новые подходы и методы математической обработки и интерпретации результатов спектроскопического эксперимента. Создан ряд алгоритмов по исследованию сложных сигналов и изображений на основе спектрального и полиспектрального анализа, вейвлет-анализа, методов фрактального анализа и нелинейной динамики, нейронных сетей. Комплекс программ на основе систем компьютерной математики позволяет решать прямые и обратные задачи прикладной спектроскопии с особенностями (фрактальный шум, дробно-степенные тренды, пропуски в данных и др.). Предложены эволюционные алгоритмы (генетический алгоритм, рой частиц, муравьиные колонии и др.) для решения обратных некорректных задач в прикладной спектроскопии, в том числе для разделения сложных спектральных контуров на компоненты.

Когерентная и нелинейная оптика

Основные направления научных разработок: оптическая эхо-спектроскопия, фотонная спектроскопия примесных кристаллов, импульсная оптическая и акустическая когерентная спектроскопия, новые физические принципы оптической обработки информации, оптическое сверхизлучение и другие коллективные явления в твёрдых телах и газах, разработка физических принципов оптической фазовой памяти и квантовых компьютеров, четырёхмерная оптическая и акустооптическая голография, лазерное охлаждение твердых тел и разработка оптических рефрижераторов, исследование физических принципов гамма-оптики и гамма-лазеров

 

Лаборатории:

1.Научно-исследовательская лаборатория квантовой оптики, нанофотоники и оптической спектроскопии кафедры оптики и нанофотоники. Основными научными направлениями деятельности являются: теоретическое и экспериментальное исследование взаимодействия атомов и молекул с излучением, взаимодействия интенсивного лазерного излучения с веществом, спонтанного излучения атомов в фотонных кристаллах, квантовоэлектродинамических эффектов в атомах, находящихся в экстремальных условиях, оптических свойств и оптических спектров микро- и наноструктур, а также развитие технологии выращивания фотонных кристаллов.

2. Совместная лаборатория когерентной оптики и оптической спектроскопии на базе кафедры оптики и нанофотоники Института физики КФУ и лаборатории нелинейной оптики КФТИ КазНЦ РАН. Основным научным направлением деятельности НИЛ является: экспериментальное и теоретическое исследование физики оптических когерентных явлений и развития методов когерентной спектроскопии.



Перечень тем выпускных квалификационных работ бакалавров и магистров, предлагаемых обучающимся Института физики в 2020-2021 учебном году.

Бакалавриат:
​

1	Гайнутдинов Ренат Хамитович	Исследование зонной структуры фотонно-кристаллических структур на основе материалов с высоким показателем преломления
2	Гайнутдинов Ренат Хамитович	Вычисление поправок к энергии одноуровневой квантовой точки, туннельно связанной с фермионным резервуаром
3	Хамадеев М.А.	Влияние пористости структуры гибридного фотонного материала на его оптические свойства.
4	Хамадеев М.А.	Исследование пористости структур на основе фотонного кристалла для усиления взаимодействия света с веществом.
5	Хамадеев М.А.	Эффективные гибридные фотонные материалы с пористыми компонентами.
6	Хамадеев М.А.	Вычисление амплитуды рассеяние фотона с учетом взаимодействия двухуровневой системы и волновода.
7	Хамадеев М.А.	Исследование параметров кубита на основе фотона в волноводе.
8	Хамадеев М.А.	Исследование поправок к энергиям и состояниям атома водорода, вызванных эффектом изменения массы электрона в среде фотонных кристаллов
9	Камалова Д.И.	ИК-Фурье-спектроскопия конформационно-неоднородных соединений в полимерных смесях после флюидной обработки
10	Камалова Д.И.	Влияние сверхкритического диоксида углерода на вторичные релаксационные переходы в пористых полимерах

 

Магистратура:

 

1	Харинцев С.С.	Спектроскопическое изучение наноструктурированных полимеров методом гигантского комбинационного рассеяния света."
2	Гайнутдинов Ренат Хамитович	Модификация плотности фотонных состояний и сдвиги энергетических уровней атомов в фотонных кристаллах на основе метаматериалов с высоким показателем преломления
3	Гайнутдинов Ренат Хамитович	Влияние квантовых флуктуаций в сверхпроводящих кубитах на процессы дефазировки и декогеренции
4	Калачев Алексей Алексеевич	Спонтанное четырёхволновое смешение в оптических нановолокнах
5	Калачев Алексей Алексеевич	Квантовая память в ансамблях центров окраски в алмазе
6	Калачев Алексей Алексеевич	Генерация многомерных однофотонных состояний в режиме спонтанного параметрического рассеяния
7	Камалова Д.И.	ИК-спектроскопический анализ распределения свободного объема в бинарной полимерной смеси для газоразделения
8	Камалова Д.И.	Прогнозирование совместимости двойных полимерных систем с помощью колебательной спектроскопии