<div></div> / Кафедра физики твердого тела /
KFTT Logo
 
О кафедре
История кафедры
Научная тематика кафедры
Сотрудники
Наши студенты
Наши аспиранты
Наши выпускники
Спецкурсы
Научные семинары
Учебные материалы
Расписание
Контакты


В.А. Бушуев

Основные направления работы и полученные результаты.

1) Из теоремы Ван Циттерта-Цернике следует, что длина пространственной когерентности излучения некогерентного, т.е. дельта-коррелированного в пространстве, квазимонохроматического источника увеличивается с увеличением расстояния и уменьшением размеров источника. Ранее в наших работах эта теорема была обобщена на случай источника с произвольной длиной пространственной когерентности, включая учет параболического искривления волнового фронта в плоскости источника. В настоящее время происходит модернизация ряда каналов источников синхротронного излучения с целью увеличения их длины и уменьшения размеров электронных банчей, а длина каналов рентгеновских лазеров на свободных электронах достигает километра. Известно, что с увеличением расстояния от пространственно некогерентного источника немонохроматичность поля его излучения начинает влиять на степень пространственной когерентности, при этом получена приближенная оценка соответствующего критического расстояния.

            В наших работах ранее было указано на то, что с увеличением длины канала рентгеновского лазера на свободных электронах исходно плохая временная когерентность импульсов может испортить изначально очень высокую степень пространственной когерентности. В текущем году нами проведено обобщение теоремы Ван Циттерта-Цернике на случай источника излучения с произвольными пространственной и временной когерентностью. Проведен теоретический анализ трансформации функции пространственно-временной когерентности в плоскости наблюдения в зависимости от расстояния до источника, его размеров, длины пространственной когерентности и времени когерентности излучения источника и т.п. Показано, например, что форма функции когерентности начинает отличаться от исходного гауссова вида. Более того, оказывается, что эта функция зависит еще и от выбора точки в поперечной плоскости. Область применения - возможность корректного определения функций когерентности синхротронного и рентгеновского лазерного излучения на основе анализа экспериментальных данных по наблюдению интерференционных картин рентгеновского изображения щелей, нитей и других микро-объектов.

2) Известно, что нестационарные взаимодействия приводят к изменению энергии квантовых состояний. В работе одного из соавторов (А.И. Франк) было предсказано, что дифракционная решетка, которая движется поперек пучка медленных и ультрахолодных нейтронов (УХН), является нестационарным квантовым модулятором, который преобразует энергетический спектр падающих нейтронов в серию квантовых состояний с дискретными энергиями. Впоследствии дискретный спектр при дифракции УХН на движущейся решетке наблюдался в экспериментах в группе А.И. Франка, однако результаты экспериментов не полностью совпадали с предложенной в группе простой кинематической теории дифракции.

            Квантовая модуляция нейтронной волны движущейся решеткой является методической основой экспериментов по проверке принципа эквивалентности для нейтрона. Поэтому имеется потребность в более строгом теоретическом исследовании явления. В настоящей работе развита многоволновая динамическая теория дифракции нейтронов на движущейся решетке, в какой-то степени удовлетворяющая этому требованию. Она основана на методе связанных медленно меняющихся амплитуд и учитывает взаимное влияние волн разных порядков по мере прохождения нейтронов в глубь 3D фазовой решетки. Проанализировано влияние скорости движения решетки, ее периода и высоты штрихов на дискретный энергетический спектр и интенсивности дифракционных отражений различных порядков. Область применения – интерпретация существующих и ведущихся в настоящее время в Гренобле экспериментов по дифракции нейтронов, а также формулировка рекомендаций по выбору более оптимальных параметров решетки для повышения чувствительности и спектрального разрешения.

3) Проведен анализ понятия группового времени задержки (ГВЗ) при отражении электромагнитных волн и нейтронов от резонансных и нерезонансных сред и слоистых структур. Рассмотрена связь ГВЗ с временной задержкой импульсов и пространственным продольным сдвигом пучков. Обсуждены возникающие при этом мнимые парадоксы и влияние ГВЗ на форму отраженных импульсов и пучков. Современные технические возможности не позволяют пока оперировать с такими короткими импульсами нейтронов, однако такое интересное явление, как групповое время задержки, можно изучать либо методом ларморовских часов, либо по измерению продольного сдвига нейтронного пучка, который, судя по оценкам, может достигать 300 мкм, что можно зафиксировать экспериментально. Область применения – интерпретация понятия группового времени задержки по данным продольного сдвига стационарного пучка нейтронов.

4) Энергии импульсов Европейского рентгеновского лазера на свободных электронах (РЛСЭ) в каналах SASE1 и SASE2 в зависимости от величины заряда банчей составляют 20-2500 мкДж, что приводит к потокам энергии от 50 Вт/см2 до 7 кВт/см2 в области расположения элементов рентгеновской оптики на расстоянии 500-800 м от ондуллятора. В связи с этим одной из серьезных проблем является учет и предотвращение сильнейшего теплового разогрева кристаллов и многослойных зеркал. За отчетный период на основе решения двумерного уравнения теплопроводности с распределенными в объеме источниками тепловыделения получены пространственно-временные зависимости распределения температуры в различных точках кристалла. Рассмотрено влияние температуры, ее градиента и деформации кристаллической решетки на дифракционное отражение импульсов РЛСЭ от кристаллов синтетического алмаза типа IIa в зависимости от различных параметров задачи. Проанализированы ограничения на скорость отвода тепла от кристаллов для предотвращения большого градиента температуры. Область применения – предсказание критических параметров лазерных импульсов и термодинамических характеристик кристаллов, не приводящих к излишнему нагреву и даже разрушению кристаллов-монохроматоров в рабочих каналах РЛСЭ.

5) Излучение РЛСЭ представляет собой импульсы с длиной волны 0.05-0.16 нм, длительностью 10-100 фс и угловой расходимостью 1-3 мкрад. Импульсы характеризуются практически полной пространственной когерентностью и весьма посредственной временной когерентностью. Управление сложной временной структурой фемтосекундных импульсов РЛСЭ со случайной субфемтосекундной структурой спайков представляет большой интерес для рентгеновской оптики. Проведено теоретическое исследование влияния когерентных свойств импульсов РЛСЭ на пространственное распределение интенсивности и на функции пространственной и временной когерентности поля при отражении и прохождении импульсов в одном и двух параллельных монокристаллах в геометриях Брэгга и Лауэ. Область применения - возможность корректного определения функций когерентности синхротронного и лазерного излучения на основе анализа экспериментальных данных по наблюдению интерференционных картин рентгеновского изображения щелей, нитей и других микро-объектов. Рекомендации и компьютерные программы для конструирования монохроматоров в рабочем канале SASE1 и  SASE2 станций РЛСЭ в Гамбурге (Германия).

6) Развита теория динамической брэгговской дифракции в геометрии Лауэ пространственно-ограниченного лазерного импульса в линейном фотонном кристалле со значительной модуляцией величины показателя преломления. Предсказан эффект дифракционно-индуцированного деления пространственно-ограниченного импульса на бормановский и антибормановский импульсы, которые пространственно локализованы в различных областях фотонного кристалла и характеризуются различными законами дисперсии. Показана возможность селективного сжатия или фокусировки одного из этих импульсов при одновременном уширении или дефокусировке другого импульса.

7) Теоретически и экспериментально исследованы поляризационные эффекты при брэгговском дифракционно-индуцированном расщеплении лазерных импульсов в одномерном фотонном кристалле в геометрии Лауэ. Показано, что интервалы времени между расщепленными импульсами и число выходящих импульсов существенно зависят от состояния поляризации падающего импульса. Обнаруженный нами эффект поляризационно-чувствительного временного расщепления фемтосекундных лазерных импульсов позволяет управлять как числом выходящих импульсов из фотонного кристалла, так и их интенсивностью и временем задержки. Экспериментальные результаты хорошо описываются в рамках линейной теории дифракционно-индуцированного расщепления импульсов для одномерных фотонных кристаллов. Эффект дифракционно-индуцированного деления может также наблюдаться в высокосовершенных 2D и 3D фотонных кристаллах в условиях динамической брэгговской дифракции в схеме Лауэ. Результаты исследований опубликованы в журнале J. Opt. Soc. Am. Область применения - новый метод удвоения частоты следования лазерных импульсов, а также управления временем задержки, амплитудами, длительностями и поляризациями прошедших и дифрагированных импульсов.

Рентгеновские волноводы

Фотонные кристаллы

Рентгеновский лазер на свободных электронах

Рентгеновский фазовый контраст