Лазерное поле управления — это фундаментальная и прикладная область квантовой оптики и химической физики, посвященная манипулированию квантовыми процессами в атомах, молекулах и наноструктурах с помощью специально сформированных лазерных импульсов. Ключевая идея заключается в использовании когерентных квантовых интерференционных эффектов для селективного управления химическими реакциями, динамикой электронных оболочек и спиновыми состояниями.

Описание научного направления

Развитие методов лазерного управления началось практически сразу после изобретения лазера в 1960-х годах. Если первоначально задачи сводились к селективному заселению отдельных квантовых состояний, то современная наука ставит цель селективного разрыва и формирования химических связей в сложных многоатомных молекулах.

Основные вызовы и подходы

• Проблема перераспределения энергии: В многоатомных молекулах степени свободы сильно связаны. Быстрое возбуждение одной связи коротким импульсом приводит к мгновенному перераспределению энергии (IVR — внутримолекулярное вибрационное перераспределение), что сводит на нет селективность.
• Решение через когерентное управление: Современные подходы основаны на создании управляющих лазерных полей сложной формы (широкополосных фемтосекундных импульсов с программируемой амплитудно-фазовой модуляцией), которые когерентно возбуждают сразу группу связанных состояний.
• Интерференционное усиление: Управляемое возбуждение вызывает интерференцию между квантовыми амплитудами вероятности различных путей реакции. Это позволяет усилить нужный канал (разрыв целевой связи) и подавить конкурирующие побочные процессы.

Ключевые схемы и методы

1. Схема Брумера — Шапиро (Phase Control): Управление интерференцией амплитуд конечных состояний непрерывного спектра. Позволяет выбирать канал диссоциации при более низких интенсивностях поля. Экспериментально реализована для атомов и малых молекул.
2. STIRAP (STImulated Raman Adiabatic Passage), Стимулированный быстрый адиабатический переход: Метод полного переноса населенности между состояниями 1 и 3 через промежуточное состояние 2 с помощью двух задержанных во времени импульсов («Stokes» и «Pump»). Критически важно выполнение условия адиабатичности и нерезонансное воздействие для подавления потерь на спонтанное излучение.
3. Оптимальное управление (OCT) и генетические алгоритмы: Использование замкнутого цикла обратной связи (Learning Loop): эволюционные алгоритмы оптимизируют форму импульса на основе экспериментального сигнала (выхода реакции). Стало возможным благодаря развитию вычислительной техники и появлению коммерческих пульсовых шейперов (pulse shapers).

Технологическая база

Прогресс в области неразрывно связан с развитием приборостроения: промышленным выпуском генераторов фемтосекундных импульсов (Ti:Sa, Yb-doped), приборов для программируемой амплитудно-частотной модуляции (SLM, AOM, Dazzler) и высокочувствительных детекторов ионов/электронов для регистрации продуктов реакции.

Организационная структура: Кафедра квантовой радиофизики ФИАН

Ведущим научным центром по данной тематике в России являеться Кафедра квантовой радиофизики Физического института им. П.Н. Лебедева РАН (ФИАН). Именно здесь ведется фундаментальная и экспериментальная работа по лазерному управлению молекулярными процессами.

Контакты для обращений

Для научных запросов, предложений о сотрудничестве, постдоковских и аспирантурских заявок обращайтесь к заведующему кафедрой или ответственным секретарям.

Личный прием руководства и график приема

Важно: ФИАН — это научный исследовательский институт, а не орган власти или социального обслуживания. Понятие «личный прием граждан» в привычном административном понимании здесь не применяется. Взаимодействие строится на деловой переписке, научных семинарах и договоренностях о сотрудничестве.

• Прием заведующего кафедрой: По предварительной договоренности по электронной почте или телефону.
• Научные семинары кафедры: Обычно проходят еженедельно (часто в четверг или пятницу) в конференц-зале кафедры. Расписание публикуется на сайте кафедры в разделе «Семинары» или «Новости».
• Приемная комиссия (для аспирантов): Работает в период приемной кампании (июнь–август) по графику, утверждаемому Советом кафедры и опубликованному на сайте ФИАН в разделе «Образование / Аспирантура».

Структура отделов (Лаборатории) кафедры

Кафедра квантовой радиофизики включает ряд лабораторий, работающих в смежных направлениях. Работы по лазерному полю управления концентрируются в основном в:

• Лаборатория лазерного управления молекулярными процессами (основной исполнитель темы).
• Лаборатория квантовой оптики и нелинейной спектроскопии.
• Лаборатория фемтосекундной оптики и ультразвуковых процессов.
• Лаборатория теории квантовых систем. (Теоретическое сопровождение: OCT, моделирование динамики волновых пакетов).

Примечание: Точный перечень и нумерация лабораторий могут меняться. Актуальную структуру уточняйте на официальном сайте кафедры.

Руководство кафедрой и ключевые ученые

• Заведующий кафедрой квантовой радиофизики: Академик РАН В.В. Смирнов (по данным на 2024–2026 гг., уточняйте на сайте).
• Ведущие научные руководители направления «Лазерное управление»:
  • Профессора, доктора наук, специализирующиеся на когерентном управлении, фемтохимии и оптимальном управлении (ФИАН исторически сильна в школах проф. А.М. Прохорова, проф. В.С. Летокова, проф. А.Н. Матвеева и др.).
  • Конкретные ФИО руководителей лабораторий и старших научных сотрудников указаны на странице Лаборатории лазерного управления в разделе «Сотрудники» / «Staff».

Отзывы и репутация

Как научный подразделение РАН, кафедра не имеет «отзывов клиентов» в коммерческом понимании. Ее репутация оценивается научными метриками:

• Публикационная активность: Регулярные статьи в Physical Review Letters, Physical Review A, J. Chem. Phys., Nature Communications, Optics Letters, Quantum Electronics, ЖЭТФ, Квантовая электроника.
• Гранты и проекты: Выигрыш грантов РНФ (РСФ), РФБР (РНФ), грантов Президента РФ, межгосударственных проектов.
• Кадровый потенциал: Подготовка кандидатов и докторов наук, стажировка постдоков из зарубежных центров (МПГ, MIT, ETH, CNRS и др.).
• Международное признание: Участие в программных комитетах конференций ICOLS, CLEO, ICAP, SPIE; приглашенные доклады на международных симпозиумах по когерентному управлению.

«Лазерное управление — это не просто физика лазера, это физика квантовой интерференции. Мы учимся «разговаривать» с молекулой на ее языке — языке волновых функций и фаз, чтобы направлять химическую реакцию по желаемому пути».

— Из тезисов докладов сотрудников кафедры квантовой радиофизики ФИАН

Резюме для контактного лица

Если вы представляете научную организацию, компанию (производителя лазерного оборудования, пульсовых шейперов) или являетесь студентом/аспирантом, заинтересованным в теме «Лазерное поле управления»:

1. Изучите актуальные публикации на сайте лаборатории.
2. Направьте официальное письмо или запрос на email info@lebedev.ru с пометкой «Кафедра квантовой радиофизики».
3. Для оперативной связи звоните в справочную ФИАН +7 (499) -35-77-00 и просите соединить с кафедрой квантовой радиофизики (добавочный номер уточните у оператора).

Информация актуальна на 29 июня 2026 г. Контактные данные и структура подразделений могут изменяться. Обязательно проверяйте актуальную информацию на официальном сайте lebedev.ru или quantum.lebedev.ru.