Физики из США и Канады построили камеру, которая записывает электромагнитные волны со скоростью около 10 триллионов кадров в секунду, то есть позволяет различить события, разделенные промежутком около 100 фемтосекунд. Для этого ученые записывали плоские проекции трехмерного процесса, а затем решали задачу оптимизации и восстанавливали исходное изображение. Статья опубликована в Nature Light и находится в свободном доступе.
Большинство привычных для нас процессов происходят сравнительно медленно, так что мы можем легко заснять их с помощью обычной камеры, которая работает с частотой около 30–60 кадров в секунду. Однако некоторые процессы в физике и биологии требуют гораздо большего временно́го разрешения. В частности, чтобы увидеть «отрыв» электрона от атома или зарегистрировать движение световой волны, которая распространяется в веществе со скоростью порядка 200 тысяч километров в секунду, нужно использовать камеры, работающие с частотой более триллиона кадров в секунду. Несмотря на то, что такие камеры уже давно существуют, они имеют недостатки, которые сильно ограничивают область их применения.
В настоящее время самый распространенный метод регистрации сверхбыстрых процессов спектроскопии основан на возбуждении образца с помощью лазера и последующем измерении его «отклика». Этот так называемые накачивающе-зондирующие измерения (pump-probe measurements). Несмотря на то, что этот способ позволяет достичь фемтосекундного разрешения по времени (1015 кадров в секунду), он может работать только в том случае, если исследуемые процессы довольно точно воспроизводят сами себя во времени. Грубо говоря, при накачивающе-зондирующих измерениях «кино» снимается по следующей схеме. Сначала ученые «высвечивают» с помощью вспышки фемтосекундного лазера первый кадр процесса. Когда процесс завершится, исследователи запускают его снова и «высвечивают» второй кадр, задерживая вспышку на несколько фемтосекунд. Затем экспериментаторы повторяют эти действия еще много раз, а потом склеивают кадры. К сожалению, далеко не все процессы точно воспроизводят себя во времени — например, биологические процессы в основном протекают случайно. Кроме того, для повышения точности измерений оптическая система может быть так тонко настроена, что первый же импульс лазера изменит ее параметры, и воспроизвести процесс не удастся. В этих случаях накачивающе-зондирующие измерения выполнить невозможно.
С другой стороны, для наблюдений за сверхбыстрыми процессами можно использовать пространственно-временную двойственность уравнений электродинамики. Проще говоря, двойственность позволяет преобразовать временну́ю развертку импульса света в пространственную, а затем записать ее на условной фотопластинке. Чем раньше во времени расположен «кадр» процесса, тем ближе к началу фотопластинки будет находиться его изображение. На этом свойстве уравнений основаны щелевые камеры (streak camera), которые создают изображение с помощью электронов, выбиваемых импульсом света из фотокатода. Современные щелевые камеры позволяют записывать импульсы с частотой около триллиона кадров в секунду. Разумеется, такая камера способна записать не только повторяющиеся, но и единичные процессы. Тем не менее, качество изображений, создаваемых щелевой камерой, сравнительно невысоко, а потому физики пытаются увеличить ее временно́е и пространственное разрешение другими способами.
Группа ученых под руководством Цзиньянь Ляна (Jinyang Liang) совместила щелевую камеру и сжатое считывание (compressed sensing) с помощью метода сжатой сверхбыстрой фотографии (compressed ultrafast photography) и научилась регистрировать процессы с частотой около 10 триллионов кадров в секунду. Для этого исследователи придерживались следующей схемы. Сначала физики собирали «сырые» данные о процессе — для этого разделили на две части пучок света, исходящий от процесса, и записали два его изображения. Изображение первого пучка записывалось напрямую двумерной матрицей, которая фактически производила двумерное преобразование Радона с фиксированным углом. Преобразование Радона R(s, α) — это интеграл от функции вдоль прямой, которая перпендикулярна вектору (cosα, sinα) и проходит на расстоянии s от начала координат. По сути своей преобразование Радона напоминает преобразование Фурье (в частности, оно обратимо). Второй пучок пропускался сквозь псевдослучайный двоичный паттерн (черно-белая пластинка на рисунке), сдвигался по времени, разворачивался щелевой камерой и записывался еще одной матрицей. Это изображение можно рассматривать как преобразование Радона с углом, который зависит от скорости сдвига щелевой камеры. Таким образом, ученые за один шаг записывали две двумерные проекции трехмерной динамической сцены (2 пространственных + 1 временно́е измерение). Наконец, физики восстанавливали трехмерное изображение исходного процесса из его проекций, решая задачу оптимизации, то есть минимизируя функционал от искомого распределения интенсивности при известных результатах его преобразования.

Полный текст статьи - https://nplus1.ru/news/

Врачи Сеченовского университета, который в этом году отмечает 260-летие, выступили с докладами на трех самых влиятельных международных конференциях
ВПЕРВЫЕ В ИСТОРИИ

Такого ни в истории советской, ни в истории российской урологии еще не было. На конгрессе Европейской ассоциации в Копенгагене медики Сеченовского университета прочитали 12 докладов. На конференции Американской ассоциации, старейшей и одной из наиболее весомых в мире, 9 докладов. На Всемирном эндоурологическом конгрессе в Париже – 23 доклада. В том числе – вообще неслыханное дело – пленарный доклад.
О том, как удалось сделать такой в общем-то неожиданный рывок, я расспросил заместителя директора по науке института урологии и репродуктивного здоровья человека Сеченовского университета Дмитрия Еникеева.

- Дмитрий Викторович, как получилось, что работы российских врачей стали интересны иностранным коллегам? Еще недавно мы очень сильно отставали.

- Мы действительно очень долго, еще с советских времен варились в своем соку. Отечественная урология во многом была закрытой историей. Мало кто из врачей знал английский язык, читал профессиональные журналы, издаваемые за границей.
Толчком, думаю, стал проект 5-100. Ведущим вузам страны была поставлена задача о выходе и интеграции в мировое сообщество, оказаться на лидирующих позициях в международных рейтингах университетов. Наш Первый мед вошел в программу 5-100. И руководство вуза понимало, как добиться нужного результата.
Что мы сделали? Первое. По решению ректора Сеченовского университета Петра Глыбочко для урологической клиники было закуплено самое современное медицинское оборудование. Затем, чтобы быть на равных с ведущими специалистами США, Израиля, Франции, Германии, Китая наши специалисты и начали активно изучать английский язык. Все новые статьи, описание методов лечения публикуются ведь на английском. Третье. Мы стали выступать на международных конгрессах, видеть, как выступают другие. Понимать тренды в мировой науке.
Но ключевой момент здесь не только в том, что появилась крутая техника, а в том, что ректор дал возможность работать с этим оборудованием молодежи.
Молодые врачи получили возможность развиваться. Когда начинаешь что-то новое – есть риск ошибки. Человеку состоявшемуся проходить через ошибки не очень просто. А недавние выпускники университета стали осваивать технику. Сейчас у нас в отделении более 80 процентов хирургов до 40 лет.
Если раньше у нас проходило 4-5 операций в день, то теперь 30. Начали наращиваться объемы. Стали создаваться новые операционные, комфортные палаты.

ЛЕЧЕНИЕ НА ВЫБОР

- Насколько оборудование клиник Сеченовского университета сегодня соответствует уровню аналогичных больниц за рубежом?

- Центров, аналогичных центру урологии Сеченовки, в мире можно по пальцам пересчитать. Это уникальная история. В Европе обычно один центр специализируется на операциях с использованием робота Да Винчи. Они его и закупают. И делают только роботические операции. Другой центр специализируется на облучении. Они закупают только такую технику. А у нас есть все – и робот, и крио, и нанонож, и хайфу (лечение ультразвуком высокой интенсивности – Ред.), и облучение.
Пример. Когда пациент приходит к доктору в любом другом медицинском центре, тот ему говорит: при вашей болезни нужно делать вот эту операцию. У него нет выбора, потому что в этой клинике только такое оборудование стоит. Когда пациент приходит к нам в университет, мы ему предлагаем шесть вариантов. Мы обсуждаем, что ему более предпочтительно, рассказываем какие у каждого метода есть преимущества. Продумываем какой лучше при его состоянии здоровья.
А студенты, обучаясь в Сеченовке, видят все современные методы лечения. Не по книжке их познают. Они присутствует в операционной. Поэтому, выходя из университета, они знает все самые новые методики.
Мало того, мы и сами стали разрабатывать оборудование. У нас был самый современный израильский лазер. Мы поработали на нем, поняли его слабые стороны. А потом вместе с российскими специалистами по лазерам разработали собственный. На недавнем конгрессе в Париже светила мировой урологии признали: российский тулиевый волоконный лазер – это прибор номер один в мире для удаления камней в почках, лечения аденомы простаты.
Впервые в истории уникальную лазерную технологию разработали российские физики, а врачи Сеченовки стали медицинскими консультантами этой техники. И впервые перспективная урологическая технология приходит в мир из России.

НЕ БЕЗ ДА ВИНЧИ

- А как современное оборудование повлияло на то, что специалисты Сеченовки стали часто и ярко выступать на международных конференция?

- Наука пошла за практикой. Понятно, опыт работы на новом оборудовании захотелось проанализировать. Стали получать результаты. Второе, мы поняли, как такие доклады делаются, оформляются, чтобы их приняли.
Наш уже стали присылать статьи на рецензию. Российских врачей признали экспертам. Как так получилось? А потому, что в мире уже видят – мы ориентируемся в этой теме на высоком уровне. И сами публикуем статьи, показываем видео сложных операций на новейшей технике.

- Но для статьи нужно открытие, новый поворот. Это же не воспоминания хирурга «Как я работал на роботе Да Винчи»...

- Безусловно. В каждой статье должна быть изюминка. Если ты скажешь, что, при операции с использованием Да Винчи подметил, что аппарат дает такие-то важные преимущества - это специалистам интересно.
Наша клиника становится крупнейшим центром в Европе по лазерной хирургии. Мы начинаем делать не просто фильмы, которые показывают ход операции, а снимаем обучающие фильмы, пишем обучающие статьи. И эти статьи печатают в ведущем американском научном журнале. Один из наших фильмов, показывающий операцию по удалению опухоли мочевого пузыря, на конгрессе в Сан-Франциско был признан лучшим!
Американцы, светила медицины меня расспрашивали – а эти врачи из России, конечно, получили европейское образование? Нет, отвечаем мы – получили его в центре Москвы, в Сеченовском университете.

МОЛОДЫЕ ДА РАННИЕ

- Что у вас за команда? Кто они?

- На международном эндурологическом конгрессе половину докладов представили наши аспиранты. А один доклад читала студентка шестого курса, староста научного урологического кружка. Наши заслуженные профессора тоже начали учить английский.

- А что пациентам дает активное участие врачей в международных конгрессах?

- Повышается качество лечения. Врач развивается. На конгрессах рассказывают с какими проблемами хирурги столкнулись в той или иной ситуации. И уже понимаешь, какие ошибки можешь не совершить.

- Какие заболевания стали лечить с лучшими результатами?

- Первое. Аденому предстательной железы. Треть больных любого урологического стационара – с этим заболеванием. К 50 годам она есть у 50 процентов мужчин. К 80 годам – у 80 процентов. И большинству нужно хирургическое лечение. Раньше эти операции при больших размерах аденомы делались открыто: разрезы, трубки. Многим пациентам отказывали в операции потому, что для ее проведения нужен был тяжелый наркоз. Сейчас мы делаем эти операции с лазерными технологиями. Пациент находится в стационаре два, максимум три дня. Можно вообще-то отпускать и на первый день после операции. Мы держим два, учитывая менталитет пациентов, – если операция прошла, как же не полежать в больнице.
Никаких разрезов, все проходит под легкой спинальной анестезией.
На первом месте среди онкологических заболеваний у мужчин рак простаты. Мы ушли от открытых радикальных операций, одним из итогов которых было подтекание мочи и нарушение половой функции. Используем робот Да Винчи. Он позволяет без больших разрезов максимально быстро приводить человека в порядок. Многим удается сохранить потенцию. Таких операций мы теперь проводим по три в день!
У нас большинство операций малоинвазивные, то есть мы минимально травмируем ткани. Оборудование позволяет определять, где конкретно в простате есть рак. И сейчас мы лечим не всю простату, а только ту точку, где есть опухоль. Используем нанонож. Используем крио – замораживаем этот участок. Используем обучение, когда вводится источник радиоактивного излучения, который разрушает только опухоль.
Или операции при раке почки. Раньше ее удаляли целиком. И делали это через большой разрез. Теперь открытых операций только 0,5 процента. В основном все делается лапароскопически через небольшой разрез. И мы не удаляем почку целиком.
По поводу камней в почках тоже нет открытых операций. Заходим через небольшой разрез устройством диаметром со стержень шариковой ручки, лазером дробим камни и убираем.

РАК НЕ ПРОЙДЕТ

- Дальнейшие планы вашего института, клиники, университета?

- Глобальная задача - борьба с онкологическими заболеваниями. Постараться выявить рак на самом раннем этапе. Для этого в университете запущена большая научная Программа по поиску новых онкомаркеров. Вторая задача - научиться не просто избавлять пациента от онкологии, а при этом сохранять ему высокое качество жизни. Мы первыми у нас в стране запустили клинический протокол по фокальной (прицельной) терапии рака простаты - фокальный нанонож. Мы лечим не всю простату, а только поражённый раком участок. Уже сейчас мы получаем оптимистичные результаты, но чтобы делать окончательные выводы должно пройти ещё время.
В этом году в Сеченовке вместе с нашими партнерами-лазерщиками по инициативе ректора мы открыли лазерную лабораторию. Теперь есть где проводить эксперименты на различных лазерных установках. Подбирать режимы, новые виды лазерного излучения. Проводить исследования по новому использованию уже существующих лазеров.
На мировом конгрессе в Париже у нас было пять докладов по физике лазера. Когда физик приходит к врачу и рассказывает, как работает лазер, врач обычно его не понимает. А вот когда врач рассказывает это же самое врачу, это доходит. Обычно лазер привозят в больницу, и врач начинает на нем работать не очень понимая, что у того внутри, как он работает. Мы взяли на себя ответственность донести до наших и зарубежных врачей как работает лазер, почему. И мы видим, что такая информация коллегам нужна, интересна.

- То есть вы еще взялись учить весь мир. А как дальше будет развиваться институт?

- В этом году я поеду в венский медицинский университет читать лекцию. Впервые российский врач будет выступать перед студентами. А в марте следующего года европейский конгресс урологов должен пройти в Барселоне. Мы готовимся его штурмовать.

Источник - https://www.kirov.kp.ru/

В поисках путей дальнейшего совершенствования компьютерной памяти физики пытаются научиться контролировать спин электронов. Обычно для этого используются сверхкороткие импульсы лазера. Необходимой предпосылкой для спинового контроля является умение управлять силами, воздействующими на эти электронные спины.
В недавней статье, опубликованной Европейским физическим журналом (EPJ B), группа сотрудников Института микроструктурной физики имени Макса Планка в Галле (Германия), представила новый теоретический аппарат для прогнозирования сложной спиновой динамики при облучении материала лазерными импульсами длительностью менее 100 фемтосекунд.
Джон Кай Девхерст (John Kay Dewhurst) и остальные авторы работы изучали воздействие оптических импульсов на внутреннее вращение спинов в кобальте, никеле и в сочетании этих металлов с платиной. Все три этих металла часто используются в устройствах спинтроники.
В отличие от предыдущих исследований, в этот раз учёные не требовали выравнивания магнитного момента относительно генерирующих его внутренних полей и учитывали вклад вращения спина в спиновую динамику.
Такой подход значительно расширяет спектр магнитных материалов, к которым применим этот метод. Авторы обнаружили, что эффект вращения спина нужно учитывать только если энергия магнитной анизотропии мала — это справедливо для высокосимметричных материалов, таких как объёмные металлы с кубической структурой.

Источник - http://www.nanonewsnet.ru/

Среди нобелевских лауреатов по физике насчитывается теперь 206 мужчин и всего три женщины, одна из которых канадская исследовательница Донна Стрикленд, уроженка г. Гуэлф, что на юге провинции Онтарио. Свою первую степень бакалавра она получила в Университете МакМастерса в г. Гамильтон, после чего поступила в Университет Рочестера (США). Там ее жизненные и научные пути пересеклись с энергичным и талантливым французом Жераром Муру, родившимся 22 июня 1944 года и окончившим в 23 года Университет Гренобля. Там же еще через шесть лет Муру защитил диссертацию, после чего прошел годичную стажировку в Калифорнийском университете Сан-Диего. В 1977 году Муру стал сотрудником Университета Рочестера, где его помощницей была Донна, работавшая под его руководством над своей диссертацией.
Похоже, что именно она и предложила решение проблемы, мучившей лазерщиков, поскольку в их совместной работе «Сжатие (компрессия) усиленных оптических импульсов», опубликованной 1 декабря 1985 года в малоизвестном журнале Optics Communications, ее имя стояло на первом месте. Суть проблемы заключалась в невозможности усиливать лазерные импульсы в силу того, что возрастающая их мощность грозила разрушением усилителей-амплификаторов.
Донна Стрикленд использовала преимущество появившегося незадолго до этого оптоволокна, с помощью которого применила метод усиления радиолокационных импульсов. Метод авторы назвали «щебетание» (chirp), поскольку щебет птиц имеет перепады по высоте тона и соответственно частотам пения. В радиолокации усиление сигнала достигается с помощью «фрагментирующих», или дифракционных, решеток, что было использовано для первоначального растягивания световых импульсов. После этого отдельные их частоты усиливались раздельно. Последующее сжатие-компрессия позволило получить первые световые импульсы продолжительностью не более пикосекунды (10–12 с). Сегодня на фоне современных амплификаторов, с помощью которых получают фемто- и аттосекундные световые импульсы (10–15 и 10–18 с соответственно), это выглядит не столь впечатляюще.
После десяти лет, проведенных в Рочестере, Муру перебрался в университет соседнего штата Мичиган, а в 2004 году вернулся в Париж. Через четыре года он был избран иностранным членом Российской академии наук, а затем получил грант в Нижегородском университете.
В Южной Корее испытывается сверхмощный лазер мощностью 4 петаватта (4 х 1015 Ватт), а в Китае хотят построить «станцию» в 100 петаватт. Ее импульсы смогут «пробивать» вакуум, разделяя пары частица–античастица. Исследователи, работающие на Гамбургском рентгеновском лазере на ускоренных электронах, в день присуждения премии сообщили о получении 3D-структуры с атомным разрешением микробного фермента, разрушающего пенициллин. Вполне возможно, что со временем одна из Нобелевских премий будет присуждена создателям средств против бактериальной устойчивости к антибиотикам, грозящей всему человечеству.
Отец самого возрастного на сегодня лауреата прибыл к берегам американской мечты из Одессы. По другую сторону океана его записали «Ашкенази», что породило фамилию Эшкин (Ashkin). Младшего сына он назвал в память о легендарном короле Артуре, заседавшем со своими рыцарями вокруг Круглого стола. Оба его сына бредили наукой, и старший оказался среди разработчиков ядерного Манхэттенского проекта во главе с Энрико Ферми. Секреты этого проекта немец Фукс в свое время передал союзникам по борьбе с фашизмом.
Созданный Чарльзом Таунсом световой амплификатор, названный сокращенно лазером, своими возможностями захватил воображение не слишком-то молодого на тот момент Артура Эшкина. Первая его статья, посвященная описанию подвешивания (левитации) капелек жидкости с помощью радиационного давления лазерного луча, была опубликована в 1975 году. Через пять лет престижный журнал Science дал его большой обзор о приложениях «лучистого» давления.
Эшкин много работал, о чем свидетельствуют чуть ли не полсотни выданных ему патентов. Его имя связывают с оптическим пинцетом (tweezer), представляющим собой «вазу» лазерного излучения с утоньшенной серединой (что можно сравнить с песочными часами). Увлекшийся модной тогда молекулярной биологией, Эшкин пытался решить задачу удержания молекулы ДНК, прикрепленной одним из концов к поверхности пластиковой бусинки. Действие электрического поля поляризовало ее поверхность, и изобретатель увидел, что поляризация увлекает частицу к центральной оси лазерного пучка, где его мощность максимальна.
Оказалось, что кроме частиц оптическая ловушка позволяет удерживать вирусные частицы и даже бактериальные клетки, а затем с помощью светового пинцета стали передвигать атомы. В марте 1987 года Science опубликовал его статью «Оптическое улавливание и манипуляция вирусами и бактериями».
Артур Эшкин долгие годы работал в одной из ведущих электро- и электронных компаний, но в конце концов вышел на заслуженный отдых и проживает в одном из городков штата Нью-Джерси, что через Гудзон от Манхэттена. Там его, 96-летнего, и застало сообщение о премии…

Источник - http://www.ng.ru/

Россия уплатит целевой взнос в размере 185,9 млн евро на строительство и эксплуатацию установки Европейского рентгеновского лазера на свободных электронах (XFEL).

Соответствующее распоряжение подписал премьер РФ Дмитрий Медведев. Согласно документу, взнос России в компанию с ограниченной ответственностью "Установка Европейский рентгеновский лазер на свободных электронах ГмбХ" с 2018 по 2022 годы составит 185 млн 876 тыс. евро, в том числе в 2018 году - свыше 46,9 млн евро (включая задолженность за 2017 год в размере 15,69 млн евро). В 2019 году Россия направит на эксплуатацию установки более 31 млн евро, в 2020 году свыше 34 млн евро, в 2021 году свыше 35 млн евро, в 2022 году 36,8 млн евро. С 2023 года взносы будут также осуществляться ежегодно в соответствии с обязательствами РФ по конвенции о строительстве и эксплуатации XFEL. Взнос поручено внести Национальному исследовательскому центру "Курчатовский институт" из средств федерального бюджета.

Установка, эксплуатация которой началась в 2017 году, позволяет проводить научные исследования в областях физики твердого тела, геофизики, химии, материаловедения, медицины, структурной микробиологии.

В соответствии с подписанным распоряжением, ежегодный взнос России пойдет на эксплуатационные расходы установки.
"Принятое решение позволит российским ученым как полноправным участникам международной кооперации в физических, химических, материаловедческих, биомедицинских исследованиях участвовать в проведении экспериментальных исследованиях с использованием установки, применять свои разработки, в частности, новые источники синхротронного излучения, иметь доступ к самым передовым технологиям", - говорится в справке к распоряжению на сайте правительства.
Ранее о подписании распоряжения Медведев сообщил на встрече с президентом Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" Михаилом Ковальчуком, отметив, что речь идет об участии Курчатовского института в этом проекте на период с 2018 по 2022 год и "с разбивкой по годам соответствующие ассигнования в бюджете предусмотрены".
Глава правительства подчеркнул, что этот шаг обеспечит полноценное участие России в данном проекте. "Это на самом деле важно, чтобы мы не рассматривались в качестве каких-то нахлебников, бедных родственников", - сказал он.
Ковальчук в свою очередь назвал это решение правительства РФ эпохальным. "Это эпохальное действие, потому что мы стали частью международного ландшафта в соответствии с решением правительства. XFEL, Европейский центр синхротронного излучения (ESRF), Европейский центр по исследованию ионов и антипротонов (FAIR) в Германии, Международный термоядерный экспериментальный реактор (ИТЭР) на юге Франции - мы там стали полномасштабными партнерами", - подчеркнул президент Курчатовского института.

Источник - https://www.interfax.ru/

В новой статье, опубликованной журналом Nature Photonics, исследовательская группа Тобиаса Киппенберга (Tobias J. Kippenberg) из Федеральной Политехнической Школы Лозанны (EPFL) вместе с группой из Российского Квантового Центра, которую возглавлял Михаил Городецкий, описали разработанный ими новый, значительно более простой, чем прежние, метод генерирования многочисленных частотных гребёнок для таких приложений, как дистанционные измерения или сверхскоростная оцифровка.
Их технология использует для создания оптических частотных гребёнок миниатюрные устройства, называемые оптическими микрорезонаторами. Это устраняет необходимость в применении нескольких импульсных лазеров и сложных активных электронных схем для их синхронизации.
Микрорезонатор представляет собой кристаллический диск диаметром несколько миллиметров, который захватывает свет всего одного непрерывного лазера и преобразует его (благодаря нелинейным свойствам материала) в сверхкороткие импульсы — солитоны. Такие уединённые волны циркулируют в диске с частотой 12 миллиардов раз в секунду (12 ГГц). На каждом обороте часть солитонов покидает резонатор, порождая поток исходящих оптических импульсов.
Кроме того, использовавшееся исследователями устройство позволяло свету путешествовать внутри диска по разным траекториям, т.е. поддерживало множественные пространственные моды резонатора. Благодаря этому одновременно можно было получать несколько различных солитонных состояний, и авторы смогли параллельно генерировать до трёх частотных гребёнок.
Этот принцип работы аналогичен пространственному мультиплексированию, широко используемому в оптоволоконных коммуникациях: информация посылается параллельно в нескольких пространственных модах мультимодового оптоволокна.
Продемонстрированная авторами дешёвая и доступная технология легко может интегрироваться с элементами фотоники и с кремнёвыми микрочипами, что сделает интегрированные спектрометры или лазерные радары для самоуправляемых автомобилей гораздо более доступными, чем сейчас.

Источник - http://www.nanonewsnet.ru/

Китай занимается разработкой лазерной системы, которая позволит обнаруживать и опознавать подводные лодки прямо с орбиты, пишет австрийский Contra Magazin. Лазерное оборудование должно размещаться на спутниках и служить для наблюдения за субмаринами вблизи китайских берегов. США и Россия тоже работают над созданием подобных технологий, однако до сих пор не преуспели в этой сфере, отмечает издание.
Китайские военные разрабатывают лазерную систему, которая должна выслеживать подводные лодки с помощью лазера прямо с орбиты, сообщает австрийский Contra Magazin. США и России это до сих пор не удалось — справятся ли китайцы?
Для подводных лодок, которые идут на не слишком большой глубине, опасность обнаружения может повыситься — в особенности если они, например, в случае военного конфликта, приблизятся к судам враждебного флота с целью их атаковать. В особенности если их враг — Китай.
Дело в том, что китайцы сейчас разрабатывают лазерную систему, которая будет устанавливаться на спутники, и сможет прощупывать воды мирового океана и помогать в поиске иностранных подлодок, пишет автор статьи Марко Майер.
Проект Guanlan, что в переводе с китайского означает «наблюдать за большими волнами», был запущен в мае в Национальной лаборатории морских наук и технологий города Циндао, сообщается в статье. Это амбициозный проект в сфере, в которой США и Россия до сих пор не преуспели с действительно применимыми разработками.
Однако Китай хочет вести наблюдение за своими и соседствующими с ними водами — в частности, в Южно-Китайском, Восточно-Китайском, Жёлтом, Японском и Филиппинском морях — и благодаря этому обнаруживать субмарины других государств. Поэтому учёные сейчас ведут работу в лаборатории по проектированию спутников, в то время как лазеры и другие составные компоненты разрабатываются в двадцати различных исследовательских институтах и университетах по всему Китаю. С помощью такого распределения китайские власти, среди прочего, рассчитывают предотвратить передачу завершённой технологии враждебным государством путём шпионажа.
Как отмечает издание, на протяжении нескольких десятилетий разные страны по всему миру пытаются разработать прибор для обнаружения и опознавания подводных лодок при помощи технологии LIDAR, что подразумевает обнаружение, идентификацию и определение дальности объектов с помощью света. Как у США, так и у России есть техника, позволяющая распознавать подводные лодки на глубине 300 футов от поверхности. Но этого недостаточно, потому что у большинства великих держав есть подлодки, которые могут опускаться на глубину 1600 футов.
Недавно НАСА и Управление перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США профинансировали проекты, нацеленные на обнаружение подводных лодок на уровне до 180 метров под поверхностью воды, однако это ещё далеко от целевой глубины в 500 метров. Лазеры, которые смогут проникать на глубину 500 метров, остаются мечтой для крупных сверхдержав — и теперь Китай пытается воплотить её в жизнь, пишет Contra Magazin.

Источник - https://russian.rt.com

Последние открытия ученых-оптиков, исследующих поляризацию света, дают немыслимые возможности для познания природы, создания лазерной и медицинской техники завтрашнего дня.
В ЮУрГУ запущен масштабный научный проект «Спин-орбитальное взаимодействие света для фотоники будущего». Это и стало главной темой нашего разговора с одним из первооткрывателей новых оптических эффектов Наталией Кундиковой, доктором физико-математических наук, профессором, деканом физического факультета ЮУрГУ, лауреатом премии Галилео Галилея за исследования в области физической оптики.

Оптоэффект Магнуса

— Что такое поляризация света? Каков ее физический смысл?
— Свет — это электромагнитная волна, и при распространении кончик электрического вектора волны может либо двигаться по прямой (линейная поляризация), либо описывать окружность. Свет можно рассматривать и как волны, и как поток фотонов. Для понимания этих процессов рассмотрим очень грубую механическую аналогию и представим, что фотон — это шарик, который вращается вокруг собственной оси. В механике известно, что такой шарик будет двигаться не по прямой, а отклоняться от прямолинейного распространения, причем направление отклонения зависит от того, в каком направлении он вращается. Так и фотоны с разной циркулярной поляризацией отклонятся при движении в разные стороны. Это один из эффектов спин-орбитального взаимодействия света, или взаимовлияния его поляризации и направления распространения, который был назван оптическим эффектом Магнуса.
Поляризация света проявляется и просто при его отражении. Из школьного курса физики всем известно, что угол отражения равен углу падения. Но когда мы начинаем рассматривать отражение света в субволновом масштабе, то оказывается, что угол отражения может не равняться углу падения, а его величина зависит от поляризации и от того, от какой поверхности свет отражается.

— Ваши исследования возникли не на пустом месте? От чего вы оттолкнулись в изучении этих явлений?
— В квантовой физике поляризации и траектории светового пучка соответствуют спиновый и внешний орбитальный угловой моменты фотонов. В начале прошлого века начались отдельные исследования влияния поляризации на направление распространения света и траектории на поляризацию.
Добавлю, что такие исследования велись разными группами ученых независимо друг от друга и никто эти эффекты не рассматривал как взаимообратные. И только в 1991 году после экспериментального обнаружения сотрудниками лаборатории нелинейной оптики под руководством члена-корреспондента РАН Бориса Зельдовича оптического эффекта Магнуса был впервые введен в научную лексику термин «спин-орбитальное взаимодействие фотона (света)».

Лазерный пинцет

— Могут ли эти свойства света найти практическое применение?
— Недавно на основе оптического эффекта Магнуса сделано устройство, позволяющее поворачивать плоскость поляризации. Таких систем в традиционной оптике много, но настолько миниатюрный захват размером всего в несколько микрон, на мой взгляд, уникален: он был изготовлен на основе эффекта влияния траектории на поляризацию. Такие устройства как раз и могут найти применение в фотонике — области оптики, которая работает на уровне субмикронных масштабов. Циркулярную поляризацию можно использовать для вращения микрочастиц.

— А как это работает? И где оптический захват может стать незаменимым инструментом исследователя — например, в науке для познания микромира, медицине, других сферах нашей жизни?
— Устройства, которые позволяют захватить микрочастицу, называются лазерными пинцетами, а если лазерный пучок еще и циркулярно поляризован, то захваченная частица будет вращаться вокруг собственной оси. Такие лазерные пинцеты можно использовать для медицинской диагностики, для исследования свойств биологических жидкостей.

Бег по кругу

— А может ли и спин-орбитальное взаимодействие послужить созданию техники будущего?
— Конечно же, так и будет! Однако сейчас можно говорить не о самом явлении спин-орбитального взаимодействия света, а о тех наработках, которые сопутствовали исследованию оптических эффектов. И одна из главных точек приложения этих наработок — медицина. Наша соотечественница Татьяна Новикова, которая руководит оптической лабораторией в высшей школе «Эколь политекник» в Париже, занимается использованием поляризации света для визуализации раковых опухолей. В лаборатории создана мобильная установка, которая работает в госпитале во время операций. Поляризованное излучение от здоровой и пораженной поверхности кожи или слизистой оболочки рассеивается по-разному, и по структуре «картинки» можно судить об очагах поражения.
Французские оптики пока используют традиционные лазеры с поляризованным излучением. Совместно с коллегами из «Эколь политекник» мы думаем о том, можно ли применять излучение с внутренним орбитальным угловым моментом — так называемые пучки-баранки с особым волновым фронтом. У нас уже есть опыт работы со световыми «баранками», и мы с учеными из Франции будем продолжать совместные исследования. Возможно, такие пучки в перспективе будут применять для ранней диагностики онкологических заболеваний.

— Что представляют собой эти «баранки»? И как еще их можно заставить работать?
— Лазерный луч, отражаясь от плоской поверхности, формирует структурированное излучение, как бы состоящее из отдельных зерен света. А между ними есть темные места — «дырки» со спиральным волновым фронтом. Если такой сфокусированной «баранкой» захватить частицу, то она уже будет не вращаться вокруг собственной оси, а бегать по кругу! И это всего-навсего влияние давления света.

— А будет ли у ваших исследований свое продолжение? Как разгадать еще не познанные тайны света?
— Нами предсказаны три новых эффекта спин-орбитального взаимодействия света. Пока мы смогли экспериментально доказать влияние поляризации и траектории света на внутреннюю структуру пучка. То есть два угловых момента влияют на третий, а значит, изменяя их, можно влиять на структуру излучения! Можно предположить, что траектория и внутренняя структура света, в свою очередь, влияют на поляризацию. Но это только гипотеза. Необходимо смоделировать поведение света, понять, в каких условиях этот эффект может проявляться, и конечно же, исследовать экспериментально.
Результаты наших новых исследований будут озвучены на международных конференциях, которые пройдут в Нидерландах и Франции в октябре этого года.

Источник - https://up74.ru/

Российские ученые смогли добиться сверхфокусировки излучения полупроводникового лазера за счет самоинтерференции его луча. Они смогли использовать такой луч как оптический пинцет, чтобы перемещать микроскопические объекты. Статья с результатами исследования опубликована в Scientific Reports.
По сравнению с другими типами полупроводниковые лазеры эффективнее, компактнее и дешевле. Однако у них есть и недостатки: луч мощного полупроводникового лазера, например, плохо фокусируется. В результате площадь фокусного «пятна» получается на один-два порядка больше теоретического предела. Из-за этого страдает плотность мощности, что мешает использовать полупроводниковые лазеры для обработки материалов.
В новой работе ученые предложили способ устранить этот недостаток. Для этого нужно создать так называемый пучок Бесселя, в котором мощность излучения остается постоянной по ходу его распространения. Чтобы создать пучок Бесселя, лазерный луч нужно направить в специальную коническую линзу. Такая линза фокусирует лазерное излучение за счет того, что «заставляет» его составляющие («моды») интерферировать сами с собой. Из-за этого поперечный размер лазерного пятна в фокусе приближается к теоретическому пределу, а протяженность фокуса увеличивается.
Чтобы подтвердить, что эту идею можно реализовать, ученые провели эксперимент. Они направляли луч лазера в волновод — оптическое волокно, на выходе из которого располагалась коническая линза. Физики тестировали два ее варианта: с углами при вершине конуса в 140° и 160° и радиусом скругления вершины менее 10 микрометров. Первая линза смогла сфокусировать луч лазера до размеров в 2-4 микрометра в поперечнике при длине распространения волны около 20 микрометров. Этот результат почти на порядок меньше того, чего можно добиться с помощью «идеальной» сферической линзы.
Вторую линзу ученые использовали в качестве своеобразного оптического пинцета для манипуляций с красными кровяными клетками крысы (средний размер таких клеток — 5-6 мкм). Они смогли захватывать эти клетки и переносить их на значительные расстояния.
«В более ранних работах мы показывали, что можно создать пучок Бесселя, даже используя полупроводниковый лазер с очень плохими спектральными характеристиками и даже светодиод, — поясняет первый автор работы, сотрудник ФТИ имени А.Ф. Иоффе Григорий Соколовский. — В этой работе нам удалось показать, что можно создать пучок Бесселя даже из лазерного луча с очень плохими пространственными характеристиками, а это открывает новые возможности для использования мощных полупроводниковых лазеров».
Источник - https://indicator.ru/

Специалисты международной коллаборации El Tintal Archaeological Project, которые занимаются поиском следов цивилизации майя, сообщили о невероятных находках. Более 60 тысяч древних майянских построек – от огромных пирамид до отдельных домов – скрывались под густым лесным куполом в Гватемале.
По словам авторов работы, новые находки помогут больше узнать о методах ведения сельского хозяйства, инфраструктуре, политических и экономических особенностях исчезнувшей цивилизации.
Гвательмальские джунгли – не самый удобный для проведения экспедиций регион. Изучать эту местность и тем более вести раскопки в них довольно сложно. Поэтому для поиска новых данных археологи решили использовать иные методы. В частности, они обследовали местность при помощи лидара. Эта технология позволяет получать данные о тех или иных объектах удалённо, с помощью активных оптических систем, использующих явления поглощения и рассеяния света.
По принципу действия технология похожа на радар, но вместо радиоволн аппарат посылает световые волны. Они проходят сквозь воздух, но отскакивают от твёрдых поверхностей, в данном случае – остатков стен или камней. Возвращённые волны улавливает высокочувствительный приёмник.
"Атмосферные" лидары способны определять расстояние до непрозрачных отражающих целей, а на основе полученных данных создаются двумерные или трёхмерные картины обследуемого пространства.
В ходе работы учёные провели аэрофотосъёмку 12 районов общей площадью более 2100 квадратных километров в регионе Эль-Петен на севере Гватемалы. На каждый квадратный метр лидар посылал 15 лазерных импульсов.
"Поскольку лидарная технология способна "пробивать" густой лесной покров и отображать объекты на поверхности Земли, её можно использовать для создания наземных карт, которые позволят нам идентифицировать созданные человеком объекты на земле, такие как стены, дороги или здания", — поясняет ведущий автор работы Марcеллу Кануту (Marcello Canuto) из Тулейнского университета в США.
В результате его команда обнаружила следы сельских и городских майянских поселений, отдельных домов, больших дворцов, церемониальных центров и пирамид. Общее число выявленных лидаром объектов составило 61480.
По примерным подсчётам, в исследуемой низменности в период с 650 до 800 года нашей эры проживало от 7 до 11 миллионов человек.
"Мы все были унижены. Мы работаем в этой области уже более века, это не terra incognita (неизвестная земля – прим.ред.). Мы все увидели это и осознали: О, ничего себе, мы пропустили это!", — делится впечатлениями от открытия Кануту.
Оценив масштаб найденных поселений, исследователи предположили, что их жители должны были приложить немало усилий для развития сельского хозяйства. Поэтому Кануту и его коллеги не удивились, когда данные лидара показали, что большая часть водно-болотных угодий в этих районах была сильно модифицирована.
В целом для сельского хозяйства было отведено более 1300 квадратных километров.
Также исследователи обнаружили, что дорожные сети в городах, деревнях и между ними занимали почти 110 квадратных километров. Для некоторых дорог древние жители строили укрепления. Эта находка выявила связи между городскими центрами и менее крупными поселениями.
Кроме того, лидар помог обнаружить оборонительные укрепления в западной части, что доказывает готовность майя к возможным атакам.
"Террасы и оросительные каналы, водохранилища, укрепления и дамбы показывают удивительное количество модификаций, сделанных майя по всему ландшафту, в масштабах, которые ранее были невообразимыми", — признаётся соавтор работы археолог Франсиско Эстрада-Бельи (Francisco Estrada-Belli).
Эксперты по изучению майянской цивилизации, не принимавшие участие в этой работе, уже назвали её откровением, а масштабы новой информации – беспрецедентными.
"Одна из самых интересных структур – небольшой комплекс пирамид прямо в центре города Тикаль. Хотя мы всё ещё мало знаем об этой структуре, тот факт, что лидар открыл новую пирамиду в одном из самых тщательно исследуемых городов, невероятный, он подчёркивает мощность этой технологии", — отметил соавтор работы Томас Гаррисон (Thomas Garrison) в интервью сайту Gizmodo.
Полученные данные подтверждают более ранние предположения о том, что общество майя было более развито в технологическом смысле и имело гораздо более сложную инфраструктуру, чем считалось, говорят историки.
Впрочем, несмотря на то, что лидарная технология выявила так много ранее неизвестных объектов, археологи продолжают рассматривать её как дополнение традиционным методам и ни в коем случае не их замену (к слову, следы майянской культуры скрываются ещё и под водой).
Более подробно о громком открытии рассказывается в статье, которая была опубликована в журнале Science. Интерпретация данных и дальнейшие исследования позволят составить более подробную картину жизни легендарного народа, заключают учёные.

Источник - https://www.vesti.ru/

Исследователи из Физико-технического института им. А.Ф. Иоффе РАН совместно с коллегами из других научных организаций России, Германии, Швеции и Японии научились менять намагниченность диэлектрика сверхкороткими лазерными импульсами. За счет этого им удалось снизить время изменения намагниченности до всего лишь одной пикосекунды (триллионной доли секунды). Это в 100 раз быстрее, чем считалось возможным ранее. Подобные процессы в перспективе позволят создать быстродействующие магнитные системы накопления и обработки информации. Соответствующая статья опубликована в Science Advances. Работа поддержана грантом Российского научного фонда.
В современной электронике уже давно и успешно используют металлы с магнитными свойствами. Среди прочих их качеств — способность быстро изменять намагниченность под действием нагрева от фемтосекундных лазеров (длина их импульса — одна квадриллионная секунды). Это свойство можно использовать для сверхбыстрого управления намагниченностью, в том числе для создания новых высокоскоростных систем записи и обработки информации. А вот в магнитных диэлектриках лазерный нагрев распространяется намного слабее, и поэтому в норме намагниченность под действием лазерных импульсов изменяется достаточно медленно. Данный факт заставлял считать магнитные диэлектрики бесперспективными для сверхбыстрых систем управления данными.
Авторы новой работы нашли способ изменять намагниченность магнитных диэлектриков с очень высокой скоростью. Они облучали тонкопленочный оксид иттрия и железа (YIG), весьма популярный как модельный материал для исследований электронных свойств диэлектриков. Затем полученный образец облучали сверхкороткими терагерцевыми (с длиной волны между инфракрасным излучением и СВЧ-излучением) лазерными импульсами. Для регистрации изменений намагниченности через образец параллельно пропускали второй лазерный луч с длиной волны видимого диапазона. Поляризация фотонов, проходивших через пленку, изменялась под действием колебаний магнитного состояния материала, что и позволило выявить и замерить скорость последних. Созданное терагерцевыми импульсами возмущение кристаллической решетки материала передавалось спиновой подсистеме, изменяя направление «вращения» отдельных атомов и тем самым меняя ориентацию магнитных моментов отдельных атомов материала.
Существующие на сегодня модели процессов в магнитных диэлектриках не описывали подобные явления. Для объяснения результатов своего эксперимента ученые разработали новую математическую модель наблюдавшихся ими процессов. Благодаря ей удалось продемонстрировать, что сверхкороткие терагерцовые импульсы вызывают такие колебания кристаллической решетки оксида иттрия и железа, которые меняют взаимодействия между атомами с магнитными свойствами. Это приводит к смене их ориентации друг относительно друга, что и вызывает изменение намагниченности материала в целом.
Новый эксперимент и математическая модель, созданная на его основе, впервые показали, что в подобных материалах возможна сверхбыстрая магнитная динамика. Таким образом, магнитные диэлектрики могут иметь большой потенциал в той области электроники, где ранее они считались неприменимыми.

Источник - http://rscf.ru/

Страница 1 из 9

Поиск