Лазерный мир

Физик Владимир Белотелов о фемтосекундном лазере, магнитной кардиографии и биосенсорах

Взаимодействие между светом и магнитным веществом было открыто английским ученым Майклом Фарадеем в середине XIX века, когда он обнаружил, что магнитное поле влияет на поляризацию света, проходящего через вещество, например вращает плоскость поляризации. И с этого момента началось становление магнитооптики. Важно отметить, что в XX веке мировыми лидерами магнитооптики являлись несколько научных групп в Советском Союзе, в Московском университете. Ряд прорывных результатов были получены, например, группой проф. Г.С. Кринчика на кафедре магнетизма физического факультета. Параллельно этому важные прикладные работы велись в группе лауреата Нобелевской премии, изобретателя лазерных технологий А.М. Прохорова. Сам я занялся исследованиями в этом направлении, еще будучи студентом кафедры физики колебаний на физическом факультете МГУ, и с этого момента меня это направление очень увлекло. Я продолжил исследования в этой области и после окончания университета. В итоге удалось создать две лаборатории. Одна из них находится здесь, в Российском квантовом центре, а вторая лаборатория находится на кафедре фотоники и физики микроволн на физическом факультете Московского государственного университета.

В нашей лаборатории мы изучаем особенности взаимодействия света с различными магнитными наноструктурами.

Исследовать то, как намагниченность влияет на свет, можно относительно простыми методами, используя источник белого света, например галогеновую лампу, и различные линзы, призмы, поляризаторы. Отраженный от образца или прошедший через него свет анализируется при помощи спектрометра. Напротив, изучать обратные магнитооптические эффекты, то есть влияние света на намагниченность наноструктуры, гораздо сложнее, и эта задача требует более дорогостоящего оборудования, в частности фемтосекундного лазера. В нашей лаборатории такой лазер есть. Это титан-сапфировый лазер, который за счет дополнительных устройств позволяет получать очень короткие импульсы света продолжительностью в десятки и сотни фемтосекунд в достаточно широком диапазоне длин волн от 400 до 1500 нанометров. В эксперименте, который называют «накачка-зондирование», на образец воздействуют мощным импульсом — накачкой, а затем наблюдают, что произошло с образом, освещая его вторым зондирующим импульсом, который существенно слабее первого.

У нас на оптическом столе собраны две установки. Одна из них как раз содержит фемтосекундный лазер, который позволяет эффективно воздействовать на магнитные свойства наноструктуры. Вторую установку мы называем установкой белого света, потому что в ней используется не лазерный источник излучения, а широкополосный источник — галогеновая лампа. В этой установке мы изучаем, как свет проходит через магнитную наноструктуру и как можно управлять его характеристиками — интенсивностью, поляризацией и фазой — с помощью магнитного поля.

Эти исследования имеют большое фундаментальное значение, поскольку позволяют лучше изучить особенности взаимодействия света с магнитными наноструктурами.

О коммерческом применении
Если говорить о магнитооптическом направлении, то можно упомянуть магнитооптическую голографию и так называемый трехмерный «imaging». Трехмерная магнитооптическая голография уже вышла за пределы лаборатории и применяется в Японии для трехмерного хранения информации.

Если говорить о плазмонном направлении, то плазмонные структуры могут быть использованы для записи информации. Сейчас компания Seagate использует плазмонные решетки для эффективной термомагнитной записи информации.

О коммерческом применении
Если говорить о магнитооптическом направлении, то можно упомянуть магнитооптическую голографию и так называемый трехмерный «imaging». Трехмерная магнитооптическая голография уже вышла за пределы лаборатории и применяется в Японии для трехмерного хранения информации.

Если говорить о плазмонном направлении, то плазмонные структуры могут быть использованы для записи информации. Сейчас компания Seagate использует плазмонные решетки для эффективной термомагнитной записи информации.

Подробнее: https://postnauka.ru/talks/31931