Лазерно-измерительная лаборатория (ЛИЛ) ведет свою историю от сектора бесконтактной диагностики (1980-1988 годы, зав. сектором А.Н. Малов). С 1988 года со дня организация лаборатории до ее объединения в 2008 году с лабораторией моделирования и автоматизации лазерных систем ЛИЛ возглавлял доктор физико-математических наук Владимир Геннадиевич Волостников.

Основное научное направление лаборатории - анализ и синтез когерентных световых полей для различных задач лазерной технологии и метрологии.

• Разработана теория оптики спиральных пучков — световых пучков, сохраняющих свою заранее заданную поперечную структуру при распространении с точностью до масштаба и вращения.
• Экспериментально реализован ряд спиральных пучков с поперечным распределением интенсивности в виде кольца, треугольника и других геометрических фигур.
• Исследуются методы вне- и внутрирезонаторного формирования спиральных лазерных пучков с различными параметрами вращения;

• Для целей астигматического преобразования гауссовых пучков разработана управляемая цилиндрическая линза на основе ЖК-модулятора;
• Теоретически и экспериментально исследуются методы микроманипуляции посредством лазерных пучков с фазовыми сингулярностями.

• Получены точные явные формулы, связывающие интенсивность и фазу одномерного когерентного монохроматического поля в зоне Френеля. Проведено исследование метода восстановления поля по измерениям интенсивности, основанного на полученных теоретических результатах, в численном и натурном эксперименте.
  
• Исследована связь между интенсивностью и фазой двумерного когерентного монохроматического поля в зоне Френеля. Установлено, что векторное поле потока световой энергии состоит в общем случае из потенциальной и вихревой компонент. Для безвихревых полей получены явные формулы связи между фазой и интенсивностью в зоне Френеля. Показано, что для вихревой компоненты справедливо условие сохранения: интеграл от проекции ротора вектора потока световой энергии равен нулю на любой плоскости l=const в зоне Френеля. Выявлена связь между вихревой компонентой и дислокациями волнового фронта. На основании проведенных исследований предложено семейство новых оптических элементов, названных вихревыми аксиконами, для фокусировки излучения в кольцо.
  
  

Обычный и вихревой аксиконы

• Найдена связь между распределениями фазы и интенсивности двумерного когерентного монохроматического поля как функция параметров формирующей оптической системы. На основании полученных результатов создана система оперативного анализа световых полей (датчик волнового фронта).
  
• Показана возможность осуществления посредством астигматической оптики ряда известных преобразований, применяемых в обработке информации (Габора, операции аналитического продолжения).
  
• Теоретически найдено и экспериментально реализовано взаимное преобразование пучков с разными типами симметрии — пучков Эрмита-Гаусса и пучков Лагерра-Гаусса посредством астигматической оптики. Установлено общее свойство световых полей, структурно устойчивых по интенсивности к астигматическим воздействиям: поле, устойчивое к воздействию вида ψ(x,y) = x² – y² преобразуется в радиально-симметричное по интенсивности поле при астигматическом воздействии вида ψ(x,y) = 2xy.
  
• Теоретически найден и реализован экспериментально параметрический класс световых полей — обобщенных пучков Эрмита-Лагерра-Гаусса, описываемый полной системой ортогональных функций, зависящих от параметра, причем пучки Эрмита-Гаусса и пучки Лагерра-Гаусса являются его частными представителями.
  
  

Пучки Эрмита-Лагерра-Гаусса

• Найдены новые лазерные пучки, названные спиральными, которые сохраняют структуру своей интенсивности при распространении и фокусировке с точностью до масштаба и вращения. Показано, что данные пучки могут быть модами специфических резонаторов с вращением поля. Экспериментально реализован лазер с таким резонатором и получены пучки с различными параметрами вращения при распространении. Выявлено соответствие спиральных пучков волновым функциям заряженной частицы в однородном магнитном поле.
  
  

Спиральные моды лазера с вращением поля

• Теоретически обоснована и экспериментально показана возможность синтеза световых полей с заданными пространственными характеристиками и сохраняющих свою структуру при распространении и фокусировке. Найден класс лазерных пучков, распределение интенсивности которых имеет форму произвольной плоской линии. Разработаны основы оптики таких пучков. Обнаружено, что пучки обладающие формой замкнутой кривой подчиняются своебразному закону квантования: площадь области, ограниченной соответствующей кривой, может принимать только дискретный набор значений. Показано, что количество изолированных нулей интенсивности таких пучков внутри области, ограниченной кривой, определяется только ее площадью, но не ее формой.
  
  
• На основе полученных закономерностей преобразования пучков Лагерра-Гаусса в пучки Эрмита-Гаусса разработан метод синтеза лазерных пучков в форме произвольной линии посредством одномерных амплитудно-фазовых элементов.
  
  

Интенсивности и фазы спиральных пучков и их экспериментальная реализация

1. E.Abramochkin and V.Volostnikov. Two-dimensional phase problem: differential approach // Optics Comm., 1989, v.74, N 3-4, pp.139-143. 45 Kb
   
2. E.Abramochkin and V.Volostnikov. Relationship between two-dimensional intensity and phase in a Fresnel diffraction zone // Optics Comm., 1989, v.74, N 3-4, pp.144-148. 64 Kb
   
3. E.Abramochkin and V.Volostnikov. Beam transformations and nontransformed beams // Optics Comm., 1991, v.83, N 1-2, pp.123-135. 285 Kb
   
4. E.Abramochkin and V.Volostnikov. Spiral-type beams // Optics Comm., 1993, v.102, N 3-4, pp.336-350. 271 Kb
   
5. E.Abramochkin and V.Volostnikov. Spiral-type beams: optical and quantum aspects // Optics Comm., 1996, v.125, pp.302-323. 520 Kb
   
6. E.Abramochkin, N.Losevsky and V.Volostnikov. Generation of spiral-type laser beams // Optics Comm., 1997, v.141, pp.59-64. 119 Kb
   
7. E.Abramochkin, V.Volostnikov. Structurally stable singular wavefields // Proc. of SPIE, 1998, v.3487, pp.20-28. 141 Kb
   
8. M.Loktev, V.Volostnikov. Singular wavefields and phase retrieval problem // Proc. of SPIE, 1998, v.3487, pp.141-147. 109 Kb
   
9. M.Loktev, N.Losevsky, V.Volostnikov. Beam synthesis with predetermined intensity // Proc. of SPIE, 1998, v.3487, pp.123-129.
   
10. В.Г.Волостников, М.Ю.Локтев. Новый метод восстановления одномерных полей // Опт. и спектр., 1999, т.86, N 1, с.80-84.
    
11. Е.Г.Абрамочкин, В.Г.Волостников. Спиральные пучки света — новый объект когерентной оптики // Известия Самарского научного центра РАН, 1999, N 2, с.247-254. 252 Kb
    
12. E.Abramochkin, N.Losevsky, V.Volostnikov. Light beams with phase singularities in astigmatic square-law waveguides // Proc. of SPIE, 2001, v.4403, pp.189-191. 46 Kb
    
13. E.Abramochkin and V.Volostnikov. Light beams with phase singularities: some aspects of analysis and synthesis // Proc. of SPIE, 2001, v.4403, pp.44-49. 99 Kb
    
14. V.Volostnikov and E.Abramochkin. Spiral laser beams — a new object of coherent optics // Proc. of SPIE, 2001, v.4353, p.237-241. 127 Kb
    
15. Е.Г.Абрамочкин. Функции Эрмита–Лагерра–Гаусса // Вестник Самарского гос. университета, 2002, т.4, с.19-41. 273 Kb
16. E.Abramochkin, V.Volostnikov. Generalized Gaussian beams // J. of Optics A: Pure and Appl. Optics, 2004, v.6, N 5, pp.S157-S161.151Kb
    
17. Е.Г.Абрамочкин, В.Г.Волостников. Спиральные пучки света // Успехи физических наук, 2004, т.174, N 12, с.1273-1300.1945Kb
    
18. E.G. Abramochkin, V.G. Volostnikov. Spiral light beams // Uspekhi Fizicheskikh Nauk, 2004, v.47, N 12, pp.1177-1203.2269Kb