Кафедра общей физики и волновых процессов — взгляд в следующее тысячелетие.

 

Развитие физики и техники во всем мире в течение последних трех с половиной десятилетий проходило под сильнейшим влиянием бурного прогресса лазерной физики и нелинейной оптики — новых разделов оптической науки, обязанных своим рождением изобретению в начале 60-х годов генераторов интенсивного когерентного электромагнитного излучения оптического диапазона длин волн, или лазеров. Кафедра общей физики и волновых процессов (ОфиВП) физического факультета — это средоточие исследовательской и педагогической деятельности ученых Московского университета именно в этих «лазерных» разделах современной оптической физики.

Отечественной науке Здесь принадлежат самые выдающиеся открытия и достижения. Во всем мире известны и пользуются глубочайшим уважением имена первооткрывателей «лазерной эры», нобелевских лауреатов Н.Г.Басова и А.М.Прохорова и основателей нелинейной оптики С.А.Ахманова и Р.В.Хохлова. Именно эти выдающиеся профессора Московского университета, Сергей Алексадрович Ахманов (1929–1991) и Рем Викторович Хохлов (1926–1977) стояли у истоков кафедры: она была основана как кафедра волновых процессов в 1965 г. и реорганизована в 1978 г. с присвоением современного названия путем слияния с другой замечательной кафедрой физического факультета — общей физики для механико-математического факультета, возглавлявшейся профессором С.П.Стрелковым (1905–1974 гг.).

К моменту реорганизации в 1978 г. обе кафедры — волновых процессов и общей физики для мехмата — были очень тесно переплетены близостью профессиональных научных интересов сотрудников, общими производственно-техническими мощностями (включая общие механическую и оптическую мастерские, лабораторию изготовления многослойных оптических покрытий и зеркал) и даже «родственными связями», поскольку значительная группа сотрудников кафедры, включая ее заведующего в то время, профессора С.А.Ахманова, и дюжины научных сотрудников и преподавателей перешла несколькими годами ранее на кафедру общей физики для мехмата с кафедры волновых процессов. Непосредственной причиной объединения стала трагическая смерть (в результате альпинистской катастрофы) в 1977 г. Р.В.Хохлова — блестящего русского ученого, академика, к тому времени помимо заведования кафедрой волновых процессов занимавшего посты ректора Московского университета и вице-президента Академии наук СССР.

Профессор С.А.Ахманов, крупнейший отечественный ученый, ближайший соратник Р.В.Хохлова, разделивший с ним в 1970 г. Ленинскую премию возглавил объединенную кафедру общей физики и волновых процессов в 1978 г. и заведовал ею до 1991 г. Научные и педагогические традиции кафедры были затем подхвачены и преумножены профессором Николаем Ивановичем Коротеевым — прямым учеником С.А.Ахманова — вплоть до своей безвременной кончины в декабре 1998 г. Благодаря усилиям Р.В.Хохлова, С.А.Ахманова, Н.И.Коротеева и их ближайших коллег кафедра стала крупнейшей на радиофизическом отделении и одной из самых больших на физическом факультете МГУ. Небольшая группа ученых бывшей кафедры волновых процессов перешла на новую кафедру радиофизического отделения — кафедру квантовой радиофизики, которую возглавил другой замечательный ученый, академик Л.В.Келдыш, которого Р.В.Хохлов пригласил преподавать на кафедре еще в конце 60-х годов. Сейчас обе эти кафедры дружно расположились на соседних этажах построенного в 1980 г. Корпуса нелинейной оптики, задуманного по проекту Р.В.Хохлова и законченного уже после его смерти совместными усилиями строителей и студентов, аспирантов, научных сотрудников, преподавателей и профессоров.

История кафедры, деятельность которой устремлена в XXI век, приведена в виде временной диаграммы, которая показывает глубокие корни научных традиций кафедры (ведущих к именам многих великих отечественных ученых XIX и XX веков) и очень сильные «перекрестные» связи между кафедрой ОфиВП и другими кафедрами физического факультета Московского университета. Научная школа С.А.Ахманова и Р.В.Хохлова по лазерной физике и нелинейной оптике была признана одной из ведущих научных школ России и получила поддержку в виде гранта РФФИ (руководитель проф. Н.И.Коротеев, а с 1999 г. — проф. В.И.Шувалов).

Кафедры ОФиВП и квантовой радиофизики составляют ныне основу созданного в 1989 г. по инициативе С.А.Ахманова Международного учебно-научного лазерного центра (МЛЦ) МГУ — одного из самых крупных и авторитетных междисциплинарных подразделений Московского университета, занимающегося организацией исследований на стыках лазерной физики и других естественных наук — биологии, химии, медицины, геологии, экологии, а также переподготовкой и повышением квалификации ученых, инженеров, врачей и других специалистов в перечисленных областях, применяющих в своей работе лазерные методы и лазерные системы. Деятельность МЛЦ как бы перебрасывает мостик между фундаментальными исследованиями в области лазерной физики и нелинейной оптики, которые на самом высоком международном уровне ведут физики Московского университета, и прикладными (с точки зрения физиков) исследованиями с применениями лазерных методов в биологии, медицине, химии и в других науках, остро нуждающихся в стимулирующем воздействии со стороны авангарда современной физики. Международный характер деятельности кафедры и МЛЦ состоит в опоре на международную кооперацию при проведении научных исследований и привлечении иностранных ученых для чтения лекций, проведения семинаров со студентами, а также в привлечении для временной работы и стажировки иностранных специалистов. В масштабах России МЛЦ МГУ координирует проведение крупных междисциплинарных научно-технических программ и проектов в области лазерной физики и нелинейной оптики.

Все годы с начала своего основания кафедра являлась базой для организации и проведения всех 15 Всесоюзных (с 1988 г. — Международных) конференций по когерентной и нелинейной оптике (КиНО) — основных профессиональных форумов специалистов в области фундаментальной лазерной физики и нелинейной оптики на Евро-Азиатском континенте. Эта серия конференций была задумана Р.В.Хохловым и С.А.Ахмановым еще «на заре» нелинейной оптики, и первая из них (она еще называлась симпозиумом) прошла в 1965 г. в Белоруссии на озере Нарочь. После этого с очередностью один раз в два-три года эти конференции проходили в Минске, Киеве, Москве, Ереване, Ташкенте, Ленинграде/С.-Петербурге и др. Р.В.Хохлов и С.А.Ахманов всегда возглавляли программные и оргкомитеты этих конференций. Последняя международная конференция по КиНО прошла летом 1998 г. в Москве с огромных уcпехом — свыше 1000 человек приняли участие в ее работе, из них около 150 ученых из "дальнего зарубежья". Почетный председатель конференции — академик А.М.Прохоров, со-председатели конференции — академик С.Н.Багаев и профессор Н.И.Коротеев; председатель Международного консультативного комитета — профессор Н.Бломберген (США), нобелевский лауреат 1981г. Сотрудники, аспиранты и студенты кафедры приняли в работе конференции самое широкое участие, докладывая свои самые последние научные результаты, участвуя в работе программного и организационного комитетов. Наряду с научной программа КиНО'98 включала впервые в ее истории выставку и короткие учебные курсы, которые также прошли с успехом. По оценке Американского Оптического Общества (OSA) и Международного Общества Оптических Инженеров (SPIE), а также РАН и Оптического Общества им. Рождественского КиНО'98 была одной из самых удачных конференций по этой тематике за последние добрых десять лет.

Среди прочно укрепившихся и завоевавших международный авторитет инициатив кафедры находится ежегодная высшая лазерная школа, традиционно проводимая весной в течение одной-двух недель и посвященная какой-либо одной актуальной проблеме современной лазерной физики. Лекторами Высшей лазерной школы приглашаются крупнейшие ученые из ведущих «лазерных» центров всего мира. Лекции проводятся на английском языке с использованием самых современных аудио-визуальных средств, проводятся телеконференции, дискуссии «за круглым столом» с участием лекторов и слушателей школы и т. п. Основная идея Высшей лазерной школы состоит в том, чтобы силами привлекаемых первоклассных специалистов со всего мира вывести слушателей школы (среди которых большинство — студенты и аспиранты кафедр ОФиВП и квантовой радиофизики) на самый передовой рубеж исследований в рассматриваемой области физики, с тем чтобы по окончании работы Школы ее слушатели уже вполне самостоятельно могли бы вести оригинальную научную работу. Слушатели, прослушавшие курсы и успешно сдавшие зачеты ее лекторам, получают сертификат, подписанный всеми лекторами Школы. Приведем тематику последних Высших лазерных школ:

 

1995 год

«Передача изображений через турбулентную атмосферу: распространение волн и адаптивные и нелинейно-оптические методы»

Лектора: проф. Л.Эндрюс (Университет Центральной Флориды, Орландо, США), проф. У.Миллер (Научно-исследовательская лаборатория Армии США), проф. С.С.Чесноков (физ.фак. МГУ, Россия), проф. С.Флатте (Калифорнийский университет, Санта-Круз, США), проф. А.А.Марадудин (Калифорнийский университет, Ирвайн, США), проф. К.Соломон (Университет Кента, Великобритания), д-р Р.К.Фугэйт (Лаборатория им.Филипса, США), проф. В.И.Шмальгаузен (физ.фак. МГУ, Россия), д-р Ф.Меркле (Кампания Карл Цейсс, Йена, ФРГ), проф. Ж.Розен (Оптический институт, Париж, Франция), проф. М.А.Воронцов (Университет штата Нью-Мексико, США).

1996 год

«Khokhlov Tutorials» (посвящена 70-летию со дняя рождения акад. Р.В.Хохлова)

Лектора: проф. Г.Мюллер (Лазерный и медико-технологический центр, ФРГ), проф. Р.Байер (Стэнфордский университет, США), проф. Ч.Танг (Корнельский университет, США), проф. Э.Иппен (Массачусеттский технологический институт, США), проф. Е.Гармайр (Дартмутский колледж, США), проф. Х.Флицанис (Высшаяя техническая школа, Франция), акад. С.Н.Багаев (Институт лазерной физики, Новосибирск, Россия), д-р. Г.Лоудермилк (Национальная ливерморская лаборатория им.Лоуренса, США), проф. Н.Б.Делоне (Институт общей физики РАН, Москва, Россия), проф. Д.Н.Клышко (Московский государственный университет, Россия)

1998 год

Высшая лазерная школа при КиНО'98

Лектора: проф. Ж.Стегеман (Университет центральной Флориды, США), проф. Д.Фаркаш (Университет Карнеги-Меллона, США), проф. Д.Мешеде (Боннский университет, ФРГ), проф. А.Нитцан (Тель-Авивский университет, Израель), проф. Р.Майлс (Принстонский университет, США), проф. П.Коркум, Национальный Совет Канады по научным исследованиям), проф. Х.Флитцанис (Высшая техническая школа, Франция), проф. Ш.Мукамель (Рочестерский университет, США), проф. В.Г.Дмитриев (Полюс, Россия), проф. Н.И.Коротеев (МГУ, Россия), проф. Д.Н.Клышко (МГУ, Россия), проф. В.Е.Виноградов (ИСАН, Россия), проф. В.Н.Очкин (ФИАН, Россия) и др.

 

В сентябре 1999г кафедра проводит очередную Высшую лазерную школу по когерентной и нелинейной оптике, посвященную юбилею С.А.Ахманова.

Конференция КиНО и Высшие лазерные школы — не единственные конференции жизнь которым дала кфаедра ОфиВП. Среди других ее начинаний можно назвать серию международных конференций LALS (Laser Applications in Life Sciences), Российско-Немецкий лазерный симпозиум (RGLS), Российско-Итальянский симпозиум по применениям лазеров и лазерной спектроскопии (ITARUS) и др. Последний только-что прошел на физическом факультете в феврале 1999 г. Конференции LALS'2000 и RGLS'2000 состоятся в Токио и Владимире. Все они будут (или были) посвящены памяти проф. Н.И.Коротеева.

С 1997г. кафедра общей физики и волновых процессов входит в Учебно-научный центр (УНЦ) «Фундаментальная оптика и спектроскопия», образованный в рамках Федеральной программы интеграции науки и образования. В УНЦ «Фундаментальная оптика и спектроскопия» входят 3 оптических кафедры физфака МГУ (кафедра оптики, квантовой радиофизики и общей физики и волновых процессов), кафедра квантовой радиофизики Московского физико-технического института и Высшая школа физиков Московского инженерно-физического института. Базовой академической организацией УНЦ является Физический институт им.П.Н.Лебедева Российской академии наук (ФИАН). Директор ФИАН чл.-корр. РАН О.Н.Крохин возглавляет Научный совет УНЦ. В рамках этого интеграционного центра организовано несколько совместных научных коллективов, проводятся совместные конференции и студенческие семинары, проводятся конкурсы научных работ молодых ученых, издаются монографии и учебники по оптике и оптической физике, проводятся другие интересные университетско-академические совместные мероприятия.

Несколько слов о профессорско-преподавательском и научном составе кафедры ОФиВП. Это — один из самых сильных и высококлассных коллективов, работающих в настоящее время в России в области лазерной физики и нелинейной оптики, имеющий исключительно высокий авторитет в международном «лазерном сообществе». На кафедре — 8 профессоров-докторов наук: Ю.М.Романовский, В.П.Кандидов, В.И.Шмальгаузен, В.Т.Платоненко, В.И.Емельянов, А.В.Андреев, В.В.Шувалов и А.С.Чиркин; заведующий лабораторией доктор наук В.М.Гордиенко; 3 ведущих научных сотрудника-доктора наук: В.К.Новик, В.Д.Таранухин, В.Г.Тункин; 19 доцентов-кандидатов наук, 12 старших научных сотрудников-кандидатов наук, 15 ассистентов и научных сотрудников-кандидатов наук. На кафедре— очень сильный инженерно-технический и учебно-вспомогательный персонал.

За последние годы сотрудники кафедры и МЛЦ Были отмечены Государственными премиями РФ (проф.А.С.Чиркин - 1997 г., кандидаты наук А.М.Желтиков, А.Б.Федотов — 1997 г.), Ломоносовскими премиями МГУ (проф.Н.И.Коротеев — 1996 г., проф.В.П.Кандидов и А.С.Чиркин — 1997 г.).

По роду своей преподавательской деятельности кафедра ОфиВП ведет занятия по курсу общей физики на Механико-Математическом факультете и факультете ВмиК, читает общий курс по компьютерным методам в физике для студентов физического факультета, ряд общих курсов на отделении Радиофизики и множество спецкурсов. Два практикума кафедры — практикум по компьютерам и измерениям и лазерный практикум — хорошо знакомы студентам-радиофизикам.

Нашей гордостью является специализированная Лаборатория лингвострановедения (совместно с МЛЦ МГУ). Небольшой, но исключительно талантливый и высококвалифицированный коллектив лаборатории (кандидаты наук И.В.Федорова и Н.В.Шарушкина) занят тем, что с увлечением и высокой эффективностью обучает сотрудников, аспирантов и студентов кафедры ОФиВП и других «родственных» кафедр профессиональному научному и каждодневному общению со своими зарубежными коллегами на английском и других европейских языках через узнавание культурно-исторических особенностей стран, где проживают эти коллеги, а также через призму научных интересов обучающихся (программа LETS — Learning English Through Science).

Сотрудники, аспиранты и студенты кафедры публикуют ежегодно сотни статей в ведущих отечественных и международных журналах, делают десятки докладов на конференциях и симпозиумах. Профессора кафедры входят в редколлегии основных «лазерных» журналов: «Квантовая электроника», «Optics Communications», «Nonlinear Optics», «Journal of Raman Spectroscopy», «Biospectroscopy» и др.. Многие сотрудники кафедры являются членами различных Академий и Научных обществ — таких, как Академия инженерных наук Российской Федерации, Оптическое общество им. Д.С.Рождественского, Международная академия информатизации, Международное общество по оптической технике (SPIE), Оптическое общество Америки (OSA), Международная академия наук высшей школы и др. На базе кафедры и МЛЦ МГУ организовано Московское отделение Международного института электро- и радиоинженеров (IEEE) и его общества по лазерам и электрооптике (LEOS).

Выпускники кафедры работают сейчас в десятках ведущих научно-образовательных центров России, стран Содружества, в лабораториях Европы, Америки, Азии и Австралии. На рисунке приведено «Древо научной школы МГУ по нелинейным волновым процессам» - научной школы Р.В.Хохлова-С.А.Ахманова. Из диаграммы (на которой приведены лишь некоторые из самостоятельных научных учреждений и лабораторий, возглавляемых выпускниками кафедры) можно видеть, как широко и мощно разрослось древо нашей научной школы, своими корнями глубоко уходящее в российские научные традиции.

На кафедре сосредоточен уникальный приборный и компьютерный парк, позволяющий проводить научные исследования и преподавание на самом современном уровне. Не имеет аналогов в России, и конкурирует всего с несколькими установками подобного типа во всем мире фемтосекундная лазерная система с мощными эксимерными усилителями на выходе, позволяющая создавать за очень короткие времена (порядка сотни фемтосекунд, 1 фс=10-15с) в очень небольших объемах (порядка нескольких десятков кубических микрон) сверхсильные световые поля. Среднеквадратичные напряженности электрического поля в них в сотни раз превышают напряженность электростатического поля, создаваемого ядром атома водорода на первой боровской орбите. Потоки мощности, создаваемые этой уникальной лазерной системой, фантастически высоки; пиковая интенсивность световой волны превышает 1017 Вт/см2. Поведение вещества под действием такого сверхсильного лазерного поля и оптика таких сверхмощных лазерных импульсов — совершенно новые главы современной физики. Никогда ранее в истории науки не удавалось проводить лабораторные эксперименты с такими сверхконцентрациями оптической энергии!

На кафедре имеется несколько уникальных лазерных систем, генерирующих предельно короткие световые импульсы, под огибающей которых содержится всего несколько осцилляций электромагнитного поля. Фактически именно сейчас физики впервые в истории науки могут измерять предельно быстрые оптические процессы в атомах, молекулах и конденсированных средах. Естественным пределом длительности таких процессов снизу является период электромагнитных колебаний в световой волне (2–3 фс). Это — своеобразный «квант длительности» оптических процессов, поскольку более быстрых процессов (в оптике) в принципе быть не может. И вот несколько экспериментальных групп кафедры работает сейчас на этом «фемтосекундном рубеже» оптической физики.

На кафедре имеются также уникальные адаптивные лазерные системы, оптические свойства которых управляемым образом (через компьютер) изменяются в зависимости от того, каковы фазовые и амплитудные характеристики света, проходящего по этим системам. Этот лазерно-компьютерный симбиоз имеет и «футурологический» аспект: Нелинейно-оптические адаптивные лазерные системы с двумерными обратными связями являются прообразами полностью оптических компьютеров следующего поколения с нейроно-подобной архитектурой. Такие сложные динамические оптические системы можно использовать для моделирования базовых операций головного мозга человека, а также для генерации «оптического хаоса», создания из такого хаоса замечательно упорядоченных структур, моделирования процесса обучения и т.п.

Смотря в XXI век — век наук о жизни и полной информатизации нашего общества — кафедра ОфиВП несколько лет тому назад начала под руководством проф. Н.И.Коротеева серию прикладных научно-исследовательских работ в области высоких информационных технологий: современные фемтосекундные лазерные системы в сочетании с методами нелинейной оптики позволяют развивать принципиально новые направления в создании устройств сверхъемкой и сверхбыстрой оптической памяти — трехмерные и квазитрехмерные (многослойные) системы постоянной и перезаписываемой цифровой оптической памяти. Отдельное перспективное направление здесь — квантовые компьютеры и квантовые вычисления.

В заключение можно сказать, что залогом успешной и столь плодотворной работы кафедры ОфиВП является энтузиазм ее коллектива и благодаря этому кафедра с оптимизмом смотрит в будующее.

И.О. Зав. Кафедрой ОфиВП
доцент, д.ф.-м.н. В.И.Макаров