Академик Рόзанов Николай Николаевич
Николай Николаевич Рόзанов родился 26 декабря 1940 года в Ленинграде, где во время войны и пробыл всю блокаду, которая, как известно, продолжалась 872 дня.
Ещё учась в старших классах школы, он посещал математический кружок во Дворце пионеров. В школьные годы придумал и решил чисто геометрически, без использования интегралов, задачу о площади эллипса. Для этого нужно сравнить площади двух сечений цилиндра, разрезанного наклонно к оси и ортогонально (отношение площадей равно косинусу угла между двумя плоскостями сечений, который, в свою очередь, равен отношению полуосей эллипса). Был отмечен на городских олимпиадах по математике и физике.
В 1963 году окончил физический факультет Ленинградского государственного университета со специализацией на кафедре теоретической физики (зав. кафедрой — акад. В.А. Фок, читавший лекции по квантовой механике) и поступил на работу в Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова (ГОИ), где незадолго до этого был запущен первый отечественный лазер; далее Институт стал одним из ведущих центров России в области создания новейших лазерных систем различного назначения. С этого момента до 2019 года с ГОИ неразрывно связан его долгий жизненный и творческий путь: инженер, с 1967 года — научный сотрудник, с 1972 года — старший научный сотрудник, в 1973–1998 гг. — начальник Лаборатории. С 1993 года — заведующий Отделом теоретических исследований и Лабораторией Института лазерной физики, выделившегося в 1993 году из ГОИ и переименованного в 2005 году во ФГУП «Научно-производственная корпорация «Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова».
С 2019 года — главный научный сотрудник Физико-технического института им. А.Ф. Иоффе РАН (ФТИ). По совместительству был профессором кафедры фотоники и оптоинформатики и зав. кафедрой оптики лазеров в Санкт-Петербургском государственном университете информационных технологий, механики и оптики (ИТМО).
В 1970 году защитил кандидатскую диссертацию «Взаимодействие электромагнитных колебаний с близкими частотами в полуклассической теории генерации газовых лазеров», в 1982 году защитил докторскую диссертацию «Теория явлений самовоздействия (самофокусировки и оптической бистабильности) в лазерных системах», профессор.
Член-корреспондент РАН с 2011 года, академик РАН с 2022 года — Отделение физических наук.
Академик Н.Н. Рόзанов — выдающийся учёный, физик-теоретик с мировым именем в области лазерной физики и нелинейной оптики. Область его научных интересов — физика солитонов, нелинейная динамика лазерной генерации, самофокусировка интенсивного лазерного излучения, распространение лазерного излучения в нелинейных и неоднородных средах, одномерные, двумерные и трёхмерные диссипативные оптические солитоны, в том числе топологические. Он ведёт исследования в области предельно коротких импульсов излучения, условий формирования и распространения униполярных импульсов, а также взаимодействия предельно коротких импульсов с классическими и квантовыми микрообъектами.
Н.Н. Рόзанов — создатель теории пространственного гистерезиса, оптических волн переключения, пространственных и пространственно-временных диссипативных солитонов в нелинейно-оптических и лазерных системах. Он — основатель такого направления нелинейной оптики, как поперечные эффекты в оптической бистабильности.
В ГОИ Н.Н. Рόзанову предложили объяснить необычный эксперимент американских авторов по эффекту Зеемана в газовом лазере — так он выполнил свою первую научную работу: результаты были опубликованы в ДАН СССР по представлению академика А.А. Лебедева в 1965 году. Далее он продолжил исследования по теории газовых лазеров. Н.Н. Рόзанову удалось найти оригинальное решение важной проблемы захвата частоты встречных волн в лазерных гироскопах, при котором невозможно традиционное определение угловой скорости: а именно — было предложено использовать для этого зависимость разности фаз встречных волн от угловой скорости вращения гироскопа. Также в соавторстве с Г.Н. Винокуровым была развита теория взаимодействия поперечных мод в газовом лазере.
Н.Н. Рόзанов является одним из пионеров теории нелинейной динамики лазеров. В 1970-х годах, причём, что важно — много ранее часто цитируемой работы Ланга и Кабаяши, Н.Н. Рόзанов вывел уравнения динамики твердотельного лазера с частотной дисперсией, включая схему лазера с дополнительным зеркалом, и показал, что запаздывание обратной оптической связи служит одним из механизмов пульсаций излучения твердотельных лазеров. Другой важной проблемой, решенной Н.Н. Рόзановым совместно с В.А. Смирновым, была теория мелкомасштабной самофокусировки в многоэлементных лазерных системах.
Н.Н. Рόзанов руководил теоретической частью исследований по ряду выполнявшихся в ГОИ прикладных проектов, связанных, в том числе, с разработкой мощных газовых лазеров и с распространением их излучения через атмосферу, включая применение адаптивной оптики.
Важное направление, инициированное и развитое Н.Н. Рόзановым, относится к проблеме бистабильности в пространственно-распределённых системах. Если для точечных нелинейных объектов решение задачи о гистерезисе давно известно, то для распределённых систем сама возможность бистабильности вызывала в литературе дискуссии. Н.Н. Рόзановым впервые поставлена и решена задача описания гистерезиса пространственных распределений в протяжённых бистабильных системах. Ему впервые удалось получить последовательное решение задачи об отражении пучка оптического излучения от границы нелинейной среды и ввести понятие оптических волн переключения — ключевого элемента динамики пространственного гистерезиса.
На основе созданной теории предложен новый подход к высокопроизводительной оптической обработке информации — дискретно-аналоговый метод, позволяющий сочетать точность и надёжность дискретного (цифрового) подхода с присущей аналоговому методу доступностью параллельных операций. Предсказан новый класс солитонов — пространственные и пространственно-временные диссипативные оптические солитоны в нелинейно-оптических и лазерных системах, в том числе нанометровых размеров и субфемтосекундной длительности, создана их последовательная теория. Продемонстрировано разнообразие и необычность их свойств, в том числе криволинейность движения асимметричных солитонных структур даже в однородном окружении.
Солитоны в оптику ввёл Г.А. Аскарьян в 1962 году, однако, в его работах рассматривались консервативные солитоны, то есть в пренебрежении поглощением света в среде. А в группе Н.Н. Рόзанова впервые было показано, что нелинейность диссипативных факторов — потерь излучения и усиления или накачки — приводит к появлению нового класса солитонов с радикально иными свойствами. Первоначально данный тип солитонов, получивших название диссипативных солитонов, был найден совместно с Г.В. Ходовой в нелинейном широкоапертурном интерферометре. Другой физической системой, где группой Н.Н. Рόзанова были обнаружены такие солитоны, был широкоапертурный лазер с насыщающимся поглощением (совместно с С.В. Федоровым). В отличие от консервативных солитонов диссипативные солитоны обладают дискретным набором основных параметров и устойчивы (аттракторы). Для таких систем было показано существование и детально изучены одномерные, двумерные и трёхмерные диссипативные солитоны («лазерные пули»). Изучены квантовые флуктуации диссипативных оптических солитонов, вызывающие их «броуновское» движение.
Основные предсказания теории, включая кинетику пространственного гистерезиса, оптические волны переключения и диссипативные оптические солитоны, к настоящему времени подтверждены экспериментально. В этот класс входит широкий круг трёхмерных лазерных солитонов, в том числе векторных (поляризационных) — уникальных объектов топологической нелинейной оптики. Результаты этих многолетних, с 1980-х годов по настоящее время, исследований были доложены Н.Н. Рόзановым на Сольвейском воркшопе по диссипативным оптическим солитонам и только что опубликованы в приглашённом 60-страничном обзоре (журнал Physics Reports, совместно с С.В. Федоровым и Н.А. Веретеновым).
В лазерной системе с нелинейным резонансным поглотителем были численно найдены и изучены предельно короткие, субцикловые диссипативные солитоны (аттосолитоны) на основе явления самоиндуцированной прозрачности в лазерной среде (совместно с Н.В. Высотиной и В.Е. Семеновым). Впоследствии с В.В. Козловым и С. Вабницом было предложено получать предельно короткие диссипативные аттосолитоны в лазерах с синхронизацией мод за счёт того же явления. Эти работы показали, что формирование структур в нелинейных оптических системах отнюдь не обязательно связано с развитием неустойчивостей, и в действительности особо интересны случаи жёсткого, порогового формирования таких структур. Такой вывод способствовал переориентации исследований многих научных групп в области нелинейной динамики оптических систем.
К теме предельно коротких солитонов примыкает открытое Н.Н. Рόзановым контринтуитивное правило сохранения электрической площади (интеграл от напряжённости электрического поля по времени) в практически любых средах, в том числе с диссипацией. В трёхмерной геометрии правило указывает на безвихревой характер векторного поля электрический площади импульсов. Оно особенно актуально применительно к генерации предельно коротких и униполярных импульсов, т. е. импульсов с ненулевой электрической площадью. Разработана теория предельно коротких и униполярных импульсов излучения, включающая условия их существования, распространения, методы формирования и взаимодействия с микрообъектами. Теория базируется на найденных Н.Н. Рόзановым новых сохраняющихся величинах в электродинамике сплошных сред. Само существование униполярного света неоднократно подвергалась сомнению в научном сообществе. Однако в настоящее время в группе под научным руководством Н.Н. Рόзанова (совместно с Р.М. Архиповым, М.В. Архиповым, С.В. Федоровым и другими коллегами) получены убедительные доказательства реализуемости таких импульсов в оптическом и примыкающих к нему диапазонах и показана уникальная возможность применения униполярного света для эффективного воздействия на квантовые объекты. Ведутся поиски схем для генерации униполярных импульсов и систем детектирования электрической площади.
Н.Н. Рόзанову принадлежат пионерские работы по нелинейно-оптическим эффектам в электрон-позитронном вакууме — теме, ставшей в последнее время чрезвычайно актуальной в связи с прогрессом лазерной физики и техники и исследованиями в области экстремальных полей. Им найдены новые релятивистские эффекты в среде с неоднородной скоростью движения, такие как различие фокусных расстояний для встречных волн в опыте Физо при учёте радиальной неоднородности скорости ламинарного течения жидкости в трубе. Дано строгое доказательство невозможности идеальной невидимости даже в случае монохроматического излучения. Н.Н. Рόзановым развита теория частиц, волн и солитонов в динамических резонаторах или ловушках с осциллирующими стенками, включая классический динамический эффект Казимира.
Н.Н. Рόзанов — автор около 600 научных работ, из них 18 монографий и глав в них. Специалистам известны его труды, написанные индивидуально или в соавторстве: «Диссипативные оптические и родственные солитоны», «О законах сохранения в электродинамике сплошных сред», «Диссипативные аспекты экстремальной нелинейной оптики», «Лазерные солитоны: топологические и квантовые эффекты», «Униполярный свет: существование, получение, распространение, воздействие на микрообъекты», «Rotating and precessing dissipative-optical-topological-3D solitons», «Topological Vortex and Knotted Dissipative Optical 3D Solitons Generated by 2D Vortex Solitons», «Irreversible Hysteresis of Internal Structure of Tangle Dissipative Optical Solitons», «Nonconservation of Topological Charge and Cusps in a One-Dimensional Laser Scheme», «Criterion for the yield of micro-object ionization driven by few- and subcycle radiation pulses with nonzero electric area», «Некоторые проблемы теоретической лазерной физики: от пичковой генерации к экстремальной и топологической лазерной оптике», «Some problems of theoretical laser physics: from beam generation to extremal and topological laser optics [in Russian]», «Диссипативные оптические солитоны», «Dissipative optical solitons [in Russian]», «Новые электродинамические эффекты в прозрачных оптических средах», «New electrodynamic effects in transparent optical media» и др.
Н.Н. Рόзанов руководил и руководит проектами, поддержанными грантами РФФИ, РНФ, Международного научно-технического центра (МНТЦ) и FP7. Он — руководитель научной школы Президента РФ (НШ-9682.2016.2) «Оптика лазеров. Мощные лазеры с управляемыми характеристиками и экстремальные нелинейнооптические явления» — консультант и научный руководитель 3 докторских и 8 кандидатских диссертаций. Как заведующий кафедрой «Оптика лазеров», он инициировал создание кафедральных курсов, которые органически сочетают фундаментальные знания с прикладными разработками — в итоге специалисты, подготовленные Кафедрой, востребованы в ведущих научных и производственных центрах во всём мире. В настоящее время читает лекции по нелинейной оптике аспирантам ФТИ.
Выступает многолетним председателем и членом Программного комитета конференции «Оптика лазеров», президент и вице-президент Оптического общества им. Д.С. Рождественского, член Коллегии национальных экспертов государств-членов СНГ по лазерам и лазерным технологиям, почётный профессор Харбинского политехнического университета (Китай).
Главный редактор журнала «Оптика и спектроскопия», член редколлегии международного журнала Nonlinear Phenomena in Complex Systems, несколько лет состоял членом редколлегии журнала Physical Review A. Член комиссии РАН по борьбе с лженаукой и фальсификацией научных исследований, член Комиссии РАН по присуждению премий им. Д.С. Рождественского, председатель экспертного совета по премии им. Л. Эйлера Правительства Санкт-Петербурга, председатель диссертационного совета при ГОИ, член диссертационных советов при ФТИ и НИУ ИТМО, член Объединённого научного совета по естественным наукам Санкт-Петербургского отделения РАН (ОНС ЕН).
Член Клуба 1 июля.
Лауреат премии им. Д.С. Рождественского РАН — за цикл работ «Пространственный гистерезис, волны переключения и автосолитоны в нелинейно-оптических и лазерных системах», лауреат премии журнала «Успехи физических наук» за лучшую статью, дважды лауреат премии имени Ю.И. Островского за лучшие научные работы в области оптической голографии и интерферометрии. Отмечен юбилейной медалью «300 лет Российской академии наук». «Выдающийся рецензент» Американского физического общества (Outstanding Referee of the American Physical Society, 2017).
Награждён медалью ордена «За заслуги перед Отечеством» II степени.
Удостоен знака «Почётный работник промышленности вооружений», медалей С.И. Вавилова и Д.С. Рождественского Оптического общества им. Д.С. Рождественского, Диплома почётного члена оптического общества им. Д.С. Рождественского.