Созданная С.Э.Фришем более 65 лет тому назад кафедра оптики сегодня - старейшая и одна из самых больших кафедр оптики России. Родившаяся вместе с физическим факультетом в 30-х годах, она сама затем дала начало новым кафедрам - фотоники, молекулярной спектроскопии, общей физики I. Такой солидный возраст и динамичность показывают, что научные задачи кафедры всегда соответствовали самому передовому фронту науки. Современные актуальные направления научных исследований, проводимых преподавателями, научными сотрудниками и студентами, возникли как естественное продолжение работ, начатых еще под руководством Сергея Эдуардовича. Линейные и нелинейные оптические явления в различных средах, эффекты когерентного взаимодействия света с веществом, нестационарные процессы и явления самоорганизации в плазме, атомные и электронные столкновения, проблемы гиперзвукового полета в разреженной атмосфере - все это представлено на кафедре и во всех этих областях, несмотря на всю сложность проблем нашего времени, кафедра оптики является одной из ведущих в стране и в мире.

Исследования по спектроскопии плазмы потребовали ответа на вопросы как о свойствах электронной компоненты плазмы, так и об особенностях взаимодействия возбужденных атомов между собой, их столкновений с электронами, распространения излучения внутри самой плазмы, особенностей образования плазмы при освещении газа внешним резонансным основному переходу источником света и многих других. Правильно поставленный вопрос всегда приводил к крупным научным достижениям и открытиям. Открытие "Явление образования фоторезонансной плазмы", сделанное А.Н.Ключаревым и Н.С.Рязановым и зарегистрированное в 1998 г., констатировало замечательное достижение. Образование бестоковой плазмы обусловлено взаимодействием между собой двух возбужденных атомов, а каждый из этих атомов, со своей стороны, образовывался вследствие взаимодействия света с веществом.

Суммарная энергия двух возбужденных атомов очень часто превосходит энергию ионизации одного из них - значит, достаточно облучить газ квантами с энергией НИЖЕ порога ионизации, чтобы в результате столкновений двух возбужденных атомов образовалась плазма (два резонансно-возбужденных атома щелочных металлов- А.Н.Ключарев с сотрудниками), даже плазма с возбужденными ионами (О.П.Бочкова, Ю.А.Толмачев, Н.Б.Колоколов - метастабильные атомы инертных газов и металлов второй группы). Подобная плазма, созданная нетривиальными методами, может обладать неожиданными свойствами, например, иметь отрицательное сопротивление или бистабильные характеристики (Ю.З.Ионих, Н.Б.Колоколов, А.В.Мещанов). Рассчитать свойства бестоковой плазмы, уметь ее получать и использовать как для технических, так и для научных целей - всему этому научились на кафедре оптики. Одна из важнейших проблем физики плазмы - это необходимость знать огромную совокупность количественных характеристик атомов и ионов: с какой вероятностью атомы (в том числе и возбужденные) сталкиваются между собой, с электронами, с фотонами - на все эти вопросы дает ответ пока не столько теория, сколько эксперимент. Достаточно полистать справочники данных, необходимых для систем термоядерного синтеза и обзорные статьи, чтоб увидеть: везде в качестве опорных фигурируют величины, полученные самим Сергеем Эдуардовичем, с его участием, или его сотрудниками. Столкновения возбужденных атомов неона с электронами - самые первые количественные данные получены С.Э.Фришем и В.Ф.Ревалдом (в дальнейшем эти исследования были продолжены В.В.Смирновым и А.А.Митюревой), константы, характеризующие столкновения метастабильных атомов ртути с атомами щелочных металлов - С.Э.Фриш, О.П.Бочкова и Э.К.Краулиня, передача возбуждения от атомов гелия к неону - С.Э.Фриш, О.П.Бочкова, Ю.З.Ионих, Ю.А.Толмачев. Исследование узких энергетических резонансов в функциях возбуждения атомов - С.Э.Фриш, И.П.Запесочный, И.П.Богданова. Все эти пионерские работы были затем развиты у нас, в Рижском и в Ужгородcком университете.

Исследования физики атом-атомных столкновений дали такой богатый материал, что на кафедре была сформирована теоретическая группа под руководством А.З.Девдариани. Ученым этой группы удалось развить обобщенное описание взаимодействия частиц в процессе столкновения и образования квазимолекулы, рассчитать изменения спектра и показать, как, исследуя особенности его структуры, или характера зависимости сечения столкновения от энергии частиц найти основные физические параметры квазимолекулы.

Под руководством проф. Н.П.Пенкина, одного из учеников академика Д.С.Рождественского, и проф. А.Л.Ошеровича на кафедре была проведена огромная работа по измерению радиационных атомных констант атомов - времен жизни возбужденных состояний, сил осцилляторов и вероятностей переходов. В результате этой работы, проведенной с применением разнообразных прецизионных методов, был получен огромный материал, составивший базу, на которой во всем мире проверялись разнообразные теоретические методы. Нами было осуществлено обобщение материалов, позволившее сделать то, что осуществил, в свое время Д.И.Менделеев с помощью своей таблицы - предсказать с высокой надежностью свойства тех состояний атомов, до которых не смогли добраться экспериментаторы (Я.Ф.Веролайнен, Л.Н.Шабанова и Н.Н.Безуглов).

Имя Д.И.Менделеева нами было упомянуто не случайно. Подобно тому, как он сумел "упорядочить" атомы, в 1983 г. Г.В.Жувикин совместно с Р.Хефферлином (США) сумел построить "периодическую систему" двухатомных молекул, которая затем была развита и на более сложные молекулы. Сегодня - это одно из активно развиваемых на кафедре направлений.

Исследования по физике электрон-атомных столкновений дали один совершенно неожиданный результат: В.В.Смирнов высказал гипотезу (подкрепленную, конечно, расчетом), что одиночный многоэлектронный атом может послужить линзой для пучка электронов. Такой объектив электронного микроскопа должен обладать уникальными параметрами и можно будет достигнуть разрешающей способности порядка пикометров. Реализация микроскопа предполагается с участием ученых США.

Создание лазеров принесло с собой массу новых вопросов - и как возникает инверсная заселенность состояний, и как ведет себя вещество при взаимодействии с когерентным лазерным излучением, особенно импульсным, и как распространяется в оптически плотной среде это излучение. Если первая группа вопросов имела и уже готовые ответы и опыт, достаточный для того, чтобы максимально- быстро найти ответ, то следующие требовали совершенно нового подхода к физике явлений. Именно сотрудники кафедры оптики впервые установили, что взаимодействие поглощающего вещества с резонансным коротким импульсом носит особый, когерентный характер (В.С.Егоров, Н.М.Реутова), было открыто явление индуцированной светом сверхпрозрачности поглотителя. Более того при достаточно высокой концентрации атомов и плотности излучения возникает новое, когерентное состояния ансамбля "свет + вещество" (В.С.Егоров и И.А.Чехонин), которое может приводить к усилению света даже при отсутствии инверсии заселенностей. А как диффундирует мощное излучение в поглощающей среде? - Ответ на этот вопрос дается в работах сегодня во всем мире знает только Н.Н.Безуглова.

Мощные лазеры ИК, видимого и УФ диапазонов потребовали исследования нелинейно-оптических, фотохимических и плазмохимических процессов. Возникновение и гибель молекулярных ионов инертных газов (В.А.Иванов и Ю.Э.Скобло), динамика квазимолекул, состоящих из атома инертного газа и атома металла или галогена (Н.А.Крюков и А.А.Пастор), поведение вещества в сфокусированном лазерном излучении и полная совокупность нелинейных оптических и химических эффектов (А.А.Пастор и П.Ю.Сердобинцев) - все это в поле зрения и предмет обсуждений и анализа оптиков.

А сколько новых проблем поставили генераторы ультракоротких световых импульсов! До сих пор нет ясного ответа даже на простой вопрос: как происходит дифракция и интерференция таких импульсов? Получены лишь первые намеки на особенности этих процессов в простейшем линейном приближении. Впереди - масса совершенно новой оптики нестационарных сигналов.

Углубленное изучение интерференции поляризованного лазерного излучения, проведенное под руководством А.Г.Жиглинского и Н.С.Рязанова имело своим результатом не только обнаружение и исследование неизвестных ранее эффектов, но и создание новых типов широкополосных лазеров на красителях со светоинжекционными управлением параметрами. Были развиты три новых направления во внутрирезонаторной лазерной спектроскопии: фазовая, поляризационная и интерференционная.

Физика низкотемпературной плазмы, сравнительно быстро решившая задачу объяснения причин расхождения в сотни и тысячи раз результатов расчета концентрации возбужденных атомов и данных измерений сегодня двинулась сразу по нескольким направлениям: процессы самоорганизации в тлеющем разряде и его приэлектродных областях в инертных газах (Ю.Б.Голубовский); физика и химия плазмы молекулярных газов (Ю.Б.Голубовский, Б.П.Лавров) и их смесей с инертными газами (Ю.З.Ионих, Н.В.Чернышева, Г.М.Григорьян); плазма с пылевой составляющей (А.А.Кудрявцев), с добавкой легкоионизуемых компонентов, что находит применение в разработке новых источников света (В.М.Миленин, Н.А.Тимофеев), плазма, содержащая быстрые частицы (Н.Б.Колоколов, А.А.Кудрявцев, Ю.А.Пиотровский, Ю.А.Толмачев) и плазма вокруг тела, движущегося со сверх - или гиперзвуковой скоростью в верхних слоях атмосферы (В.С.Сухомлинов). Во всех этих областях физики плазмы наши ученые нашли новое, интересное и оригинальное направление исследований.

Спектрально-аналитическое направление возникло на кафедре оптики с момента ее организации. Спектральный анализ на кафедре оптики с самого начала базировался на фундаментальных знаниях, в существенной мере полученных в лабораториях кафедры. Далеко не полный перечень направлений и разработок наших сотрудников включает в себя создание комплекса оригинальных высокоинформативных методов количественного анализа чистых газов и газовых смесей (С.Э.Фриш, О.П.Бочкова, А.А.Петров, В.М.Немец, А.А.Соловьев, С.В.Ошемков и др.), анализа материалов для атомной промышленности (А.Н.Зайдель, Н.И.Калитеевский, Л.В.Липис и др.), изотопного анализа вещества (А.Г.Жиглинский, А.А.Петров, Г.Г.Кунд, Э.Н.Фафурина, Г.С.Лазеева и др.), анализа биологических материалов с использованием изотопной метки (А.А.Петров, Г.С.Лазеева, Е.П.Столбова и др.), лазерно-флуоресцентного, рефрактометрического и корреляционного анализа особо-чистых веществ и материалов. Во всех случаях разработки оканчивались только после создания и внедрения новых методов и аппаратуры в современные технологии - атомную, аэрокосмическую, электронную, газоперерабатывающую, агрохимическую.