Скобелев Сергей Александрович
в.н.с.
д.ф.- м.н.

Родился 18 апреля 1981 г.

Образование:
В 2004 г. окончил с отличием Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского по специальности физика.
В 2007 г. защитил кандидатскую диссертацию по специальности лазерная физика «Нелинейная динамика предельно коротких оптических импульсов» (рук. проф. А.В. Ким)
В 2016 г. защитил докторскую диссертацию по специальности лазерная физика «Самовоздействие широкополосного излучения и формирование предельно коротких лазерных импульсов».

Область научных интересов:.
Нелинейная оптика, физика плазмы, численное моделирование

Профессиональная карьера:
2002-2004           ст. лаборант-исследователь ИПФ РАН
2004-2007           м.н.с. ИПФ РАН
2007-2011           н.с. ИПФ РАН
2011-2016 с.н.с. ИПФ РАН
2016-наст. время          в.н.с. ИПФ РАН

Награды, премии, гранты:
- Именной грант фонда некоммерческих программ «Династия», программа поддержки молодых ученых со степенью кандидата наук — 2009
 - Именной грант фонда содействия отечественной науке, грант по программе "Выдающиеся ученые. Кандидаты и доктора наук РАН" — 2008
 - Грант Президента Российской Федерации для государственной поддержки молодых российских ученых МК-4902.2011.2 «Развитие новых методов формирования ультракоротких лазерных импульсов, содержащих малое число колебаний поля» (2011-2012)
 - Грант Президента Российской Федерации для государственной поддержки молодых российских ученых МК-5853.2013.2 «Самовоздействие релятивистски сильных лазерных импульсов в плазме: плазменный компрессор для формирования импульсов мульти-петаваттного уровня мощности и создание мощных источников гамма-излучения» (2013-2014)
- Грант РФФИ 10-02-01400-а        «Ионизационно-индуцированная динамика интенсивных фемтосекундных импульсов и возможность построения ионизационного компрессора с мультимиллиджоульным уровнем энергии» (2010 -2012)
- Грант РФФИ, выполняемый ведущим молодежным коллективом, 12-02-33074 мол_а_вед, «Развитие новых методов формирования лазерных импульсов сверхкоротких длительностей в оптическом и рентгеновском диапазонах» (2012-2013)
- Грант РФФИ 13-02-00755-а, «Самовоздействие релятивистски сильных лазерных импульсов в плазме в условиях возбуждения кильватерной плазменной волны и возможность построения плазменного компрессора с мультипеттоватым уровнем мощности» (2013-2015)
- Грант РФФИ, выполняемый ведущим молодежным коллективом, 15-32-20641 мол_а_вед, «Развитие новых методов формирования электромагнитных импульсов сверхкоротких длительностей в недостаточно освоенных частотных диапазонах» (2015-2016)
- Грант РФФИ 14-02-01180-а, «Развитие новых методов компрессии релятивистски сильных лазерных импульсов в плазме» (2014-2016)
 - Соавтор наиважнейших результатов РАН   – 2006, 2011, 2014

Количество публикаций:
1. Д.В. Карташов, А.В. Ким, С.А. Скобелев, Нелинейная динамика волновых полей в нерезонансных средах: от солитонов огибающей к видеосолитонам // Известия вузов Радиофизика. 46, № 5-6, 415-428 (2003).
2. Д.В. Карташов, А.В. Ким, С.А. Скобелев, Солитонные структуры волнового поля с произвольным числом колебаний в нерезонансных средах // Письма в ЖЭТФ, 78, №5, 722-726 (2003).
3. А.А. Балакин, Д.В. Карташов, А.М. Киселев, С.А. Скобелев, А.Н. Степанов, Г.М. Фрайман, Усиление лазерных импульсов при обратном рамановском рассеянии в плазме, создаваемой в диэлектрических капиллярах // Письма в ЖЭТФ, 80, №1, 15-20 (2004).
4. С.А. Скобелев, А.В. Ким, О динамических свойствах «упругих» взаимодействий волновых солитонов с малым числом осцилляций поля // Письма в ЖЭТФ, 80, №10, 727-731 (2004).
5. A.Г. Литвак, В.А. Миронов, С.А. Скобелев, Динамика самовоздействия сверхкоротких электромагнитных импульсов // Письма в ЖЭТФ, 82, №3, 119-123 (2005).
6. А.А. Балакин, А.Г. Литвак, В.А. Миронов, Структурные особенности динамики самовоздействия сверхкоротких электромагнитных импульсов // ЖЭТФ, 131, №3, 408-424 (2007).
7. S.A. Skobelev, D.V. Kartashov, A.V. Kim, Few-optical-cycle solitons and pulse self-compression in a Kerr medium // Phys. Rev. Lett, 99, 203902 (2007).
8. A. V. Kim, S. A. Skobelev, D. Anderson, T. Hansson, and M. Lisak, Extreme nonlinear optics in a Kerr medium: exact soliton solutions for a few cycles pulses // Phys. Rev. A, 77, 043823 (2008).
9. A. A. Balakin, A. G. Litvak, V. A. Mironov, S. A. Skobelev, Self-focusing of few optical cycle pulses // Phys.Rev.A 78, 061803 (2008).
10. A. A. Balakin, A. G. Litvak, V. A. Mironov, S. A. Skobelev, Self-action of few-cycle pulses in a dispersive medium // Phys.Rev.A 80, 063807 (2009).
11. С.А. Скобелев, Д.И. Кулагин, А.Н. Степанов, А.В. Ким, А.М. Сергеев, Н.Е. Андреев, Ионизационная самокомпрессия интенсивных фемтосекундных импульсов при распространении через газонаполненные диэлектрические капилляры // Письма ЖЭТФ, 89, №11, 641-648 (2009).
12. A.V. Kim, S.A. Skobelev, Few-cycle vector solitons of light // Phys. Rev. A, 83, 063832 (2011).
13. А. А. Балакин, А. Г. Литвак, В. А. Миронов, С. А. Скобелев, О самофокусировке сверхкороткого релятивистски сильного лазерного импульса в плазме // ЖЭТФ, 139, 579-586 (2011).
14. A.A. Skobelev, A.V. Kim, O. Willi, Generation of high-energy few-cycle laser pulses by using the ionization-induced self-compression Effect // Phys. Rev. Lett., 108, 123904 (2012).
15. A. A. Balakin, A. G. Litvak, V. A. Mironov, S. A. Skobelev, Self-compression of relativistically strong femtosecond laser pulses during the excitation of a plasma wake wave // EPL 100, 34002 (2012).
16. V. Eremin, Yu. Malkov, V. Korolikhin, A. Kiselev, S. Skobelev, A. Stepanov, N. Andreev, Study of the plasma wave excited by intense femtosecond laser pulses in a dielectric capillary // Phys. of Plasma, 19, 093121 (2012).
17. A. Pipahl, E. A. Anashkina, M. Toncian, T. Toncian, S. A. Skobelev, A. V. Bashinov, A. A. Gonoskov, O. Willi, and A. V. Kim, High-intensity few-cycle laser-pulse generation by the plasma-wakefield self-compression effect // Phys. Rev. A, 87, 033104 (2013).
18. A. Pipahl, E.A. Anashkina, M. Toncian, T. Toncian, S.A. Skobelev, A.V. Bashinov, A.A. Gonoskov, O. Willi, A.V. Kim, Towards high intensity few-cycle pulses using plasma wakefield self-compression effect // J. Phys.: Conf. Ser., 414, 012011 (2013).
19. A. A. Balakin, A. G. Litvak, V. A. Mironov, S. A. Skobelev, Compression of femtosecond petawatt laser pulses in plasma under the conditions of wake-wave excitation // Phys.Rev.A 88, 023836 (2013).
20. А.А. Балакин, А.Г. Литвак, В.А. Миронов, С.А. Скобелев, Шланговая неустойчивость релятивистски сильных фемтосекундных лазерных импульсов с небольшим числом колебаний поля в плазме в условиях возбуждения кильватерной плазменной волны // ЖЭТФ, 145, 591-600 (2014).
21. A.V. Kim, A.G. Litvak, V.A. Mironov, S.A. Skobelev, Optimization of the regime of shortening of relativistically strong laser pulses in the process of excitation of a plasma wake wave // Phys. Rev. A, 90, 043843 (2014)
22. A.V. Kim, A.G. Litvak, V.A. Mironov, S.A. Skobelev, Extreme self-compression along with superbroad spectrum up-conversion of few-cycle optical solitons in the ionization regime // Phys. Rev. A, 92, 033856 (2015).
23. A.A. Balakin, A.V. Kim, A.G. Litvak, V.A. Mironov, S.A. Skobelev, Extreme self-compression of laser pulses in the self-focusing mode resistant to transverse instability // Phys. Rev. A, 94, 043812 (2016).
24. A.A. Balakin, A.G. Litvak, V.A. Mironov, S.A. Skobelev, Collapse of the wave field in a one-dimensional system of weakly coupled light guides // Phys. Rev. A, 94, 063806 (2016)
25. A. A. Balakin, V. A. Mironov, S. A. Skobelev, Self-action of Bessel wave packets in a system of coupled light guides and formation of light bullets // JETP 124, 49-56 (2017)

Наиболее значительные работы и результаты:
1) S.A. Skobelev, D.V. Kartashov, A.V. Kim, Few-optical-cycle solitons and pulse self-compression in a Kerr medium // Phys. Rev. Lett, 99, 203902 (2007).
2) A. V. Kim, S. A. Skobelev, D. Anderson, T. Hansson, and M. Lisak, Extreme nonlinear optics in a Kerr medium: exact soliton solutions for a few cycles pulses // Phys. Rev. A, 77, 043823 (2008).
3) A. A. Balakin, A. G. Litvak, V. A. Mironov, S. A. Skobelev, Self-focusing of few optical cycle pulses // Phys.Rev.A 78, 061803 (2008).
4) A. A. Balakin, A. G. Litvak, V. A. Mironov, S. A. Skobelev, Self-action of few-cycle pulses in a dispersive medium // Phys.Rev.A 80, 063807 (2009).
5) A.A. Skobelev, A.V. Kim, O. Willi, Generation of high-energy few-cycle laser pulses by using the ionization-induced self-compression Effect // Phys. Rev. Lett., 108, 123904 (2012).
6) A. Pipahl, E. A. Anashkina, M. Toncian, T. Toncian, S. A. Skobelev, A. V. Bashinov, A. A. Gonoskov, O. Willi, and A. V. Kim, High-intensity few-cycle laser-pulse generation by the plasma-wakefield self-compression effect // Phys. Rev. A, 87, 033104 (2013).
7) A. A. Balakin, A. G. Litvak, V. A. Mironov, S. A. Skobelev, Compression of femtosecond petawatt laser pulses in plasma under the conditions of wake-wave excitation // Phys.Rev.A  88, 023836 (2013).
8) A.A. Balakin, A.V. Kim, A.G. Litvak, V.A. Mironov, S.A. Skobelev, Extreme self-compression of laser pulses in the self-focusing mode resistant to transverse instability // Phys. Rev. A, 94, 043812 (2016).
9) A.A. Balakin, A.V. Kim, A.G. Litvak, V.A. Mironov, S.A. Skobelev, Extreme self-compression of laser pulses in the self-focusing mode resistant to transverse instability // Phys. Rev. A, 94, 043812 (2016).
10) A.A. Balakin, A.G. Litvak, V.A. Mironov, S.A. Skobelev, Collapse of the wave field in a one-dimensional system of weakly coupled light guides // Phys. Rev. A, 94, 063806 (2016)

• Найден новый класс устойчивых уединенных решений волнового поля, описывающий распространение в нерезонансной среде солитоноподобных структур циркулярно-поляризованного излучения с произвольным числом осцилляций поля. Показано, что найденные волновые солитоны с малым числом осцилляций поля устойчивы относительно парных взаимодействий. В результате соударений не происходит излучения свободных полей, т. е. несолитонной части спектра, сохраняя тем самым общую энергию, заключенную в солитонах. Кроме того, солитоноподобная структура волновых полей не нарушается, т.е. волновые солитоны остаются солитонами и после соударений. В среде с нелинейностью керровского типа и плазменным законом дисперсии показано, что произвольный оптический импульс распадается на найденные солитонные решения нелинейного волнового уравнения.
• Предложена новая схема самокомпрессии интенсивных фемтосекундных импульсов джоульного уровня энергии, имеющая место при распространении излучения в условиях полого сверхразмерного диэлектрического капилляра, заполненного гелием. Ключевой идеей является использование газа при сравнительно высоких давлениях, когда с учетом образующейся плазмы нарушаются условия одномодового распространения и возможно возбуждение ионизационно-нелинейного плазменного волновода, в котором могут распространяться собственные утекающие моды. Создание более узкого плазменного канала, способного обеспечить аномальный характер групповой дисперсии, в сочетании с частотной модуляцией, приобретаемой импульсом в результате ионизационного перестройки частоты, позволяет осуществить возможность ионизационной самокомпрессии лазерного импульса в условиях полого капилляра. В оптимальном режиме предлагаемая схема компрессии позволяет получать сверхкороткие импульсы c длительностью в несколько периодов поля и с энергией в десятки джоулей.
• Применение методов теории нелинейных волн позволило провести аналитическое исследование долговременной эволюции трехмерных волновых пакетов в случае сверхкоротких электромагнитных импульсов. На основе уравнения для эффективной ширины волнового поля удается выделить класс начальных распределений, которые в дальнейшем испытывают коллапс. Преобразование уравнения в «схлопывающуюся» систему координат позволило установить определяющую роль нелинейной дисперсии в динамике системы. Увеличение крутизны продольного профиля и образование ударных фронтов является характерной особенностью эволюции сверхкоротких импульсов. Показано, что процесс «опрокидывания» несколько опережает волновой коллапс. В результате происходит формирование особенности более сложного типа, в которой градиентная катастрофа сопровождается неограниченным возрастанием поля на ударном фронте. Этот эффект очевидно приводит к аномальному уширению спектра излучения. Как показывают результаты численного моделирования спектры спадают по степенному закону.
• Показано, что в волноведущей системе с двумя независимыми типами нелинейностей (кубическая и ионизационная) имеет место адиабатическое уменьшение длительности лазерного импульса вплоть до одного колебания поля, сопровождаемая сверхшироким смещением спектра в коротковолновую область. Кубичная нелинейность определяет структуру солитона, а ионизационная приводит к перестройке частоты вверх по спектру, и соответственно, к уменьшению длительности. Режим самокомпрессии солитона, в таком случае, включает в себя две качественно отличающиеся друг от друга последовательные стадии. На первой лазерный импульс солитонного типа сжимается обычным образом, когда процесс адиабатически развивается, согласуясь с солитонными соотношениями. При этом экстремальная компрессия имеет место на втором этапе, когда солитон с малым числом колебаний поля становится однопериодным со сверхшироким спектром. Продемонстрировано, что на данной стадии процесс дальнейшей самокомпрессии значительно ускоряется и сопровождается повышением сверхширокого спектра, сохраняя однопериодичность солитона на протяжении всего времени. Предложенный метод позволяет получить лазерные импульсы с длительностью в несколько сотен аттосекунд в ультрафиолетовой области с эффективностью в десятки процентов. Проведены исследования по оптимизации самокомпрессии лазерных импульсов, основанные на концепции солитонов высокого порядка.
• Аналитически и численно показано, что развитие филаментационной неустойчивости сверхкоротких лазерных импульсов в среде с керровской нелинейностью стабилизируется при учете зависимости групповой скорости от амплитуды. Нелинейная дисперсия среды приводит к смене типа неустойчивости с абсолютной на конвективную. В результате для волновых пакетов с длительностью менее десяти периодов колебаний поля возмущения сносятся с импульса и не успевают возрасти до сколь-нибудь заметной величины. Благодаря этому обстоятельству это позволяет рассматривать самовоздействие сильно вытянутых в поперечном направлении волновых пакетов с мощностью много больше критической в бесфиламентационном режиме.
• Показано, что самофокусировка волнового поля в среде с безынерционной нелинейностью керровского типа и аномальной дисперсией групповой скорости приводит для широких волновых пучков с солитонным распределением поля по продольной координате к адиабатическому уменьшению продольного размера волнового пакета до длительности, сравнимой с периодом колебаний поля. При этом длительность солитона уменьшается пропорционально квадрату характерного размера волнового пучка. Получено выражение для длины нелинейной среды, при которой длительность солитона достигает минимальное значение. Длина трассы возрастает пропорционально начальной длительности волнового пакета, ширине волнового пучка и обратно пропорциональна величине линейной дисперсии среды. Показано, что в случае, когда в начальном лазерном импульсе содержится несколько квазисолитонных структур, исходное продольное распределение волнового пакета разбивается на последовательность солитонов, которые в дальнейшем благодаря процессу самофокусировки по отдельности монотонно самокомпрессируются и разбегаются в продольном направлении. Как показал численный анализ, для получения высококачественных лазерных импульсов предпочтительно задавать на входе нелинейной среды распределения волнового поля, в которых содержатся не более двух квазисолитонных структур.
• Проведено аналитическое и численное исследование самовоздействия излучения в одномерной системе связанных световодов на основе дискретного нелинейного уравнения Шредингера (ДНУШ). Развит вариационный метод качественного исследования ДНУШ и проведена классификация режимов самовоздействия. Показано, что дискретность среды приводит к ослаблению дифракции широких (в масштабе решетки) волновых пучков и, как следствие, к коллапсу одномерного распределения волнового поля с мощностью, превышающей критическую. Это означает возможность самофокусировки излучения в одномерной системе и последующего самоканалирования в центральном световоде. Результаты качественного исследования подтверждены данными численного моделирования ДНУШ, также показывшими устойчивость режима коллапса.
• Теоретически обоснован и экспериментально продемонстрирован новый метод самокомпрессии релятивистски сильных лазерных импульсов до нескольких колебаний поля при возбуждении кильватерной плазменной волны. Развита теория нестационарного самовоздействия широких (в масштабе длины плазменной волны) пространственно-ограниченных сверхкоротких лазерных импульсов. Самосжатие волнового поля, длительностью меньше периода плазменных колебаний, связана с самосогласованным вытеснением электронов в задней части импульса. Для мультипетаваттных лазерных импульсов насыщение релятивистской нелинейности приводит к квазиодномерному режиму самосжатия лазерного импульса. При этом характерная длина формирования сжатого импульса зависит от интенсивности поля по степенному закону. При релятивистски слабых интенсивностях самокомпрессия волнового пакета протекает в условиях нестационарной самофокусировки излучения; в этом случае характерная длина компрессии зависит от интенсивности экспоненциально. Экспериментально продемонстрировано самосжатие суб-петаваттных лазерных импульсов с длительностью 30 фс до 10 фс в газовой струе в квазиодномерном режиме.