Аннотация результатов, полученных в 2021 году
1. В ходе исследований были отобраны высокопримесные природные IaB-алмазы месторождений в г. Мирный (Якутия) и г. Архангельск (общим числом до 16 штук), а также более чистые синтетические IaA-алмазы производства Diamond Technologies (Санкт-Петербург) в количестве 3 штук. Первичное пространственное распределение механических напряжений, связанных с типом и концентрацией оптических центров, а также структурных одномерных (дислокации) или двумерных (двойники, дефекты упаковки) дефектов, оценивалось в ходе поляриметрических измерений (без иммерсии) параметров двулучепреломления по фазовому набегу. Для первичной характеризации алмазов использовался комплекс методов, основанный на регистрации спектров ФЛ, поглощения в видимом диапазоне, ИК-поглощения, данных качественной и количественной оценки содержания различных оптических центров по данным ИК-спектроскопии. Очевидно, что сильнолюминесцирующие природные алмазы демонстрируют также высокое оптическое поглощение центров в запрещенной зоне, тогда как ИК-спектроскопия показывает распределение дефектов, не столь однозначно связанное с вышеупомянутыми оптическими характеристиками данных алмазов. Картирование исходной примесно-дефектной структуры приповерхностных слоёв полированной грани природного алмаза методом катодолюминесценции и катодолюминесцентной топографии выполнялось на приставке сканирующего электронного микроскопа JEOL-7001F (JEOL), поскольку представляет определенный интерес для целей трейсинга как уникальный цветовой люминесцентный портрет грани алмаза. Однако, поскольку эта характеристика связана только с микронным поверхностным слоем, легко нарушается сколом части грани или нарушением ее полировки, и в этом смысле является неконкурентоспособной для трейсинга по сравнению с объемными характеристиками (ИК-поглощение, ФЛ-микромаркировка), дальнейшие катодо- и рентгено-люминесценцентные исследования обзорного характера проводились только на полированных гранях для контроля примесно-дефектной структуры кристаллов. 2. В ходе экспериментов по фотовозбуждению накачка кристаллов кристаллы кубической формы осуществлялась жесткофокусированным излучением (NA = 0.25, 0.3, 0.4, 0.65) УКИ с длиной волны 0.5 и 1 мкм через одну пару плоскостей, через другую пару – осуществлялся сбор динамической ФЛ-эмиссии и визуализация области ФЛ-эмиссии с помощью камеры, через третью пару – накачка непрерывной ФЛ in situ в фокальной зоне УКИ с помощью непрерывных лазеров с длиной волны 405 нм, 532 нм или 633 нм. Пассивная широкополосная (0.2-2.4 мкм) поляризационно-чувствительная ФЛ-съемка спектров оптических центров осуществлялась с помощью двух спектрометров – ASP-150F (190-1100 нм) и ASP-IR (0.9-2.6 мкм). В качестве индикаторов фотовозбуждения выбиралась доминирующая в спектрах ФЛ свободных экситонов с энергией полосы вблизи ширины непрямой щели (синтетический алмаз) и ФЛ А-полосы рекомбинационного происхождения. Для информативного детального сравнения исследовались широкие диапазоны изменения интенсивности I0– от 0.1 до 100 ТВт/см2 и варьируемой длительности 0.3-6.3 пс, причем при анализе обращалось внимание, где превышается критическая мощность самофокусировки для природного и синтетического алмаза. Обнаружено непрерывное изменение N от I0, начинающееся с ранее не наблюдавшихся в литературе значений > 10 и продолжающееся до 1, причем для синтетического алмаза все кривые (для разных длительностей УКИ) практически ложатся на одну общую кривую, в отличие от природного алмаза с его возможными внутрицентровыми переходами. Метод комбинационного рассеяния света (КРС) с накачкой УКИ варьируемой длительности 0.3-12 пс (длина волны – 0.5 мкм) использовался в исследованиях для оценки in situ динамики и величины механических напряжений, формирующихся в фокальной области алмаза в течение УКИ, поскольку данный параметр, наряду с температурой, важен для динамики структурных трансформаций оптических центров. Диагностика с использованием спонтанного мгновенного КРС на оптическом фононе алмаза показывает как плазма-индуцированную структурную динамику, так и динамические изотропные и анизотропные напряжения амплитудой порядка 10 ГПа в фокальной области, которые могут в процессе записи фотолюминесцентных микрометок локально влиять на структуру оптических центров также, как и давления в статических аппаратах высокого давления. Фотолюминесценция (ФЛ), возбуждаемая на длинах волны 405 и 532 нм в микрометках, записанных жесткофокусированными (NA= 0.65) УКИ с разной энергией, длительностью (0.3,1 и 2.4 пс) и экспозицией, регистрировалась в схеме конфокального микроскопа для характеризации эффектов энергии/интенсивности УКИ и экспозиции на формирование микрометок. ФЛ-микрометки с периодом 20 мкм записывались на глубине 200 мкм в природном алмазе УКИ с длиной волны 0.5 мкм и длительностью 0.3, 1.0 и 2.4 пс при фокусировке с NA=0.25 при варьируемой экспозиции. При данных условиях ранее регистрировалась ФЛ-эмиссия вакансий алмаза, а также локальных колебательных мод, связанных с вакансиями. Конфокальная КРС/ФЛ микроспектроскопия показывает полосы характерных оптических центров - N3(3NV)-центр с БФЛ около 415 нм и длинноволновые фононные повторения, NV-центр с БФЛ на 637 нм и неразрешенными длинноволновыми фононными повторениями. Усиление ФЛ-эмиссии по сравнению с фоном имеет спектральный контраст 250 для NV-центров в области около 700 нм против 4-5 для N3 и других центров в области 400-550 нм. Аналогичные микро-QR коды считываются ФЛ-сканером, разработанным и построенным нами для ПАО «АЛРОСА» (https://youtu.be/X3Z_jcWowks). Многократно большее усиление ФЛ-эмиссии для NV-центров можно связать с интенсивным отрывом атомов азота от наличных A- (2N), B1- (4NV) и B2-центров в алмазе №1 фотоинжектированными вакансиями, с формированием NV-центров. Для более детального понимания процесса формирования ФЛ-меток были сопоставлены пиковые интенсивности ФЛ-эмиссии (637 нм, NV-БФЛ) NV-центров и А-полосы (420 нм) в этом алмазе в зависимости от длительности и интенсивности УКИ, а также экспозиции. Впервые отмечается, что формирование NV-центров оказывается хорошо коррелирующим с динамической рекомбинацией ЭДП, отражаемой А-полосой. Также, интенсивность ФЛ-эмиссии NV-центров линейно возрастает с ростом экспозиции при всех длительностях и энергиях УКИ, в противоречии с предыдущими результатами других исследователей. Таким образом, проведенные исследования выхода ФЛ под действием УКИ позволили исследовать основополагающие мультимасштабные процессы транспортировки УКИ к месту записи, механизмов нелинейного фотовозбуждения кристаллического материала с учетом поляризационных эффектов и связанной с ним электронной динамики, сверхбыстрого транспорта плазмы и переноса ее энергии в решетку с генерацией изотропных и анизотропных напряжений, необходимые для понимания последующей структурной модификации оптических центров в объеме алмаза. ФЛ-исследования микрометок, записанных УКИ в объеме природного алмаза, показали масштабируемость процесса как вниз – до генерации однофотонных источников, так и вверх – для повышения контраста меток, а также его возможный механизм, связанный с перераспределением примесного азота между центрами с учетом лазерной инжекции вакансий. Данные фундаментальные исследования были реализованы участниками проекта и индустриальным партером ООО «Микролазер» для ПАО «АЛРОСА» в виде фотолюминесцентного сканера микрометок в алмазах (http://eng.alrosa.ru/alrosa-introduces-revolutionary-nanomarking-technology-to-trace-diamonds/, https://www.bloomberg.com/news/articles/2021-07-06/from-mine-to-wedding-finger-russian-diamond-track-and-trace, https://russian.rt.com/science/article/937270-tehnologiya-markirovka-almazy-lazer), отработка технологии будет продолжена в рамках проекта в последующие годы. 3. Непосредственно поляризационные эффекты при фотовозбуждении алмаза были изучены в режиме поверхностной одноимпульсной абляции (100)-грани природного алмаза под действием жесткофокусированных (NA = 0.65) УКИ длительностью 0.3,1 и 3 пс с длиной волны 0.5 и 1 мкм. Вращение поляризации в пределах 2-teta относительно кристаллографических осей приводило к фотовозбуждению алмаза в U,W-точках зоны Бриллюэна с шириной прямой щели 11.4 и 18.1 эВ. В результате, впервые в исследованиях алмаза наблюдалось изменение порога абляции от 4 до 7-8 Дж/см2 для УКИ длительностью 0.3 пс, тогда как пикосекундные импульсы не показывали такого контраста. Такой характер зависимостей был подтвержден для грани (111) и объемных измерений выхода ФЛ и пропускания УКИ накачки сквозь алмаз в зависимости от поляризации. Наблюдаемый эффект является очень важным, поскольку демонстрирует необходимость правильной ориентации алмаза или линейной лазерной поляризации для достижения устойчивой записи, а также дает различные средства - максимизация выхода ФЛ или минимизация пропускания записывающих УКИ для оптимизации ориентации in situ. 4. В качестве иммерсионных материалов для алмаза были исследованы полированные пластинки из лёгкоплавких халкогенидных стёкол. Из них предварительно были отобраны три стекла, которые имели близкий к алмазному показатель преломления (2,38) и обеспечивали оптическое пропускание в ближнем и среднем ИК диапазоне. Это два образца иммерсионных составов на основе селенида германия и один образец на основе мышьяка и серы. Первый образец селенида германия имеет низкое оптическое пропускание и высокую дисперсию показателя преломления, стекло на основе мышьяка хотя и пропускает свет в красной области света, но содержит ядовитый мышьяк – работать с ним опасно. В результате было решено использовать стекло эвтектического состава селенида германия. У него хорошее оптическое пропускание в диапазоне 800-11500 см^-1 (12,5-0,87 мкм), отсутствует рассеяние света и незначительна дисперсия показателя преломления. Это стекло очень перспективно для просвечивания алмазов с развитой поверхностью в ближнем ИК диапазоне с целью обнаружения скрытых внутренних дефектов и для измерений в среднем ИК диапазоне. Температура размягчения стекла около 175 °С, при этом оно практически не испаряется, не ядовито, с ним удобно работать. Тонкую подстройку показателя преломления иммерсионного материала планируется реализовать путём небольшого изменения состава или подбором температуры измерений. При измерении лучевой стойкости иммерсионных составов обращалось внимание на нелинейные свойства материалов, проявляющиеся в виде насыщения поглощения или многофотонных процессов взаимодействия лазерного излучения с веществом мишени. УКИ на длине волны 1030 нм и частоте 10 кГц фокусировались на образец в пятно диаметром ~ 60 мкм. При данных условиях фокусировки поверхность и объем мишеней не подвергались разрушению, пробой поверхности наблюдался на нескольких образцах при энергиях лазерных импульсов, близких к максимальным. Также, в 2021 году был спроектирован, приобретен и апробирован стенд-пресс для высокотемпературного формования твердотельной иммерсии на базе ZnSe. 5. Была реализована математическая модель процесса прохождения оптического излучения через оптическую систему и на ее основе создана программа на языке Python. Разработанная программа позволяет восстанавливать значение фазы волны через распределение ее интенсивности, что позволило исследовать особенности формирования структуры двумерного волнового фронта. Разработанный метод для восстановления комплексной амплитуды поля на основе решения уравнения переноса интенсивности связывает интенсивность I (модуль квадрата комплексной амплитуды поля) и её продольную производную ∂I/∂z с фазой 𝜙 световой волны. Он строится вокруг расчета продольной производной ∂I/∂z между двумя и более выбранными плоскостями из слоя пространства, в которых были получены распределения интенсивности. Данный способ решения отличается своей простотой и эффективностью с точки зрения быстродействия и точности восстановления модуля когерентного светового поля. Были получены предварительные данные по фазовой визуализации поверхности алмазной пластины ориентации (100). Проводится оценка точности и воспроизводимости результата измерения. 6. С 4 по 7 октября 2021 г. на базе Физического института им. П.Н. Лебедева РАН проведена школа молодых ученых «Квантовые технологии лазерного формирования и широкополосной спектральной идентификации оптически-активных комплексов точечных дефектов в природных алмазах для промышленного трейсинга» с приглашением в качестве лекторов ведущих мировых ученых по тематике проекта. В мероприятии приняло участие 51 участник, из них: 7 российских и 9 зарубежных ученых-лекторов, а также 31 слушатель - российские молодые ученые в возрасте до 35 лет включительно, аспирантов (ординаторов, интернов, адъюнктов) и студентов. Сайт школы - https://laser-diamond-lab.ru/school/.

Аннотация результатов, полученных в 2022 году
Впервые в мире был сформирован и применен в исследованиях алмазов уникальный аппаратный комплекс спектральных методов (фурье ИК- (микро)спектроскопия в диапазоне 400-8000 см-1, оптическая (микро)спектроскопия пропускания УФ-ближнего ИК диапазона, 3D-сканирующая конфокальная микроспектроскопия комбинационного рассеяния КРС и фотолюминесценции ФЛ, возбуждаемых на длинах волн 405, 532, 785 и 1064 нм), позволяющий полноценную характеризацию пространственных распределений дефектно-примесных центров и микродефектов в алмазах. Комплекс дополняется поляриметрическим микрокартографированием механических напряжений и структурной анизотропии в алмазах. С использованием комплекса были изучены неоднородные по глубине зонально-секториальные распределения дефектно-примесных центров в розовых и бесцветных природных алмазах архангельского месторождения, природном алмазе со слаборадиоактивным включением (радиационно-наведенные вакансии), а также псевдо-неоднородность в синтетическом красном HPHT-алмазе из-за сильного поглощения входного возбуждающего и выходного КРС/ФЛ излучения, отработана методика нормировки распределений выхода ФЛ на распределение КР-сигнала с учетом эффекта конфокальности возбуждающего лазерного излучения. Оптически визуализированы и охарактеризованы методами КРС/ФЛ напряжения и неоднородность распределения дефектно-примесных центров в периодических микроплоскостях пластической деформации розовых и коричневых природных алмазов. С помощью ИК-микроспектроскопии азотных примесных центров на поверхности природных алмазов оценена чувствительность метода рентгеновской фотоэлектронной микроспектроскопии и его верификационные возможности структурных исследований для поверхностного картографирования широкого спектра примесных центров различных химических элементов в сочетании с ИК-спектроскопией. Для ориентированных кристаллов HPHT-алмаза впервые исследованы азимутальные зависимости выхода динамической ФЛ в дофиламентационном и филаментационном режимах распространения линейно-поляризованных ультракоротких лазерных импульсов фемто-пикосекундной длительности, отражающие, как оказалось, дисперсию зонной структуры алмаза при многофотонном межзонном возбуждении и отсутствие анизотропии при возбуждении плотной электрон-дырочной плазмы, доминирующей в поглощении лазерного излучения. Для ультракоротких лазерных импульсов с длиной волны 515 и 1030 нм для алмазов и других диэлектрических материалов впервые обнаружена обратная пропорциональность пороговой мощности начала филаментации от длительности лазерных импульсов, указывающая на пороговую энергию как инвариант начала филаментации, в том числе – в результате задержанного вклада в нелинейную поляризацию среды от когерентного возбуждения КР-активных оптических фононов. В режиме эволюционной релаксации вложенной энергии (через последовательные электронную, акустическую, тепловую и структурно-фазовую стадии) без кумулятивного нагрева, но с многоимпульсным кумулятивным накоплением структурных изменений в зависимости от энергии и экспозиции проведена запись ультракороткими лазерными импульсами ФЛ-микрометок в алмазах с низкой (атомные N, двухатомные 2N) и высокой (2NV, 3NV, 4NV, 4N2V и др.) степенью агрегации азотных примесных центров, обнаружены механизмы их структурной модификации в метках в результате фотодиссоциации и генерации вакансионно-междоузельных френкелевских пар, обнаружены пороговые по энергии лазерных импульсов процессы трансформации центров. Показано, что при низкой концентрации неравновесные вакансии присоединяются к примесным азотным центрам, увеличивая степень агрегации, а при высокой – согласованно отрывают атомы азота с образованием NV-центров. При высоких энергиях и экспозициях отмечен существенный выход центров N3a и N3b типа (комплексы 3NV-B2, включающие углеродные междоузлия), который можно связать с локальным накоплением углеродных междоузлий при интенсивном расходе сопряженных с ними углеродных вакансий. В итоге, оказалось возможным реализовать режимы лазерного воздействия, которые в зависимости от условий частично обесцвечивают или частично окрашивают природные и синтетические алмазы, в том числе – с локальным существенным изменением показателя преломления, что имеет перспективы для записи в объеме алмазов нано- и микро-оптических устройств. При стационарном нагреве в диапазоне 25-450 0С в природном алмазе реализована запись ФЛ-микрометок с нарастающим в несколько раз выходом ФЛ, что будет использовано для разработки метода температурных добавок при исследование тепловых механизмов лазерной записи ФЛ-микрометок. С другой стороны, отжиг в бескислородной среде природного алмаза с метками при температурах до 1200 С показывает сохранение и даже усиление интенсивности ФЛ оптически-контрастной маркировки. Твердотельная иммерсия разрабатывалась на базе кристаллического ZnSe (в области нормальной дисперсии n=2.3-2.5, прозрачность в области > 600 нм), более тугоплавкого (температура плавления - 1525 0С), обладающего более высокой термической стойкостью и низкой токсичностью. С помощью имеющегося стенда впрессовки алмазов в атмосфере аргона при температурах < 800 0C получен разъемный оптический контакт ZnSe-алмаз без следов пирогидролиза халькогенида, на котором сквозь иммерсионный слой отчетливо наблюдалась поверхностная графитовая микромаркировка алмаза. Тем не менее, для ZnSe установлено сильное двухфотонное поглощение на длине волны 1030 нм, измеренный коэффициент которого для импульсов с длительностью 0.3 и 10 пс составил 4 см/ТВт. Это исключает возможность использования ZnSe как твердотельной иммерсии для микромаркировки с использованием ультракоротких лазерных импульсов с имеющимися длинами волн 515 и 1030 нм, но допускает использование для целей просмотра алмазов в оптическом и среднем ИК-диапазонах. Была реализована математическая модель и на ее основе создана программа на языке Python, позволяющая производить анализ и исследование волновых полей с учетом их поляризации для определения внутренних напряжений и протяжённых дефектов любых кристаллов, в том числе и природных алмазов. Предложенная модель основывается на связи фазовой функции комплексной амплитуды поля с распределением интенсивности этого поля через дифференциальное уравнение в частных производных второго порядка (уравнение переноса интенсивности). Была проведена оценка качества восстановления поверхностных и объемных дефектов определенной кристаллографической ориентации кристалла на основе решения данного уравнения. Была проведена оценка ограничений и воспроизводимость метода на основе уравнения переноса интенсивности, а также его точность. В качестве модельного объекта исследования был выбран абляционный кратер, полученный на поверхности кристалла ориентации (110) путем жесткой фокусировки лазерного излучения с длиной волны λ = 515 нм и длительностью импульсов τ = 300 фс, проведено сопоставление с данными атомно-силовой микроскопии. В итоге среднее значение ошибки восстановления профиля поверхности кратера составило ≈ 4.88%, в то время как ошибка определения глубины кратера составила ≈ 2.31%. При этом процесс определения глубины занял меньше 3 минут, а на атомно-силовом микроскопе аналогичная процедура занимает около 60 минут. Кроме того, ошибка восстановления профиля поверхности кратера была рассчитана для всех случаев граничных условий (без граничных условий, Неймана и Дирихле) и нескольких значений размеров исследуемой области, который варьировался от 4.875 мкм до 15.6 мкм с шагом 0.95 мкм. При этом расчет ошибки производился только в области, где расположен абляционный кратер, вне зависимости от размеров исследуемой области для уравнения переноса интенсивности. Получившиеся зависимости ошибки от размеров исследуемой области используемых для TIE для разных граничных условий имеют одинаковый характер и незначительные локальные отличия. При этом наименьшая ошибка при расчете уравнения переноса интенсивности достигается при использовании граничный условий Неймана.

Аннотация результатов, полученных в 2023 году
1.Впервые в мире природные и синтетические алмазы в виде пластинок полноценно локально охарактеризованы в отношении точечных примесных центров и областей пластической деформации методами панорамной фотолюминесцентной визуализации внутренней структуры (Diamond Inspector и т.п.), фурье-ИК и оптической спектральной микроспектроскопии (пропускания в диапазоне 200-1100 нм, комбинационного рассеяния и фотолюминесценции с накачкой на длинах волн 405 и 532 нм), а также поляриметрического картирования (633 нм), обнаруживающих различные сектора и зоны роста кристаллов, а также их включений перед лазерной модификацией состава точечных примесных центров и областей пластической деформации. Для полуколичественного анализа средних концентраций фотолюминесцирующих примесных центров N3, H3/H4 с помощью эталонных алмазов впервые в мире разработаны калибровочные соотношения, использующие спектры коэффициента оптического поглощения этих центров вблизи их бесфононной линии, а также их измеренные сечения поглощения для фемтосекундных лазерных импульсов. Спектроскопия электронного парамагнитного резонанса дополняла характеризацию примесных центров алмазов. Представленные процедуры характеризации алмазов использовались во всех основных опубликованных коллективом статьях. 2. С использованием набора тонких пластинок природных алмазов разных типов (IIa, IIa-IaA, IIa-IaAB, IIa-IaB, IaA, IaB) с широко варьируемой концентрацией различных видов азотных дефектов отработана новая методика измерений толщины и показателя преломления алмазов, основанная на интерферометрическом и спектрофотометрическом (инфракрасная (ИК) Фурье-спектроскопия) методах. Построен эталонный спектр поглощения алмаза в диапазоне в диапазоне от 400 до 5000 см-1 на основе спектров алмазов типа IIa. Предложен метод определения базовой линии и калибровки ИК-спектров с использованием оригинального набора реперных точек (400, 1838, 2493, 2666, 4000 см-1) и полученного эталонного спектра в двухфононной области. Новая, более точная процедура калибровки ИК-спектров уменьшает инструментальную ошибку измерения коэффициента поглощения и толщины образца, а соответственно – измерять многократно меньшие пороговые концентрации ИК-активных примесных центров. 3. Исследование режима локальной модификации состава точечных примесных центров и областей пластической деформации алмазов при воздействии в дофиламентационном режиме низкоэнергетических фемтосекундных лазерных импульсов (525 нм, 150 фс) с 80-мегагерцовой частотой следования проведено с помощью динамического in situ комбинационного рассеяния излучения накачки в фокальном объеме на оптических фононах. Показано, что кумулятивного квазистатического нагрева алмаза по мере роста экспозиции (числа поглощенных импульсов) не происходит - не меняются интенсивность, положение и полуширина КР-пика на 1332 см-1), каждый импульс воздействует сам по себе и теплопроводность алмаза достаточна для диссипации выделившегося тепла, а все изменения в спектре в силу безынерционности КРС-эффекта происходят в течение фемтосекундного лазерного импульса. Тем не менее, зависимости интенсивности, положения и полуширины КР-пика на 1332 см-1 от энергии импульсов показали, что с ростом энергии электрон-дырочная плазма генерирует через акустический потенциал деформации давление, увеличивающее частоту оптического фонона, а при более высоких энергиях распад оптических фононов по схеме Клеменса в акустические фононные моды ускоряется уже в течение импульса, вызывая локальный квази-нагрев решетки. В последнем режиме резко усиливается модификация азотных примесных центров, что связывается нами с усилением образования необходимых для этого вакансионно-междоузельных пар Френкеля в алмазной решетке. Методом добавок (дополнительный стационарный нагрев до температур порядка 400 С) независимым способом оценены эффективные температуры, достигаемые в режиме квази-нагрева алмаза в конце каждого лазерного импульса. 4. Впервые в мире исследовано многофотонное резонансное поглощение в алмазе фемтосекундных лазерных импульсов с длиной волны 4 и 5 мкм (длительность – 250 фс), отвечающей полосам его двухфононного поглощения для оптической ветви (оптический бифонон) и смешанного (оптический/акустический фононы). При интенсивностях излучения менее 1 ТВт/см2 методами z-scan и I-scan установлено двухфотонное поглощение алмаза с коэффициентом около 30см/ТВт. Облучение красного синтетического алмаза марки Imperial Diamond Red при более высоких интенсивностях излучения показало визуальное и спектральное просветление пластины в зоне облучения, спад интенсивности фотолюминесценции для NV-центров и рост для Н3-центров, в ИК-спектрах заметно уменьшилась интенсивность Н1а (NC4V) и Н1b (NC4VN) центров – промежуточных продуктов распада/образования NV- и Н3-центров. Наблюдаемая структурная модификация связывается с прямым тепловым эффектом ИК-лазерного колебательного возбуждения алмаза. Проведен цикл атомистических суперкомпьютерных расчетов эволюции NV и H3 дефектов в алмазе при конечных температурах в присутствии дополнительных вакансий. 5. Изучены остаточные напряжения, вызванные лазерным оптическим пробоем и графитизацией в объеме природного алмаза IaA-типа (с B2-дефектами), в субфиламентационном режиме фемтосекундными лазерными импульсами с различной энергией. С помощью скрещенных поляризационных фильтров визуализированы зоны сжатия и растяжения в областях воздействия. Методом КР-спектроскопии получены пространственные профили напряжений сжатия (до 1 ГПа) и разрежения (до 2 ГПа) в области пробоя в зависимости от энергии лазерного импульса. Полученные данные показали, что рост напряжений растяжения происходит быстрее, чем сжатия с увеличением энергии накачки, что указывает на роль напряжений сжатия в микроразрушении алмаза, сопровождающегося графитизацией. Установлено, что остаточные напряжения явно выражены вблизи границы области графитизации (пробитой и непробитой зон). Наведенные напряжения распространяются за пределы видимой зоны пробоя и уменьшаются до нуля на расстоянии около 10 мкм. 6. На примере модельного синтетического алмаза Ib-типа с известной концентрацией атомарных С-центров азота для филаментационного режима фокусировки фемтосекундных лазерных импульсов видимого диапазона в объеме кристалла по полному локальному расходу С-центров (данные ИК и оптической спектрофотометрии) и соответствующему насыщению выхода продуктов облучения - NV-центров – путем присоединения свободной вакансии к С-центру рассмотрены производительности процессов формирования NV-центров (ηNV = 10^12–10^13 NV/см3) и I-V пар (ηIV = 10^13–10^14 IV/см3) за импульс, а также эффективности образования точечных дефектов ηIV/Рeh = 10^−7–10^−8 I-V пара/e-h пара в лазерной электрон-дырочной плазме с околокритической плотностью Peh = 10^21 см−3. Данные оценки согласуются с результатами масштабирования режимов облучения, дающего однофотонные источники NV-центров, а также проливают свет на процессы радиационного повреждения алмаза и других непроводящих материалов. 7. На модельном образце синтетического алмаза показана возможность его многофотонной фемтосекундной лазерной микромаркировки путем нелинейного поглощения в лазерном фокусе (коэффициент двухфотонного поглощения на длине волны 525 нм – 13 см/ТВт) - записи и считывания фотолюминесцентных меток - на длине волны 525 нм через пластину ZnS толщиной 3 мм (без впрессовывания алмаза) при незначительной потере контраста и интенсивности меток, а также незначительном нелинейном поглощении иммерсионной среды (коэффициент двухфотонного поглощения на длине волны 525 нм – 0.6 см/ТВт). 8. Проведены исследования объемных дефектов в кристаллах алмазов методами оптического коррелятора изображения, цифровой голографии и переноса интенсивности на основе математической модели, разработанной ранее. Продемонстрирована применимость коррелятора изображений на основе полутоновых и бинарных голограмм Фурье для фазовой визуализации объемных неоднородностей в кристалле алмаза.