В последние годы сотрудниками института (А. Г. Литвак, В. А. Миронов, Г. М. Фрайман, А. В. Ким и др.) выполнен большой цикл исследований по теории нелинейных волн, ориентированный в первую очередь на приложения в области лазерной физики.
В присутствии сильного лазерного поля происходит существенное изменение характера электрон-ионных столкновений. При большом радиусе высокочастотных осцилляций электроны многократно возвращаются к иону и испытывают фокусирующее действие кулоновского потенциала, что приводит к изменению характеристик рассеяния. В отличие от традиционных представлений эффективность джоулева нагрева плазмы не ослабевает с ростом интенсивности электромагнитной волны, поскольку частота электрон-ионных столкновений медленнее спадает с ростом амплитуды лазерного поля E (E^—2 вместо E^—3). Кроме того, происходит генерация когерентного излучения на гармониках поля накачки, слабо зависящая от поляризации поля, появляются высокоэнергичные частицы, распределение их по энергиям имеет универсальный вид для нерелятивистских и релятивистских интенсивностей поля накачки.
Найден интеграл парных электрон-ионных столкновений, описывающий все указанные эффекты в сильных электромагнитных полях. Это позволяет учитывать эффекты столкновений в современных схемах описания инерциального УТС.

Развитие новейших лазерных технологий для генерации оптических импульсов фемтосекундной длительности стимулировало исследование процессов дальнейшего укорочения импульсов. В ИПФ РАН предложены и получили развитие следующие схемы компрессии лазерных импульсов в плазме.
• Экспериментально и теоретически продемонстрирована возможность усиления ультракороткого лазерного импульса в обратном рамановском рассеянии в плазме тонкого капилляра и в струе газа.
• Показано, что при распространении мощного фемтосекундного лазерного импульса в газонаполненном диэлектрическом капилляре может быть реализован новый механизм ионизационной самокомпрессии импульса, обусловленный формированием нелинейного плазменного волновода, аномальная дисперсия которого позволяет сгруппировать коротковолновые спектральные компоненты, появляющиеся в процессе ионизации газа. В оптимальном режиме предлагаемая схема компрессии позволит получать сверхкороткие импульсы c длительностью в несколько периодов поля и с энергией в десятки джоулей, что соответствует петаваттному уровню мощности.
• Предложены новые методы самосжатия лазерных импульсов вплоть до одного оптического периода поля мультипетаваттного уровня мощности, в которых механизмы укорочения лазерных импульсов принципиально связаны с нестационарностью процесса самовоздействия лазерного импульса в условиях возбуждения кильватерной плазменной волны. В одной из схем самосжатие импульса достигается благодаря нестационарности процесса самофокусировки пространственно ограниченного лазерного импульса с длительностью менее периода плазменной волны. В другой схеме происходит самокомпрессия лазерного импульса с длительностью, совпадающей с периодом плазменной волны. Компрессия обусловлена спецификой преобразования спектра релятивистски сильного импульса в плазме, когда на передней части импульса спектр трансформируется в красную часть (из-за вытеснения плазмы из области сильного поля), а в задней части спектр смещается преимущественно в синюю область, что при учете аномальной дисперсии плазмы приводит к сжатию импульса.

Для более эффективной передачи энергии частицам в схемах быстрого поджига инерциального термоядерного синтеза предлагается использовать метод laser hole boring (LHB), т. е. образование канала в плотной закритической плазме под действием релятивистски сильного лазерного излучения в результате пондеромоторного выталкивания частиц из области сильного поля. Применение этого метода сдерживается недостаточной скоростью прорастания канала и развитием в процессе образования канала неустойчивости типа шланговой. Показано, что благодаря соответствующему временному профилированию лазерных импульсов возможно значительное повышение эффективности формирования канала и улучшение его качества. Для этого необходимо, чтобы при взаимодействии излучения с плазмой был реализован гибридный режим, в котором проявляются черты релятивистски индуцированной прозрачности. Численное исследование показало, что основными факторами, определяющими близость к режиму релятивистски индуцированной прозрачности, являются крутизна переднего фронта лазерного импульса и «дробление» лазерной энергии, т. е. использование вместо одного импульса последовательности нескольких коротких импульсов с контролируемой задержкой между ними.

Исследования ведутся в рамках следующих направлений:

• Нелинейная динамика высокочастотных волновых процессов
• Исследования электромагнитной индуцированной прозрачности ( EIT )
• Электронно-циклотронный нагрев плазмы в термоядерных установках
• Антенны в плазме