Az ultrarövid lézerimpulzusokat alkalmazó kísérletek majdnem mindegyike igényli a fény fókuszálását, hiszen így érhető el a vizsgált fizikai folyamatokhoz szükséges fényintenzitás. A fókuszálás folyamata azonban jelentősen befolyásolhatja a fényintenzitás eloszlását a fókuszpont környezetében. Ennek forrása nem csak a fókuszáló elem esetleges hibája, hanem inherensen kapcsolódik a fény hullámtermészetéhez, annak elhajlásához, más néven diffrakciójához. A kutatások célja, hogy magyarázatot adjon a fókuszáláskor fellépő jelenségekre, ezek nemkívánatos hatásainak elkerülésére optimalizálási lehetőségeket keressen, vagy éppen új fizikai jelenségekre mutasson rá. Az elméleti vizsgálatok mellett fontos a megjósolt folyamatok kísérleti igazolása is. Kutatásaink célja így a legtöbb esetben kísérleti oldalról is ellenőrizni a számolások eredményeit. Az általunk méréssel nem tanulmányozott, de numerikusan modellezett jelenséget sok esetben a világ más kutatócsoportjai igazoltak kísérletileg. Kutatásaink jelenleg elsősorban a fókuszált ultrarövid lézerimpulzusok vivő-burkoló fázisának változásaira irányulnak. Ebben az esetben is célunk a kísérleti vizsgálat.

A lézertechnológia rohamos fejlődése, az egyre növekvő intenzitások elérése új tudományterületek felé nyit utat. Ma már egyetemi laboratóriumokban rutinszerűen előállíthatóak olyan intenzív lézerterek, melyek esetében az elektromos térerősség eléri, sőt meghaladja az atomok, molekulák elektronjait kötő (Coulomb-) tér nagyságát. A nagy intenzitású (10¹⁴ W/cm²) lézertér képes atomok vagy molekulák) elektronjainak kiszakítására (optikai ionizáció), és a szabaddá vált elektronok gyorsítására. Ha az elektron visszajut az iontörzs közelébe, ott befogódhat, és energiája egy foton formájában kibocsátódik. Kutatócsoportunk fő érdeklődési területe az attoszekundumos impulzusok keltésének vizsgálata, optimalizációja. A vizsgálatokat elméleti modellekkel illetve a TeWaTI laboratóriumban épülő attoszekundumos berendezésnél kísérleti módszerekkel végezzük.

A kutatócsoport modern optikai leképező módszerek és eljárások fejlesztésével, optimalizálásával és alkalmazásával foglalkozik. Fő kutatási irányunkat a biológiai minták nagy térbeli feloldású, polarizáció érzékeny leképezése jelenti, amely lehetőséget ad a sejtekben és szövetekben lejátszódó molekuláris szintű mechanizmusok követésére és megértésére. A módszerek fejlesztése összehangolt fizikai, informatikai és biológiai kutatásokat kíván meg.

A Fény-anyag kölcsönhatási (Light-matter interaction) csoport fő kutatási területe annak tanulmányozása, milyen hatások válthatók ki különböző anyagok lézeres besugárzása során. Ennek keretében vizsgálunk lézeres anyagmegmunkálási eljárásokat (fúrás, vágás, maratás, olvasztás, párologtatás), felületmódosító technikákat (mikro- és nanostrukúrák kialakítása, felületkémiai változások előidézése) és anyagátviteli módszereket (PLD, MAPLE, LIFT). Mindezek közben egyik fő célkitűzésünk a lézerek lehetséges, új orvosi alkalmazásainak felkutatása, a meglévő technikák fejlesztése, a fény és a biológiai anyagok között lejátszódó kölcsönhatási folyamatok leírása, eredményeink bevezetése a hétköznapi életbe.

A kutatócsoport szakmai érdeklődésének fókuszában a nanométeres mérettartományba eső struktúrák előállítása és alkalmazása áll. Célunk különféle anyagi rendszerek nano- és mikrostruktúrálása: olyan - esetenként lézeres - technikák alkalmazásával, melyekkel nanorészecskék és nanoszerkezetű rendszerek hozhatók létre, és nano- és/vagy mikroméretű mintázatok alakíthatók ki. Vizsgálataink elsősorban a változásokat előidéző mechanizmusok megismerését - elemi lépéseinek felderítését, leírását - célozzák. Kutatási portfóliónk azonban alkalmazásorientált: legtöbbször olyan eljárásokat tanulmányozunk, melyeknek jól látható gyakorlati haszna van, vagy olyan anyagi rendszereket vizsgálunk amelyek ipari érdeklődésre tartanak számot.

A nanométeres valamint hullámhossz-nagyságrendű periódussal rendelkező fémstruktúrák alkalmazásával lehetőség nyílik a fény speciális, fém-dielektrikum határfelületeken lokalizált és haladó elektromágneses módusokba konvertálására. A lokalizált felületi plazmonokat és a terjedő plazmon polaritonokat nagy intenzitású elektromágneses tér kíséri, amely új utat nyit azon tudományterületeken, ahol a lokális térintenzitás kritikus kérdés. Kutatásaink célkitűzése plazmonikus struktúrák alkalmazása a fotodetektálás, a biodetektálás, az új anyagmegmunkálási eljárások és a fény generálása területén. Numerikus módszereket alkalmazunk olyan plazmonikus struktúrák tervezésére, amelyek az elektromágneses tér növekedését eredményezik specifikus spektrális tartományokban. A megvilágítás és a polarizáció irányát optimalizáljuk annak biztosítása céljából, hogy a lehető leghatékonyabb interakciót érjük el a plazmonikus módusok és az abszorberek/emitterek között.

Célunk optikai, szenzorikai alkalmazásokhoz mikro- és szubmikrométeres felbontású periodikus mintázatok (rácsok) készítése különféle anyagok felszínébe, lézereken alapuló eljárásokkal Munkánk alapvetően alkalmazás-motivált alapkutatás. Lehetséges alkalmazások:
• Transzmissziós és reflexiós optikai rácsok (lézerrendszerekben, spektroszkópiai eszközökben)
• Bioszenzorok (OWLS – rácscsatolt sík hullámvezető szenzorokként)
• Egyéb optikai elemek készítése (pl. polarizátor, SERS-aktív optikai szálvég)

Az optikai módszerek egyre nagyobb teret hódítanak el a metrológiai eljárások között. A félvezetők klasszikus optikai vizsgálatai (abszorpciós és reflexiós spektroszkópia) mellett előtérbe kerültek a reflexió során fellépő polarizáció-változást detektáló ellipszometriai módszerek, és a szilárdtestek sáv- és kötésszerkezetéről információt adó fotolumineszcencia és Raman-spektroszkópiai vizsgálatok. A kutatásaink során főleg ezen módszerekkel vizsgálunk félvezető- és napelemiparban használt anyagokat. A félvezető-optikai csoport kutatás-fejlesztési pályázatok és ipari együttműködés során alakult ki. A Semilab Félvezető Fizikai Laboratórium ZRt. támogatásával kialakítottunk egy hallgatói laboratóriumot. Itt a hallgatók az alapvető félvezető-optikai mérésekkel projektmunkák és labormérések során ismerkedhetnek meg.

Az Asztrofizika csoport fő kutatási területe a szupernóva-robbanások és ehhez hasonló tranziens folyamatok asztrofizikája. Ezen belül mind elméleti, mind kísérleti-megfigyelési vizsgálatokat folytatunk. Méréseink műszerezettségét a partnerintézmények biztosítják, rendszeresen használjuk a Bajai Csillagvizsgáló, az MTA CSFK Piszkéstetői Obszervatórium és a Szegedi Csillagvizsgáló távcsöveit, melyekkel CCD-fotometriai méréseket végzünk. Spektroszkópiai megfigyelésekre a University of Texas McDonald Obszervatórium HET távcsöve és a dél-afrikai SALT óriástávcső áll rendelkezésünkre.