Методика нелинейно-оптической спектроскопии, основанная на процессe когерентного антистоксова рассеяния света (КАРС), занимает особое место в нашей группе. Это направление развивается с середины 70-х годов и неразрывно связано с именами основателя группы профессора Н. И. Кортеева, а также ее руководителей С. М. Гладкова и А. А. Иванова. Техника КАРС-спектроскопии основана на возбуждении комбинационно-активных степеней свободы атомных и молекулярных систем, связанных с колебательными и вращательными движениями, а также электронными переходами в системе. Для возбуждения комбинационно-активной моды используются световые поля с частотами ω_p (поле накачки E_p) и ω_s (стоксово поле E_s), разность которых настроена на комбинационный-активный резонанс с частотой Ω. Пробное световое поле с частотой ω_pr (поле E_pr) взаимодействует со сфазированными колебаниями молекул, испытывая неупругое рассеяние, приводящее к генерации сигнального поля на частоте ω_as = ω_p – ω_s + ω_pr, несущего спектроскопическую информацию о системе и позволяющего получить высококонтрастные изображения мельчайших деталей пространственной структуры объектов различной природы. В наиболее широко используемом двухчастотном варианте КАРС-спектроскопии частота пробного поля ω_pr выбирается равной частоте поля накачки ω_p, что позволяет реализовать КАРС-взаимодействие, приводящее к генерации сигнала на частоте ω_as = 2ω_p – ω_s  = ω_p + Ω, с использованием двух лазерных источников – источника фиксированной частоты ω_p и перестраиваемого по частоте источника поля ω_s.

Методы когерентного комбинационного рассеяния света открывают уникальные возможности для исследования быстропротекающих процессов в веществе и реализации новых принципов микроскопии физических, химических и биологических систем. Основные преимущества техники КАРС как метода диагностики обусловлены высоким пространственным разрешением, обеспечиваемым нелинейной природой процесса, высокой чувствительностью, связанной с когерентным характером явления, а также высокой химической селективностью в условиях точной настройки световых полей в резонанс с комбинационно-активными модами исследуемых объектов. Благодаря этому уникальному сочетанию возможностей техника КАРС-спектроскопии и микроскопии находит широкое применение в различных приложениях при исследовании возбужденных газовых сред, плазмы, пламен и процессов горения. В частности, в нашей группе была  разработана методика исследования населенностей возбужденных состояний атомов и ионов, а также техника диагностики пространственного распределения возбужденных частиц для различных компонент лазерной плазмы на основе спектроскопии когерентного рассеяния света (КАРС), показана возможность увеличения эффективности процессов четырехволнового взаимодействия в полых волноводах и структурах с фотонной запрещенной зоной. Эффективность, экономичность и гибкость источников излучения для КАРС-микроспектроскопии является одним из ключевых факторов, определяющих целессобразность использования этого метода в практических системах, включая системы биомедицинского назначения.

Многие современные системы для КАРС-микроскопии основаны на использовании синхронизированных твердотельных фемтосекундных лазеров либо пикосекундных лазеров и оптических параметрических усилителей. Будучи практически идеальными для этой цели источниками света, эти способы, однако, остаются сложными в использовании и дорогими. Нами было предложено использовать в качестве перестраиваемого по частоте источника излучения в КАРС-спектрометрах и КАРС-микроскопах микроструктурированные волокна. Одна из основных целей данного проекта – показать, что такие волокна могут быть успешно использованы для целей КАРС-микроспектроскопии и биовизуализации, открывая возможности разработки компактных и гибких волоконных источников света для КАРС микроспектроскопии, а также предлагая привлекательные решения для эндоскопии, основанной на КАРС, и биовизуализации in vivo. Дальнейшее развитие схемы взаимодействия световых полей в КАРС-спектросокпии и микроспектроскопии возможно при использовании световых импульсов со специальными профилями фазы.

Методика КАРС используется для когерентной микроскопии биологических объектов. Основные преимущества техники КАРС как метода биомедицинской диагностики обусловлены высоким пространственным разрешением, обеспечиваемым нелинейной природой процесса КАРС, высокой чувствительностью, связанной с когерентным характером явления, а также высокой селективностью в условиях точной настройки световых полей в резонанс с комбинационно-активными модами исследуемых молекул. Благодаря этому уникальному сочетанию новых возможностей и преимуществ техника КАРС-микроскопии находит все более широкое применение в биомедицинской оптике, включая решение задач визуализации деталей пространственной структуры и исследования отдельных процессов внутри живых клеток.