Разработка красноярских ученых позволит удешевить многие оптические устройства

796Зеркала и фильтры используют в оптических и спектральных приборах, измерительной и диагностирующей аппаратуре, лазерной, проекционной и осветительной технике.

Ученые Института физики им. Л. В. Киренского Федерального исследовательского центра Красноярский научный центр СО РАН (ФИЦ КНЦ СО РАН) совместно с коллегами из Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова и Сибирского федерального университета предложили и экспериментально продемонстрировали новый способ формирования структуры фотонного кристалла с улучшенными спектральными характеристиками. Это позволит упростить и удешевить многие оптические устройства, заменив несколько светофильтров одним оптическим элементом.

Ученые предложили новый способ формирования фотонных кристаллов методом «суперпозиции модуляции». Суть метода заключается в формировании пространственной решетки фотонного кристалла путем сложения нескольких гармонических функций (колебаний). Для этого в качестве исходного материала ученые используют поликристаллический кремний и методом электрохимического травления придают ему пористость, варьируя ее от одного слоя к другому. Чтобы сделать кремний прозрачным, структуру отжигают в печи при высокой температуре, окисляя кремний до кварца.

В результате кривая пропускания света полученного фотонного кристалла содержит несколько независимых фотонных запрещенных зон. С помощью такой структуры ученые получают более широкие возможности для спектральной фильтрации света. Все вещества при нагревании имеют характерные спектры электромагнитного излучения, по которым их можно обнаружить и идентифицировать с помощью спектральной аппаратуры даже в крайне малых концентрациях. Для этого используется спектральный анализ, суть которого состоит в разложении света в частотный спектр и измерения интенсивности отдельных линий в нем. Недостатком спектральной аппаратуры являются достаточно большие габариты и ее дороговизна. В ряде случаев требуются достаточно простые, дешевые и компактные устройства для обнаружения и идентификации определенных веществ. Обычно для этих целей используют комбинацию из нескольких оптических фильтров для выделения интересующих спектральных линий или узких спектральных полос.

«Предложенный нашей группой способ позволяет заменить комбинацию нескольких фильтров всего одним элементом. В результате, снижаются потери света на оптических элементах. Устройство становится легче, компактнее и дешевле. Это обеспечивает широкие возможности интегрирования элементов в существующие устройства, в том числе в различные гаджеты и смартфоны, рынок которых постоянно растет, а функционал расширяется», — рассказал заместитель директора Института физики им. Л.В. Киренского ФИЦ КНЦ СО РАН, кандидат физико-математических наук Андрей Вьюнышев.

Результаты работы опубликованы в журнале Optics Letters.

Работа поддержана совместным грантом Российского фонда фундаментальных исследований и Красноярского краевого фонда поддержки научной и научно-технической деятельности, сообщили в ФИЦ КНЦ СО РАН.

Поделиться