Созданы сверхминиатюрные оптические фильтры

отметили
34
человека
в архиве

Команда ученых из России, Швеции и США представила устройства, способные выделять из широкополосного оптического излучения сверхузкую спектральную линию в видимом и инфракрасном диапазонах спектра и управлять ее положением. Соответствующая статья опубликована в журнале Optics Express.

Сегодня для фильтрации оптического излучения используются монохроматоры. Однако, у них есть существенный недостаток — значительные габариты и высокая стоимость. До сих пор решить эти проблемы не удавалось, несмотря на то, что такие устройства часто используются в научных исследованиях, в медицине для систем диагностики или в области телекоммуникаций.

Поддержанные грантом Российского научного фонда исследователи из Сибирского федерального университета и Института вычислительного моделирования СО РАН вместе с иностранными коллегами представили в новой работе устройства, представляющие собой пластинки размером три на три миллиметра, выполняющие функцию монохроматоров. Они состоят из нескольких тысяч периодически расположенных наноразмерных частиц в форме дисков.

Нанодиски расположены по углам элементарной квадратной ячейки, имеющий размер меньше длины волны света. Совокупность таких ячеек образует решетку из тысячи подобных элементов. Принцип работы этой пластинки основан на проявлении так называемых коллективных решеточных резонансов. Они возникают в результате синхронизации электромагнитных полей от отдельных частиц и внешнего поля.

Размеры таких пластинок, по словам исследователей можно менять от нескольких миллиметров — для применения в миниатюрных спектральных селекторах оптоволоконной связи — до нескольких сантиметров. В последнем случае устройства позволяют не просто измерить выделенный энергетический поток монохроматического излучения, а получить двумерное растровое изображение объекта на определенной длине волны. Если такую пластинку немного наклонить, то происходит тонкая перестройка выделяемой спектральной линии по длине волны. Такие возможности технологии открывают перспективы их применения, в частности, для медицинской биолюминесцентной диагностики.

Перед выбором материала устройства авторы работы проверили несколько различных веществ: ниобат лития, диоксид титана, арсенид галлия, а также кремний и германий. Их особенностью является полная прозрачность в применяемом спектральном диапазоне, которая определяет успех предложенного мини-фильтра. Оказалось, что наночастицы каждого из этих материалов показывают практически аналогичные свойства при использовании в устройстве, поэтому могут быть использованы для его изготовления.

Добавил precedent precedent 5 Марта 2020
Комментарии участников:
V.I.Baranov
+4
V.I.Baranov, 5 Марта 2020 , url

Это пожалуй прорыв! Прорыв в спектроскопическом приборостроении, да и в самой спектроскопии тоже!

buriy
+2
buriy, 5 Марта 2020 , url

нуу… может, технологический прорыв для русских технологов, но с точки зрения науки банальная же штука, не? я думал давно везде такое делают, голограммы ещё в 2000 году изготавливали.

так что это не открытие, это просто инженерия — попробуй сделай столько отверстий/легирований/других искажений структуры, тут фотолитография нужна или любой другой способ наложить подобную маску. 

на телефонах камеры сейчас с подобными элементами делаются, только там цель другая (и масштаб другой).

V.I.Baranov
+1
V.I.Baranov, 6 Марта 2020 , url

Публика дура и не видит, что у меня на горлышке бутылки стоит маленькая вороночка...

 Когда в световой микроскопии прорыв произошёл? Когда геометрическую оптику разработали и начали кустарные линзы изготавливать? или когда научились промышленно делать (варить стекло, отливать, шлифовать и пр.) микроскопные линзы?

Интерференционные фильтры мне в наших полупроводниках напыляли ещё в восьмидесятом году с очень узкой полосой пропускания (узким окном), а восстанавливать изображение микросхем по дифракционной картинке у нас умели начиная с середины шестидесятых (дефектоскопия микросхем, изображение от объектов много меньше длины волны)… Так что речь не о теории, а о новом промышленном (рутинном) методе анализа изображения… О той маленькой вороночке, что стоит на горлышке спектроскопической бутылки.

P.S. 1. Старый старый анекдот из серии о директоре цирка.

Приходит к директору цирка мужик с новым номером, выходит на середину арены, ставит бутылку из под шампанского, забирается под купал, прыгает и оказывается в бутылке… Директор просит показать ещё раз, а потом спрашивает в чём секрет номера… На что мужик и отвечает.....«Публика дура и не видит, что у меня на горлышке бутылки стоит маленькая вороночка...»

2. От светодиода до полупроводникового лазера… рукой подать....)))

buriy
+2
buriy, 6 Марта 2020 , url

Так если интерференционные фильтры в 80х годах ещё делали, то в чём прорыв-то тогда? Может, технологию до ума довели и точность повысили?
Из новости к сожалению не очень понятно, что именно там новое, а что старое.

V.I.Baranov
+2
V.I.Baranov, 6 Марта 2020 , url

Интерференционные расчитаны на одну длину волны и не перестраиваются… ну или очень громоздко перестраиваются. В данном случае сделан дифракционный фильтр, но не из полосок, как у решётки, а из точек распределённых по поверхности. Причём сами точки много меньше длины волны, имеют сложную структуру и специальным образом распределены по поверхности…Чистейшая «шахматная доска»! Вот то что из особых точек и есть их маленькая вороночка… Для того чтобы оценить прорыв вспомните разницу между  обыкновенной сферической линзой и линзой Френеля… Или дифракционные кольца… У такой кольцевой «решётки» очень чёткий максимум в центре.    А галограммы собираются из маленьких зеркалец, а не из дифракционных точек. Потому что галограмма ещё и фазу «лучам света» должна передать...)))



Войдите или станьте участником, чтобы комментировать