«Самоорганизация нелинейно-оптических наночастиц в поле световой волны и фотонные кристаллы на их основе». Результаты выполнения НИР Госзадание №3.432.2014/K за 2016 год

Результаты выполнения НИР Госзадание № 3.432.2014/K «Самоорганизация нелинейно-оптических наночастиц в поле световой волны и фотонные кристаллы на их основе» за 2016 год

Исполнители работы:

Научный руководитель: д.ф.-м.н, проф. Денисюк И.Ю.

Основные участники: канд. физ. мат наук, доцент М.И. Фокина; канд. ф-м. наук, доцент Ю.Э. Бурункова; канд. ф-м. наук, доцент С.А. Позднякова; канд. ф-м. наук , инженер 1 категории В.К. Баля; канд. техн. наук, инженер-исследователь Н.А. Зулина; вед. инженер., канд. ф-м. наук Д.И.Жук; канд. физ. мат наук. Н.О. Собещук; инженер 1 категории, аспирант Е.Б. Шекланова

 

Цель НИР - исследовать процессы фотоиндуцированной самоорганизации трехмерных решеток из оптически активных наночастиц с целью создания научных основ применению их в различных элементах фотоники.

Для достижения данной цели в работе решаются следующие задачи:

- Исследование нанокомпозитного материала с наночастицами золота, самоорганизованными в трехмерной сетке, фиксированной в полимерной матрице -

плазмонный резонанс наночастиц, организованных в трехмерную решетку, 

- Изменение оптических, в том числе нелинейно-оптических свойств структур, основные наблюдаемые закономерности.

- Исследование адсорбции люминесцирующего красителя, адсорбированного на поверхность AuНЧ самоорганизованных в 3D решетку с целью усиления оптических эффектов, обусловленных люминесценцией.

- Определение областей и методов применения созданных элементов в реальном секторе экономики.

 

Исследованы процессы создания фотополимеризующегося нанокомпозита на основе наночастиц золота, стабилизированных в смеси фотополимеризующихся поверхностно-активных мономеров методом адсорбцию на наночастице SiO2. Исследован способ записи периодических решеток на разработанном нанокомпозите и получения фотонных кристаллов на их основе. Получение нанокомпозита и запись в объеме периодической решетки приведены на Рис. 1.  

 

Рис. 1 Основные стадии получения нанокомпозита с частицами золота

 

Проведенные исследования динамики процессов записи 3D структур в разработанном нанокомпозите позволили выявить основные закономерности процессов записи и влияние на них введенных наночастиц.

В исследованиях проведенных на предыдущих этапах работы и описанных в прошлых отчетах были выявлены закономерности формирования структур при воздействии интерференционного поля на нанокомпозиционный материал. Дифракционная эффективность записанных структур с течением времени падала практически до нуля (см. предыдущий этап работы). Модуляция показателя преломления n1 резко изменяется при варьировании интенсивностью записи (см. рис. 2), что говорит о разных скоростях полимеризации мономера в темных и светлых областях. В результате этого была проведена модификация нанокомпозиционного материала с целью уменьшения деградации записанной структуры с течением времени (стабилизация дифракционной эффективности), повышению светочувствительности материала и сохранению эффективного перераспределения наночастиц и мономера.

 

Рис. 2. n1 как функция интенсивности записи (кривая – аппроксимация экспериментальных данных). Композит № 64а.

 

На следующем рисунке 3 приведен срез нанокомпозита с записанной в объеме трехмерной решеткой, который показывает наличие однородной записи во всем объеме нанокомпозита.

Обнаружен максимум в зависимости дифракционной эффективности в процессе записи решетки от времени записи и ее связь с мощностью записи. Фотографирование среза нанокомпозита с записанной решеткой и среза, перпендикулярного его поверхности показывает формирование самоорганизованной решетки, состоящей из наночастиц, перемещенных в области пучности световой волны интерференционной картины.

Рис. 3. Срез торца дифракционной решетки, записанной на в слое толщиной 55 мкм. (Срез слоя нанокомпозита толщиной 55 мкм, фиксированного между слоями адгезива)

Проведены исследования по усилению люминесценции под действием повышения локального поля в пределах плазмона, существующего в пределах полуволнового радиуса вокруг наночастицы золота. В НИР с целью усиления оптических эффектов, обусловленных люминесценцией, в матрицы с золотыми наночастицами Au15, были добавлены наночастицы эрбий-иттербий в концентрации порядка 0.5%. Наночастицы Er/Yb, также как и Au наночастицы были посажены на поверхность наночастиц SiO2. Некоторое расстояние между ними, определяемое радиусом наночастицы SiO2 задавало требуемое расстояние между металлом и люминофором, обеспечивающее выполнение вышеуказанного условия.

Были выполнены  экспериментальные измерения люминесценции образца при его накачке лазерным излучением с длиной волны 980 нм. Как известно, накачка ионов эрбия этой длиной волны происходит через ионы иттербия, являющимися для него енсибилизатором. Ионы иттербия имеют интенсивную полосу поглощения в области 0,9-1 мкм. В соответствии с уровнями энергии Yb/Er люминесценция ожидается в области 1535 нм.

 

Ниже приведена установка для иследования люминесценции наночастиц и спектр их люминесценции.

1 – лазерный источник, 2 – испытуемый образец, 3 – поворотное зеркало,

Л1,Л2, – собирающие линзы, ПК – персональный компьютер.

Рис. 4. Схема регистрации люминесценции при накачке 980 нм

 

1 –Er/Yb пленка; 2 –Er/Yb_решетка; 3 –Au_Er/Yb

Рис. 5. Спектры вынужденного излучения нанокомпозита содержащего наночастицы эрбий-иттербий при накачке 980 нм.

 

Таким образом, показано, что разрабатываемый нами нанокомпозиционный материал обладает эффектом плазмонного резонанса и может люминесцировать при вынужденном воздействии, как в видимой, так и в инфракрасной областях спектра. Резонансные эффекты в фотонном кристалле увеличивают эффективность люминесценции.

 

 

 

 

 

 

 

Информация © 2015-2017 Университет ИТМО
Разработка © 2015 Департамент информационных технологий