Наночастицы кремния могут оказаться невероятно полезными для оптоволоконной связи

13.05.2016

Международная группа исследователей из Московского физико-технического института (МФТИ), Университета ИТМО (г. Санкт-Петербург) и Австралийского национального университета доказала, что наночастицы кремния позволяют значительно увеличить интенсивность комбинационного рассеяния света. Результаты могут оказаться невероятно полезными для производства наноразмерных излучателей света и усилителей, применяемых в оптоволоконной связи.

Комбинационное рассеяние света (эффект Рамана) — это взаимодействие света с определёнными материалами, в результате которого получаются более длинные или более короткие длины волн или различные цвета. Это происходит, потому что свет, взаимодействуя с молекулой, вызывает повышение её энергии на величину, эквивалентную колебанию молекулы. В этом новом возбуждённом состоянии молекула повторно испускает фотон, энергия которого меньше энергии исходного фотона. Уменьшенная энергия фотона в результате даёт бо́льшую длину волны и красный цвет.


Этот эффект в настоящее время часто используется в оптоволоконной связи для усиления сигналов, проходящих через длинные отрезки стекловолокна. Комбинационное рассеяние также делает возможной передачу света от сильного возбуждающего пучка в более слабый пучок данных. Благодаря подобному комбинационному усилению сегодня осуществляется большинство междугородних и международных телефонных звонков.

Как правило, для создания комбинационного рассеяния света используются металлические наночастицы. Однако в исследовании, описанном в журнале «Nanoscale», российские и австралийские исследователи изучали кремниевые наносферы, поддерживающие оптические резонансы, известные как резонансы Ми.

Резонансные длины волн зависят от размера частиц. Самая большая из них, известная как магнитный дипольный резонанс, как правило, сравнима с диаметром частицы.

Однако это последнее исследование выявило, что показатель преломления света у кремния (то, как световое излучение распространяется через среду) настолько велик, что его магнитный дипольный резонанс наблюдается при длинах волн более 300 нанометров, даже если диаметр частиц составляет всего 100 нанометров.

Это означает, что для получения усиленных оптических явлений, таких как спонтанное излучение света и усиленное поглощения света, могут быть использованы гораздо меньшие наночастицы кремния.

В ходе экспериментов исследователи обнаружили, что при падении света на резонансную частицу интенсивность рамановского излучения в 100 раз больше, чем в случае нерезонансных частиц.

«Комбинационное рассеяние света невероятно полезно на практике, оно позволяет не только обнаруживать микроскопические количества химических соединений, — заявил в пресс-релизе аспирант МФТИ и один из авторов работы Денис Баранов, — но и [также будет полезным, чтобы] передавать информацию на большие расстояния». Баранов отмечает, что ввиду продолжающейся миниатюризации электронных и оптических устройств всё больше возрастает потребность в наноструктурах, обладающих эффектом комбинационного рассеяния света при малых размерах. «Наши наблюдения указывают на возможного кандидата — кремниевые наночастицы», — говорит Баранов.

Источник

акция сервис-центра написать нам скачать каталог заказать звонок