Предлагаемые методы и подходы (с оценкой степени новизны)

Решение поставленных физических задач будет осуществляться на основе комплексного экспериментального подхода с применением методов современной оптики и спектроскопии, активно используемых авторами данного проекта.

Спектры оптического поглощения нанопластин в колодных растворах в гексане будут получены методами абсорбционной спектроскопии. Исследование этих спектров позволит оценить величины коэффициента поглощения нанопластин на рабочих длинах волн лазеров, используемых для изучения нелинейного отклика исследуемых сред. Это позволит путём изменения концентрации растворов достичь одинакового значения коэффициента поглощения на необходимой длине волны для нанопластин различной толщины, что, в свою очередь, даст возможность провести объективное сравнение нелинейных свойств данных частиц и выявить зависимость величины фотоиндуцированного показателя преломления от толщины нанопластин. Предполагается использование непрерывных лазерных источников излучения с длинами волн 473 нм, 532 нм и 405 нм.

Для исследования нелинейнооптического отклика рассматриваемых сред будет использоваться метод аберрационного самовоздействия светового пучка [1–3] совместно с автоматизированной программной обработкой и восстановлением профиля интенсивности путем аппроксимации методом Левенберга-Марквардта. Исследование интерференционной картины в дальней зоне при прохождении лазерного пучка через кюветы, содержащие растворы нанопластин различной толщины, позволит определить величину, а также знак фотоиндуцированной нелинейности. Получение зависимости величины фотоиндуцированного показателя преломления от концентраций наночастиц в растворах, средней мощности лазерного пучка, проходящего через кювету, вязкости среды и толщины нанокристаллов даст возможность прояснить природу и механизмы возникновения фотоиндуцированной оптической нелинейности в коллоидных растворах нанопластин.

Литература

1. Ахманов С.А., Сухоруков А.П., Хохлов Р.В. Самофокусировка и дифракция света в нелинейной среде // УФН. 1967. Т. 93. № 1. С. 19 – 70.

2. Луговой В.Н., Прохоров А.М. Теория распространения мощного лазерного излучения в нелинейной среде // УФН. 1973. Т. 111. № 2. С. 203 – 248.

3. Аскарьян Г.А. Эффект самофокусировки // УФН. 1973. Т. 111. № 2. С. 249 – 260.

Общий план работ на весь срок выполнения проекта с детализацией первого года, включая предполагаемые поездки, закупки оборудования и комплектующих

В течение 2015 года будут проведены следующие работы:

1. Проведение модернизации экспериментальной установки для исследования фотоиндуцированной оптической нелинейности.

2. Разработка специализированного программного обеспечения для анализа изображения интерференционной картины, получаемой в дальней зоне при прохождении лазерного пучка через исследуемую среду.

3. Покупка:

• кварцевых кювет с различными длинами оптических путей (20 тыс. руб.);

• приобретение растворителей и расходных материалов для проведения работ (20 тыс. руб.);

• приобретение высокостабильного источника непрерывного лазерного излучения VA-I-N-473 с длиной волны 473 нм (100 тыс. руб.).

4. Будут проводиться измерения:

• спектров оптического поглощения для растворов нанопластин CdSe различной толщины при различных концентрациях наночастиц в растворах;

• зависимостей величины фотоиндуцированного показателя преломления от толщины нанопластин;

• зависимостей величины фотоиндуцированного показателя преломления от концентрации наночастиц в растворе, от средней мощности лазерного излучения, проходящего через кювету с раствором, и от вязкости среды для нанопластин различной толщины.

5. Будет проводиться анализ полученных результатов и определены механизмы возникновения фотоиндуцированной нелинейности в коллоидных растворах нанопластин CdSe различной толщины.

6. По результатам работ планируется командировка одного или двух исполнителей проекта для выступления на конференции; предполагаемая конференция – Physics and Mathematics of Nonlinear Phenomena 2015, Gallapoly (Italy).

Ожидаемые научные результаты с детализацией результатов за первый год выполнения проекта (развернутое описание с оценкой степени оригинальности; форма изложения должна дать возможность провести экспертизу результатов)

1. Будут исследованы спектры оптического поглощения для коллоидных растворов полупроводниковых нанокристаллов CdSe различной толщины (от 3 до 7 атомных слоев) при их различных концентрациях в растворах;

2. Будут определены величины коэффициента нелинейности в зависимости от толщины нанокристаллов;

3. Будет определено влияние концентрации нанокристаллов в растворе, средней мощности лазерного излучения, проходящего через кювету с раствором, и вязкости среды на значения фотоиндуцированного показателя преломления для коллоидных растворов нанокристаллов различных типов.

4. На основе полученных данных будут выявлены механизмы возникновения фотоиндуцированной нелинейности в коллоидных растворах нанокристаллов различной толщины.

5. Планируется публикация результатов, полученных в рамках проекта, в рецензируемом журнале.

Предполагается, что полученные в результате выполнения настоящего проекта закономерности позволят сформулировать пути получения сред с аномально высокими значениями фотоиндуцированного показателя преломления на основе полупроводниковых нанокристаллов планарной геометрии. Такие среды могут быть использованы при создании нелинейно-оптических затворов и переключателей, нанофотонных интегральных схем и других устройств, требующих высоких величин оптической нелинейности.