Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка технологии получения нового поколения комбинированных голограммных и дифракционных оптических элементов с изменяемыми оптическими характеристиками на основе тонкопленочных наноматериалов и наноструктурированных стекол.

Докладчик: Кубанкин Александр Сергеевич

Должность: старший научный сотрудник, Доцент

Цель проекта:
Разработка технологии и создание экспериментальных образцов комбинированных голограммных (ГОЭ) и дифракционных (ДОЭ) оптических элементов с изменяемыми оптическими характеристиками для миниатюрных оптических и оптико-электронных систем. Исследование возможностей применения разрабатываемых элементов в областях вакуумного ультрафиолета и мягкого рентгена.

Основные планируемые результаты проекта:
1. Основным результатом будет создание образцов оптических элементов типа «плоской» оптики в виде ГОЭ-ДОЭ, комбинированных с плазмонными решетками.
2. Разработка позволит существенно снизить массо-габаритные параметры миниатюрных оптических и оптико-электронных приборов и систем, а также расширить эксплуатационно-климатические условия их работы.
3. Новизна заключается в моделировании технологических операций стохастических процессов методом Монте-Карло и использовании новых технических решений для создания ГОЭ-ДОЭ.
4. Разрабатываемые в проекте ГОЭ-ДОЭ обладают существенно большей спектрально-угловой селективностью и дифракционной эффективностью в сравнении с имеющимися зарубежными аналогами.
5. Заявленные результаты будут достигнуты в процессе решения следующих задач:
- исследовать связь между параметрами фазового поверхностного микрорельефа ГОЭ-ДОЭ и качеством формируемого изображения (аналитическое исследование на основе методов теории дифракции электромагнитного излучения);
- исследовать зависимости характеристик спектрального фильтра на основе плазмонных решеток, сформированных в виде наноструктур в металлодиэлектроческих пленках, от параметров плазмонных решеток (аналитическое исследование на основе решения системы уравнений Максвелла с учётом граничных условий сшивки решений, задаваемых формой рельефа поверхности структуры);
- разработать технологию изготовления ГОЭ-ДОЭ с микрорельефом рабочих поверхностей и определить режимы плазменно-химического травления (ПХТ) для получения поверхностного микрорельефа с заданными параметрами (используется специализированное оборудование);
- установить возможность использования ГОЭ-ДОЭ в качестве монохроматоров вакуумного ультрафиолета и мягкого рентгена (создание модели на основе теории дифракции и экспериментальное исследование);
- установить возможность использования ГОЭ-ДОЭ в качестве источников излучения в областях вакуумного ультрафиолета и мягкого рентгена при взаимодействии с элементами пучков заряженных частиц (создание модели на основе теории дифракции и экспериментальное исследование).

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1. Области применения:
- оптические фотоприемные устройства избирательного спектра;
- объективы различных оптических устройств;
- лазерные системы освещения;
- спектрометрические приборы;
- мультиплексоры и демультиплексоры;
- формирование плоских изображений знако-символьной информации в очках, шлемах и пр.;
- формирование объемных изображений в экранами мониторов, телефонов и прочих устройств;
- формирование изображений для индикации качества различных продуктов;
- преобразование волновых фронтов света в различных устройствах, например, интерферометрах.
2. Практическое внедрение результатов проекта определяется более высокими функциональными характеристиками разрабатываемых ГОЭ-ДОЭ в сравнении с существующими аналогами при меньшей стоимости.
3. Разрабатываемые ГОЭ-ДОЭ в дальнейшем позволят повысить качество и функциональность оборудования, в состав которого входят подобные компоненты, что в целом улучшит качество самого оборудования. В основном, это будет возможно за счёт превосходства разрабатываемых ГОЭ-ДОЭ над современными аналогами по функциональным и эксплуатационным характеристикам.

Текущие результаты проекта:
Согласно плану-графику получены следующие результаты:
1. Разработана математическая модель комбинированных ГОЭ-ДОЭ, формирующих заданные волновые фронты света и обеспечивающих заданное изменение спектрального пропускания при изменении углов падения входных пучков света (спектрально-угловой селективности).
2. Обоснован метод решения уравнений электромагнитной теории применительно к комбинированным ГОЭ-ДОЭ с учетом технологических погрешностей процесса их изготовления и выбранных типов тонкопленочных наноматериалов.
3. Выполнено численное моделирование параметров и характеристик образцов комбинированных ГОЭ-ДОЭ методом фурье-мод.
4. Разработан метод синтеза комбинированных ГОЭ-ДОЭ, сочетающих функции преобразователя волновых фронтов света и плазмонного фильтра с изменяемой спектрально-угловой селективностью.
5. Осуществлён выбор типов наноматериалов и их технологических особенностей для оптимизации параметров и характеристик спектральных фильтров, методов получения комбинированных ГОЭ-ДОЭ с плазмонными решетками и поверхностным фазово-оптическим рельефом стеклянных подложек.
6. Разработано специализированное программное обеспечение для синтеза плазмонных фильтров со спектрально-угловой селекцией с учетом параметров выбранных тонкопленочных наноматериалов.
7. Разработаны тестовые задачи для моделирования работы комбинированных ГОЭ-ДОЭ, иллюстрирующие наличие влияния погрешностей изготовления отдельных операций в цепочке технологического процесса.
8. Разработана математическая модель для расчёта характеристик излучения в областях вакуумного ультрафиолета и мягкого рентгена, генерирующегося при взаимодействии нерелятивистских и релятивистских электронов с периодическими средами.
9. Выполнено исследование возможности использования ГОЭ-ДОЭ в областях вакуумного ультрафиолета и мягкого рентгена на основе предполагаемых характеристик изготавливаемых ГОЭ-ДОЭ.
10. Проведены пуско-наладочные работы существующих экспериментальных установок для создания ГОЭ-ДОЭ, выполнена оптимизация установок для выполнения запланированных задач.
11. Разработаны и испытаны узлы экспериментальной установки для исследования характеристик излучения, возникающего при взаимодействии вакуумного ультрафиолетового и мягкого рентгеновского излучений, а также быстрых электронов с ГОЭ-ДОЭ.