Регистрация / Вход
Прислать материал

Создание управляемых элементов для прецизионной фотоники на основе электрооптических градиентных структур.

Номер контракта: 14.578.21.0071

Руководитель: Малинкович Михаил Давыдович

Должность: Доцент

Организация: федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС"
Организация докладчика: Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС"

Аннотация скачать
Постер скачать
Презентация скачать
Ключевые слова:
оптико-механические системы, электрооптический эффект, прецизионная оптика, адаптивная оптика, сегнетоэлектрическая поляризация.

Цель проекта:
Для оптического приборостроения одной из центральных задач является улучшение технических характеристик приборов, повышение их точности и надежности при значительном уменьшении их массогабаритных характеристик. Решение этой задачи возможно при разработке адаптивных оптических приборов с высокой скоростью изменения параметров непосредственно в процессе работы прибора. В таких приборах появляется возможность подстраивать или перестраивать параметры приборов в процессе функционирования, добиваясь оптимальных характеристик влияющих на их работу элементов и систем. Разработка адаптивных оптических приборов обеспечивает увеличение функциональных возможностей приборов при существенном снижении массогабаритных характеристик, так как в них один оптический модуль прибора сможет выполнять функции нескольких модулей. Для оптических приборов, у кото-рых основными функциональными элементами являются тонкопленочные многослойные си-стемы, эта задача не решена. Наиболее эффективным решением этой задачи представляется разработка тонких пленок, изменяющих свои оптические характеристики под действием элек-трического поля с высоким быстродействием – электрооптических тонких слоёв. Такие слои, помещенные в тонкоплёночную многослойную систему, являются не только оптическими, но и управляющими слоями. При подаче напряжения на электрооптическую пленку (20 – 30 В) меняется её показатель преломления и, следовательно, её оптическая толщина. Многослойная система спроектирована таким образом, что при изменении оптической толщины управляюще-го слоя или нескольких управляющих слоев изменяются заданным образом оптические харак-теристики всей системы. В проекте ставится задача разработать технологию получения элек-трооптических тонких слоёв ниобата лития и других материалов методом магнетронного рас-пыления. Авторами проекта показано, что для разработки и производства оптических приборов весьма перспективными являются градиентные и наноградиентные покрытия. Отсутствие в градиентных покрытиях границ между слоями разных материалов приводит к снижению оптических потерь (из-за отсутствия рассеяния на шероховатостях границ слоёв). Применение различных профилей показателя преломления (линейного, квадратичного, синусоидального, многочлена 5-степени и других) позволяет улучшить спектрально-амплитудные, угловые, по-ляризационные, фазовые характеристики оптических покрытий, в том числе, как показали ис-следования, обеспечивается их очень широкий рабочий спектральный диапазон и большой интервал рабочих углов. Включение в градиентные тонкопленочные среды электрооптических тонких слоёв позволяет создать перестраиваемые оптические системы и на их основе адаптивные оптические приборы. Будет, таким образом, создано новое и уникальное направление в оптическом приборостроении; приборы, изготовленные на основе градиентных электрооптических элементов, будут обладать принципиально новыми функциональными возможностями, существенно улучшатся также характеристики оптических элементов, например, диэлектрических зеркал, фазовращателей, поляризаторов, фильтров. Цель проекта: Разработка технологии получения многослойных тонкопленочных градиентных электрооптических структур, предназначенных для создания оптических прецизионных приборов с перестраиваемыми (подстраиваемыми) характеристиками под действием внешнего электрического поля. Задачи, необходимые решить для достижения цели: 1 Разработка математической модели многослойной градиентной электрооптической структуры, её компьютерное моделирование в зависимости от величины и конфигурации электрического поля на электрооптических слоях, синтез параметров структуры для: осуществления сдвига полосы пропускания узкополосного оптического фильтра в видимой области спектра на 1,5 % при напряженности электрического поля ~105 В/см, изменения относительной величины коэффициентов пропускания/отражения излучения для его s- и р- поляризаций в диапазоне 0 - 0,01 в поле напряженностью от 0 до 105 В/см. 2 Разработка и экспериментальное исследование многослойных градиентных электрооптических систем, распределения показателя преломления в пределах каждого градиентного слоя с тем, чтобы: - сдвиг рабочей длины пропускания/отражения узкополосного оптического фильтра в видимой и ближней ИК области спектра – от 400 до 3000 нм - достигал 1,5% при напряженности электрического поля ~105В/см; - изменение относительной величины коэффициентов пропускания/отражения излучения на рабочей длине волны для s- и р-поляризаций находилось в диапазоне 0 - 0,01 при изменении напряженности электрического поля от 0 до ~105 В/см. 3 Разработка лабораторной технологии получения многослойных градиентных электрооптических структур, включающей синтез в едином цикле градиентных и электрооптических слоев с заданными параметрам.

Основные планируемые результаты проекта:
1. Проект лабораторного регламента получения многослойных тонкопленочных электрооптических градиентных структур.
2. Экспериментальные образцы многослойных тонкопленочных электрооптических градиентных структур.
3. Макет функционального элемента узкополосного электрооптического фильтра на основе многослойной тонкопленочной электрооптической градиентной структуры.
4. Технические требования и предложения по разработке, производству и эксплуатации продукции с учетом технологических возможностей и особенностей индустриального партнера.
5. Проект технического задания на проведение ОТР по теме: «Разработка технологии создания электрооптических рабочих элементов для приборов прецизионной оптики».

Макет функционального элемента узкополосного оптического фильтра на основе тонкопленочной электрооптической градиентной структуры будет иметь следующие характеристики:
 пропускание для рабочей длины волны, отн. ед., не менее 0,6;
 ширина спектрального интервала, содержащего длины волн, для которых коэффициент пропускания T(R)=0,3 - 5 нм;
 сдвиг рабочей длины пропускания узкополосного оптического фильтра в видимой и ближней ИК области спектра – от 400 до 3000 нм - 1,5% при напряженности электрического поля ~105В/см;
 коэффициент пропускания s – компоненты излучения на рабочей длине волны, для рабочего угла падения, отн. ед., не менее 0,99;
 коэффициент пропускания p – компоненты излучения на рабочей длине волны, для рабочего угла падения, отн. ед., не более 0,01;
 изменение относительной величины коэффициентов пропускания излучения на рабочей длине волны для s- и р- поляризаций будет находиться в диапазоне 0 - 0,01 при изменении напряженности электрического поля от 0 до ~105 В/см.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
С использованием результатов, полученных в данной работе, станет возможным создать следующие продукты:
1. Высокодобротный подстраиваемый (перестраиваемый) резонатор для CRLS – спектрометров – медицина, контроль окружающей среды.
2. Перестраиваемые фильтры, поляризаторы - оптическое приборостроение и военная техника.
3. Модуляция оптического сигнала - информационные системы.
Новизна - мировой уровень.
Пути и способы достижения заявленных результатов изложены в ТЗ.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Разрабатываемая технология создания электрооптических градиентных структур предназначена для использования:
- в квантовой электронике – для точной настройки лазерных резонаторов;
-в оптическом приборостроении и в военной технике – создание перестраиваемых фильтров, поляризаторов, зеркал и других адаптивных элементов;
-в информационных системах – модуляция оптического сигнала;
-в медицинской промышленности – приборы ранней амбулаторной диагностики ряда трудно диагностируемых заболеваний по составу выдоха человека;
-в атомной промышленности – обнаружение малых концентраций водорода в области атомных реакторов.
Способ использования – изготовление на предприятии, являющимся индустриальным партнером, перестраиваемых оптических элементов для приборов точной оптики.

Текущие результаты проекта:
1. Расчетом и компьютерным моделированием показано, что в структуре, состоящей из слоев с низким (1,48) и высоким (2,0) показателями преломления и содержащих электрооптический слой на основе ниобата лития можно осуществить сдвиг рабочей полосы пропускания фильтра до 2,5%.
2. Разработана эскизная конструкторская документация на экспериментальные образцы многослойных тонкопленочных электрооптических градиентных структур.
3. Разработана эскизная конструкторская документация на макет функционального элемента узкополосного оптического фильтра на основе многослойной тонкопленочной электрооптической градиентной структуры.
4. Определены оптимальные параметры технологического процесса создания электрооптических структур.