Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка новых квантовых материалов и фотонных устройств на их основе

Аннотация скачать
Постер скачать
Презентация скачать
Ключевые слова:
квантовый материал, многофункциональный оптический материал, стекло, стеклокерамика, кристалл, материал инфракрасного диапазона, лазерный материал, материал с наночастицами благородных металлов, материал с квантовыми точками, материал для голографической памяти, материал для записи и обработки информации, материал для приемников инфракрасного излучения, синтез стекол, фототермоиндуцированная кристаллизация, фотонное устройство, инфракрасный фотоприемник, инфракрасный лазер, термодетектор, лазерный фильтр, микрочип лазер, брэгговский селектор, голографический мультиплексор, нелинейный поглотитель высокого быстродействия.

Цель проекта:
Формулировка задач: • Разработка новых материалов – многофункциональных наноструктурированных стеклообразных материалов, графеноподобных структур, XBn-структур и структур с кантовыми ямами, работающих в широком спектральном диапазоне, для задач фотоники и фотоэлектроники • Разработка технологии синтеза новых материалов - разработка технологии синтеза многофункциональных стекол и стеклокерамик с высокой однородностью и прозрачностью; технологии выращивания графеноподобных структур; технологии синтеза XBn-структур и структур с кантовыми ямами • Практическая реализация новых материалов в оптоэлектронных, оптических, телекоммуникационных и лазерных системах. Разработка, создание и демонстрация экспериментальных образцов устройств на основе новых фотонных материалов: фотоприемников на основе сверхрешеток, фотоприемных матриц, работающих в диапазонах 3-5 мкм и 8-12 мкм, микро-чип лазера с распределенной обратной связью на 1.5 мкм, брэгговского селектора для мощных полупроводниковых лазерных линеек и матриц, сумматора-комбайнера мощных лазерных пучков • Формулировка цели: Ориентация проекта на технологическую независимость - создание импортозамещающих продуктов и технологий в области ИК техники: источников, фотоприемников и элементной базы фотоники

Основные планируемые результаты проекта:
• Составы многофункциональных стекол и стеклокерамик, активированных редкоземельными ионами, молекулярными кластерами, квантовыми точками, наночастицами и нанокристаллами
• Технологии синтеза стекол с высокой прозрачностью и однородностью.
• Технология синтеза стеклокерамики с наноразмерной кристаллической фазой в матрице стекла.
• Составы и структуры низкоразмерных и гибридных материалов на основе графена. Технологии выращивания графена методом химического осаждения из газовой фазы и технологии выращивания гибридных структур на основе графена с нанотрубками методом распыления дисперсии и его последующего распыления.
• Технологии выращивания XBn-структур и структур с кантовыми ямам с заданными фотоэлектирческими характеристиками методом молекулярно-лучевой эпитаксии
• Элементы и устройства фотоники и фотоэлектроники на основе новых материалов: нелинейно-оптические фильтры-лимиттеры лазерного излучения, сверхузкополосные спектральные фильтры, сумматоры-комбайнеры лазерных пучков, интегрально-оптические и волоконно-оптические сенсоры, лазер с распределенной обратной связью, нелинейные поглотители высокого быстродействия, модуляторы, микроболометры, фотодетекторы ИК-диапазона для тепловизоров.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
• Новые стекла и стеклокерамики, активированные ионами редких земель и переходных металлов, молекулярными кластерами, квантовыми точками, наночастицами и нанокристаллами.
• Графеноподобные гибридные материалы.
• Технологии синтеза новых материалов.
• Элементы и устройства фотоники и фотоэлектроники на основе новых материалов:
Иттербий-эрбиевый лазер с распределенной обратной связью (длина волны излучения 1.55 мкм)
Мини-лазер на основе самопреобразования вынужденного комбинационного рассеивания
Фотодетекторы ИК-диапазона для тепловизоров на основе XBn-структур (спектральный диапазон 3-5 мкм),
Фотодетекторы ИК-диапазона для тепловизоров на основе структур с квантовыми ямами (спектральный диапазон 8-12 мкм).
Нелинейные поглотители высокого быстродействия.
Модуляторы.
Микроболометры (спектральный диапазон 1.2 -12 мкм).
Сверхузкополосные спектральные и пространственные фильтры
Интегрально-оптические и волоконно-оптические сенсоры
Сумматоры-комбайнеры лазерных пучков
Нелинейно-оптические фильтры-лимитеры лазерного излучения

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
• Проект ориентированы на приоритетное направление развития науки, технологий и техники РФ «Индустрия наносистем» и критические технологии: «Технологии получения и обработки функциональных наноматериалов» и «Технологии создания электронной компонентной базы и энергоэффективных световых устройств». Новые квантовые материалы, заявленные в проекте, определяют стратегию развития оптической и оптоэлектронной компонентной базы информационно- телекоммуникационных систем, которые также выделены в разряд приоритетных направлений - «Информационно-телекоммуникационные системы».
• Проект ориентирован на разработку новых квантовых материалов с уникальными электронными и оптическими свойствами и создания на их основе фотонных устройств, включающих фотодетекторы, лазерные источники излучения, оптические элементы приборов и систем для российской оптической и электронной промышленности.
• Проект ориентирована на три сегмента рынка фотоники: лазеры, оптическая элементная база и фотоприемники.
• Проект сочетает в себе как проблемно-ориентированную, так и объектно-ориентированную направленность. Проблемно-ориентированная направленность включает обозначение проблемы как у нас в стране, так и за рубежом (в частности, это сильно ограниченная номенклатура материалов, на основе которых возможно создание приборов и устройств фотоники и оптоэлектроники нового поколения), так и пути решения этой проблемы (например, создание новых классов квантовых материалов). Объектно- ориентированная направленность включает конкретные примеры разработок новых квантовых материалов и применение этих материалов в конкретных приборах и устройствах фотоники и оптоэлектроники
• Полученные результаты проекта будут использованы для промышленного освоения Индустриальным партнером - ОАО «ЦНИИ «Циклон» новых видов оптоэлектронной продукции и технологий: ИК фотодетекторов и источников излучения, а также компонент оптических телекоммуникационных систем с характеристиками соответствующими мировому уровню.
• Отечественные квантовые материалы и фотонные устройства на их основе, разработанные и созданные в результате проекта, по своим тактико-техническим характеристикам не будут уступать лучшим мировым аналогам, а по себестоимости будут на 20-30% ниже импортных. Снижение себестоимости, в первую очередь, связано с использованием отечественных сырьевых материалов
• При решении задач по созданию новых квантовых материалов и устройств фотоники и фотоэлектроники на их основе, в том числе, таких как источники и фотоприемники ИК диапазона, компоненты проводных и беспроводных оптических телекоммуникаций, а также организации их серийного производства на базе российских предприятий, будет обеспечена возможность комплектования полностью отечественным оборудованием критических узлов ИК оптоэлектроники, а также проводных и беспроводных оптических линий связи. Таким образом, будет решена главная задача – создание импортозамещающих продуктов и технологий в области ИК техники (фотоприемников, источников и элементной базы оптических телекоммуникаций), которая попадает под перечень двойных технологий.

Текущие результаты проекта:
• Получены экспериментальные образцы стекол и стеклокерамик, активированных редкоземельными ионами, молекулярными кластерами, квантовыми точками, наночастицами и нанокристаллами. Исследованы их химико-физические характеристики. Разработана конструкторская и эксплуатационная документация на стенд контроля качества материалов, элементов и устройств фотоники и изготовлен стенд. Разработан лабораторный регламент изготовления экспериментальных образцов элементов и устройств фотоники. Изготовлены экспериментальные образцы фильтров для повышения спектральной яркости мощных полупроводниковых лазерных линеек и матриц с высокой температурной стабильностью длины волны
• Разработаны математические модели и компьютерные алгоритмы для анализа свойств новых квантовых материалов для фотодетекторов на основе графеновых структур. Разработаны методики математического и численного моделирования для получения изображения из массива пикселей фотодетектора. Получены экспериментальные образцы графеновых структур. Разработана программа и методики испытаний образцов графеновых структур и проведены их испытания. Разработана конструкторская и эксплуатационная документация на стенд контроля качества материалов, элементов и устройств фотоэлектроники и изготовлен стенд. Разработан лабораторный регламент допирования нанотрубок. Получены экспериментальные образцы структур на основе графена с нанотрубками. Разработана программа и методики испытаний функциональных и эксплуатационных характеристик материалов фотоэлектроники. Проведены испытания функциональных и эксплуатационных параметров образцов графеновых структур
• Получены экспериментальные образцы новых гибридных материалов. Разработана программа и методики испытаний гибридных материалов и проведены их испытания. Разработана программа и методики испытаний функциональных и эксплуатационных характеристик высокоскоростных материалов. Проведены испытания образцов гибридных высокоскоростных материалов.
• Разработаны лабораторные регламенты выращивания XBn-структур и структур с квантовыми ямами с заданными фотоэлектрическими характеристиками. Разработан лабораторный регламент на процесс производства ИК-фотодетекторов на основе XBn-структур и структур с квантовыми ямами.
• Разработана программа и методики испытаний на соответствие параметров состава и структуры образцов активированных стекол и стеклокерамик, значениям, указанным в ТЗ, и проведены испытания. Разработана программа и методики испытаний на соответствие функциональных и эксплуатационных параметров активированных стекол и стеколкерамик значениям, указанным в ТЗ. Проведены испытания.