Регистрация / Вход
Прислать материал

14.578.21.0071

Аннотация скачать
Общие сведения
Номер
14.578.21.0071
Тематическое направление
Индустрия наносистем
Исполнитель проекта
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС"
Название доклада
Создание управляемых элементов для прецизионной фотоники на основе электрооптических градиентных структур.
Докладчик
Малинкович Михаил Давыдович
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Проблема, на решение которой направлен проект, заключается в отсутствии технологии роста градиентных структур с электрооптическим эффектом. В настоящее время технология роста градиентных структур (пленок) освоены лишь на нескольких предприятиях в мире. При этом методики получения электрооптических структур на основе таких технологий не разработаны.
1) Разработка методов синтеза тонкопленочных кристаллографически ориентированных сегнетоэлектриков на аморфных и кристаллических подложках, а также способов их послеростовой обработки с целью формирования заданной коэрцитивной силы и исследование физических механизмов и технологических параметров, определяющих величину этой силы.
2) Разработка технологии получения многослойных тонкопленочных градиентных электрооптических структур, предназначенных для создания оптических прецизионных приборов с перестраиваемыми (подстраиваемыми) характеристиками под действием внешнего электрического поля.
Актуальность и новизна исследования
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.
В результате получения научно-технического результата проекта прогнозируется ускорение развития оптического приборостроения, квантовой оптоэлектроники, медицинской диагностики вследствие появления принципиально новых для этих областей не имеющих аналогов приборов.
Описание исследования

Большинство существующих электрооптических устройств базируется на монокристаллических объемных материалах, и гораздо меньшая часть – на пленочных покрытиях. Однако, будучи интегрированными в тонкопленочные многослойные градиентные покрытия (метаматериалы), электрооптические пленки способны быть инструментом точной настройки базирующихся на этих покрытиях средне- и высокоточных лазерных гироскопов, резонаторов и перспективных спектральных устройств. Данный управляющий эффект достигается благодаря возможности прецизионного изменения показателя оптических свойств электрооптического покрытия приложением электрического поля.

Результаты исследования

Разработана эскизная конструкторская документация на экспериментальные образцы многослойных тонкопленочных электрооптических градиентных структур и на макет функционального элемента узкополосного оптического фильтра на основе многослойной тонкопленочной электрооптической градиентной структуры согласно техническому заданию. Получены результаты численного моделирования характеристик и управляющих полей макета оптического фильтра. Проведены экспериментальные исследования по созданию многослойных тонкопленочных электрооптических градиентных структур, выявлен наиболее подходящий метод синтеза. Изготовлены образцы многослойных тонкопленочных электрооптических градиентных структур в количестве 4 шт; разработаны программы и методики исследовательских испытаний экспериментальных образцов многослойных тонкопленочных электрооптических градиентных структур. Произведена наработка и исследования подложек для экспериментальных образцов многослойных электрооптических градиентных структур, в количестве 10 штук. 5 штук из кремния, 5 штук из сапфира. По результатам атомно-силовой микроскопии о шероховатости поверхности подложек можно сделать вывод о пригодности этих подложек для дальнейших экспериментов. Наработаны (резка, шлифовка, полировка и химическое травление пластин) и проведены исследования (методами атомно-силовой микроскопии) подложек для макета функционального узкополосного фильтра на основе многослойной тонкопленочной электрооптической градиентной структур в количестве 3 шт. Измерены характеристики электрооптических структур: диаметр 50 мм; толщина 1 мм; толщина слоя 150 нм; показатель преломления на рабочей длине волны 1,82÷1,83; видимые дефекты поверхности 0 шт. Изготовлен макет функционального элемента узкополосного оптического фильтра и разработана соответствующая Программа и методики исследовательских испытаний. Измеренные характеристики макета: пропускание на рабочей длине волны 0,67; ширина интервала с пропусканием в половину высоты пика 3,1 нм; сдвиг рабочей длины волны при подаче внешнего поля 1,8%; коэффициент пропускания s-компоненты и р-компоненты 0,99 и 0,01, соответственно; изменение относительной величины пропускания во внешнем поле 0. Результаты экспериментальных исследований обработаны, интерпретированы и сравнены с компьютерной моделью. Скорректированы параметры синтеза тонкопленочных электрооптических структур. Элементные и структурные исследования макета функционального элемента узкополосного оптического фильтра показали наличие текстуры с осью z, перпендикулярной подложке, шероховатость 15 нм, однородный характер распределения частиц и элементов. Наилучшим режимом послеростовой обработки макета признан отжиг на воздухе при 400 °С. Исследовано влияние обработок многослойных тонкопленочных электрооптических градиентных структур и макетов функциональных элементов на их основе лазерными фемтосекундными импульсами. 

Практическая значимость исследования
Научно-техническим эффектом от внедрения результатов проекта станет получение технологических приемов создания управляемых элементов, не имеющих мировых аналогов, для прецизионной фотоники на основе электрооптических градиентных структур. С помощью разрабатываемой технологии будут созданы новые более точные системы лазерной гироскопии, перестраиваемые высокодобротные резонаторы, лазерные системы, потребность в которых существует в таких областях, как техника для железнодорожного транспорта, геологической разведки и предсказания землетрясений, станкостроительной промышленности.
В качестве экономического эффекта от внедрения результатов проекта ожидается получение прибыли от коммерциализации результатов научной работы и, как следствие, получение прибыли от продажи на российском и мировом рынке конкурентоспособной высокотехнологичной продукции.
Возможно использование разрабатываемых систем в военной технике, что обуславливает эффект увеличения оборонного потенциала страны.