Она способна пропускать инфракрасное излучение в очень широком диапазоне
Сотрудники научной лаборатории волоконных технологий и фотоники химико-технологического института Уральского федерального университета (УрФУ, Екатеринбург) впервые в мире вырастили оптические волокна диаметром от 90 микрометров (0,09 мм) из кристаллов галогенидов серебра и одновалентного таллия. На основе волокон, собранных в пучки диаметром до 2 мм, они получили волоконный канал, который позволяет измерить тепловое поле объектов, находящихся в труднодоступных местах или в агрессивной (к примеру, радиоактивной) среде, и получить его изображение. Результаты исследования представлены в журнале Infrared Physics & Technology.
Новая кристаллическая система AgBr-TlBr0,46I0,54 способна пропускать инфракрасное излучение в очень широком спектральном диапазоне (от -200 до +1120°C) и со стабильно высоким коэффициентом пропускания, порядка 70 %.
«По ширине спектрального диапазона наша кристаллическая система уникальна, аналоги передают температуру от +60°C. И световоды, выполненные из них, непригодны для работы с отрицательными и комнатными температурами, — рассказывает сотрудник научной лаборатории волоконных технологий и фотоники Анастасия Южакова. — Помимо этого, волокна, полученные из нашей кристаллической системы, отличаются большой пластичностью и прочностью, поэтому их можно применять без защитной оболочки, удобно транспортировать, при изгибе волоконного пучка не возникает оптических потерь».
Излучение измеряемого объекта передается по пучку волокон на тепловизор, который преобразует излучение в тепловое изображение, различаемое человеческим зрением. Возможно получить сведения и о химическом составе среды, в которой находится объект.
Микроскопический размер волокон, а также особая конфигурация и плотность их сборки — в форме шестиугольника, на оптимальном расстоянии друг от друга — избавляет от «перетекания» излучения из одного волокна в другое и от перекрестных помех. Это делает изображение четким и позволяет эффективно обрабатывать визуальную информацию.
«Кроме того, материал является диэлектриком, то есть плохо проводит электрический ток, поэтому передача теплового излучения не будет сопровождаться помехами, даже несмотря на присутствие сильного электромагнитного поля», — поясняет Анастасия Южакова.
Кристаллы исходного вещества AgBr-TlBr0,46I0,54 становятся пластичными при невысокой температуре — 200–250°C, поэтому «вытягивание» волокон происходит гораздо проще, быстрее и безопаснее, чем при использовании других подобных материалов. Необходимое для этого оборудование компактнее, а технология — дешевле. Сферы применения волокон и волоконных каналов из них многообразны: наука, атомная энергетика, приборостроение, металлургия, тяжелая промышленность, космические исследования.
«Волокна, встроенные в инфракрасные телескопы, заменят громоздкие и тяжелые зеркала и линзы, позволят не только принимать, но и передавать излучение космических объектов к приемникам, которые обрабатывают и отправляют данные с орбиты на Землю. Возможно, таким образом будут обнаружены планеты с тепловым полем, как у Земли, пригодные для жизни человека», — заключает Анастасия Южакова.
Отметим, новая кристаллическая система разработана под руководством профессора кафедры физической и коллоидной химии УрФУ Лии Жуковой и подробно изучена доцентом кафедры технологий стекла УрФУ Дмитрием Салимгареевым.
УрФУ — один из ведущих университетов России, участник проекта 5-100, расположен в Екатеринбурге — столице Всемирных студенческих игр 2023 года. Вуз выступает инициатором создания и выполняет функции проектного офиса Уральского межрегионального научно-образовательного центра мирового уровня (НОЦ), который призван решить задачи национального проекта «Наука».