В Центре «Нано-Фотон» НИЯУ МИФИ представили технологию, которая закрывает одну из ключевых проблем дешёвой нанофотоники: как делать оптические микрорезонаторы дёшево, массово и при этом с высокой добротностью. Речь идёт о структурах на основе пористого кремния — материала, который сам по себе недорог, легко получается электрохимическим травлением и позволяет «под заказ» настраивать показатели преломления, толщину слоёв и пористость. Но до сих пор реальная добротность таких резонаторов редко поднималась выше 100, чего явно недостаточно для продвинутой сенсорики и квантовой фотоники.
Команда МИФИ совместила теоретическое моделирование и эксперименты: сначала на компьютере рассчитываются конфигурации пористых слоёв, способные максимально долго удерживать свет внутри микрорезонатора, затем подобные структуры воспроизводятся в кремнии и проверяются оптическими измерениями. Такой замкнутый цикл «модель → образец → валидация» позволил не просто улучшить качество, а удвоить добротность по сравнению с типичными ранее значениями — то есть фактически вдвое увеличить время жизни фотонов внутри резонатора.
Отдельный результат — работа с флуорофорами. Встраивая светоизлучающие молекулы в оптимизированный микрорезонатор, учёные добились почти шестикратного сужения спектра флуоресценции и заметного роста интенсивности сигнала. Это прямой маркер того, что взаимодействие света и вещества в такой структуре многократно усиливается.
Предложенная технология позволяет заранее проектировать микрорезонаторы с заданными параметрами для источников единичных фотонов, биосенсоров с высоким спектральным разрешением и оптоэлектронных устройств, где критична эффективность люминесценции. Работа опубликована в журнале Nanomaterials и выполнена при поддержке Минобрнауки РФ под руководством профессора Николая Каргин, сообщает scientificrussia.ru.
Читайте также: