Обыкновенное оптоволокно было модернизировано, а так же была повышена эффективность передачи данных специалистами университета ИТМО.
Дело в том, что при больших углах падения возникают так называемые «слепые зоны», от которых и удалось избавиться при помощи новой технологии захвата света. Такое «проапгрейденное оптоволокно» вполне подходит для использования в квантовых технологиях и оптоволоконных датчиках, однако есть возможность использовать данное оптоволокно еще и в медицине, а именно – для улучшения изображения эндоскопии и лапароскопии, например. Журнал ACS Photonics, в выпуске за октябрь, опубликовал изображение концепции этой разработки на обложке журнала.
Если сравнивать, то оптоволокно позволяет передавать практически в миллион(!) раз больше информации, чем передает электричество в медных проводах. Эта технология также задействована в повседневной медицине, например при проведении исследований внутри живого организма – ведь используя оптоволокно методом эндоскопии, можно провести быструю и точную диагностику пациента.
И если свет в оптоволокне падает наклонно, то эффективность такого исследования мнгновенно снижается. Если угол падения света будет составлять более 15 градусов – то использование оптоволокна становится почти бесполезным. Эту фундаментальную задачу удалось решить ученым ИТМО Олегу Ермакову и Андрею Богданову в сотрудничестве с Институтом фотонных технологий им. Лейбница в Германии и Австралийским национальным университетом.
Исследователи предложили использовать диэлектрическую наноструктуру из нитрида кремния, которую нанесли на торец оптоволокна. Наноструктура сделана в виде кольцевой дифракционной решетки, которая принимает свет любой поляризации с любого направления при больших углах падения. При этом нитрид кремния практически не поглощает свет в отличие от предыдущих аналогов. Эти факторы увеличили эффективность захвата света примерно в десять тысяч раз по сравнению с оптическими волокнами с металлической наноструктурой или без нее.
«Думаю, наш успех заключается в гармоничном сочетании специалистов в области оптоволокна и оптических наноструктур, командной работе теоретиков и экспериментаторов, — объясняет сотрудник Нового физтеха Университета ИТМО Олег Ермаков. — Мы продвинулись от поверхностного понимания проблемы до четко сформулированной концепции, аналитического описания и точной численной модели. Это позволило нам определить оптимальный дизайн структуры, которую впоследствии изготовили и измерили наши немецкие коллеги».
В ближайшее время исследователи планируют ускорить, упростить и удешевить процесс изготовления наноструктур с помощью технологии нанопечатной литографии — штампования полимерного покрытия и последующего удаления лишних слоев материала. Сейчас ученые работают над автоматическим алгоритмом, который бы позволил определить дизайн отдельной наноструктуры под любую конкретную задачу.
«Реализованное устройство будет полезно для любого приложения, которое требует удаленного сбора света под большим углом, например в спектроскопии in-vivo или квантовых технологиях», — комментирует руководитель проекта профессор Маркус Шмидт.
«В течение многих лет успех нанофотоники, развиваемой для эффективного управления взаимодействием света и вещества, не был связан с прогрессом в оптоволоконных технологиях, направленных на гораздо более крупные масштабы. Эта работа обеспечивает мост между двумя областями знаний. Значимость этого факта подчеркивается выбором нашей статьи на обложку журнала ACS Photonics с импакт-фактором 7,3» — рассказывает со-руководитель исследования, почетный доктор Университета ИТМО и действительный член Австралийской академии наук, профессор Юрий Кившарь.