Науково-Навчальний Центр Інноваційних Технологій
та НаноІнженеріїї (ННЦ ІТНІ)
ДБ/Оптима
Назва
Створення інноваційного продукту для найефективнішого та енергоощадного використання анізотропних і наноструктурованих матеріалів в пристроях електро-, акусто- та нелінійної оптики
Мета та основні завдання
Мета - розробка та створення інноваційного продукту і відповідного сервісу для суттєвого підвищення ефективності пристроїв оптоелектроніки з керуючими сигналами малої потужності шляхом вдосконалення та впровадження високоефективної інформаційної технології найбільш ефективного застосування електро-, п’єзо-, акусто- та нелінійно-оптичних анізотропних матеріалів як активних елементів таких пристроїв.
Основні завдання, які необхідно реалізувати для досягнення мети:
- аналіз ринку можливих споживачів продукту, вибір матеріалів для дослідження, критеріями якого є набір характеристик матеріалу, простота та відлагодженість промислових технологій їх отримання (за необхідності будуть експериментально досліджені необхідні характеристики вибраних матеріалів, а саме всі компоненти тензорів досліджуваних ефектів);
- реалізація на базі лабораторій НУ «Львівська політехніка» універсальних установок для проведення експериментальних досліджень електро-, п’єзо-, та акусто-оптичного ефектів, нелінійно-оптичних вимірювань, дослідження можливостей пріоритетного методу поляризаційно-оптичної коноскопії для точного визначення проблемних компонент тензорів вказаних ефектів, а також експериментальних вимірювань виготовлених наноструктурованих матеріалів;
- визначення на основі побудови вказівних поверхонь найбільш ефективних геометрій індукованих оптичних ефектів, а також знаходження відповідних зрізів кристалів (орієнтації зразків відносно кристалофізичних осей анізотропного матеріалу) для їх використання як робочих елементів у пристроях електро-, п’єзо-, акусто- чи нелінійної оптики та як заповнювачів при виготовленні наноструктурованих матеріалів;
- виготовлення чутливих елементів (фотопружних, електро- чи акустооптичних комірок) оптимізованої геометрії з вибраних матеріалів та експериментальне підтвердження їх високої п’єзо-, електро- чи акустооптичної ефективності;
- пошук оптимальних умов для нелінійно-оптичного застосування вибраних анізотропних та наноструктурованих матеріалів;
- трансфер розробленої ОПТИМА-технології найбільш ефективного застосу-вання анізотропних матеріалів в інноваційний продукт і вироблення програми впровадження відповідних результатів досліджень.
Очікувані результати:
- модифіковану технологію вирощування монокристалів зі смугастою структурою типу TGSTGS+Cr великих розмірів (~ 30×30×30 мм) та групи лантангалієвого силікату (LGS) для дослідження ефектів дифракційної фотопружності та дифракційної електрооптики. Буде вивчено та проведено порівняння вказаних дифракційних ефектів, створених на основі дифракції Брегга чи дифракції Рамана-Ната;
- пріоритетні результати комплексного вимірювання всіх необхідних діелектричних, акустичних, п’єзоелектричних, пружних, оптичних, електро-чи нелінійно-оптичних, фотопружних чи акусто-оптичних параметрів із врахуванням термодинамічних умов дослідження для вибраних вказаних у п.1 кристалів, а також перспективних для створення чутливих елементів прикладної оптоелектроніки кристалів LiNbO3:MgO, PbMoO4, CaWO4, BBO, наноструктурованих оптичних матеріалів, представників галькогалогенідних чи А2ВХ4 структур та ін., які, за нашими попередніми даними, матимуть унікальні відповідні характеристики в поєднанні з температурною та часовою стабільністю цих характеристик, широкою смугою керуючих частот та широким спектральним діапазоном;
- модернізовані методи, програми та результати аналізу просторової анізотропії акустичних, пружних, електро-, п’єзо-, акусто- та нелінійно-оптичних характеристик вказаних кристалів;
- зразки (чутливі елементи) з максимальними експериментально перевіреними значеннями вказаних в п. 3 ефектів;
- комплексна методологія створення найбільш ефективних електро-, п'єзо-, акусто- чи нелінійно-оптичних комірок;
Вимоги до результатів:
Результати виконаних у проекті досліджень мають бути новими та пріоритетними, а характеристики експериментальних зразків чутливих елементів (акустооптичних світлозвукопроводів, фотопружних, електро- чи нелінійно-оптичних комірок) повинні переважати відповідні характеристики світових аналогів за рахунок: 1) оптимізації методом вказівних чи екстремальних поверхонь, що описують вплив зовнішніх полів на оптичні властивості анізотропних матеріалів, 2) результативного пошуку нових матеріалів для чутливих елементів на основі створеної авторами проекту методології дослідження, 3) вивчення ефективності чутливих елементів на основі таких перспективних матеріалів як однорідні чи смугасто структуровані кристали групи TGS і групи KDP, однорідні кристали групи А2ВХ4, халькогалогенідної оптичної кераміки чи наноструктурованих матеріалів оптичного діапазону.
Етапи НДР:
- Вибір необхідних анізотропних матеріалів, сировини та наноматриць. Модернізація установок та проведення досліджень індукованих ефектів у вибраних кристалах.
- Проведення 3D аналізу просторової анізотропії досліджених індукованих оптичних ефектів і пошук їх глобальних максимумів. Вдосконалення технології створення та виготовлення наноструктурованих матеріалів.
- Розвиток інформаційної ОПТИМА-технології найбільш ефективного застосування анізотропних матеріалів та її трансфер в інноваційний продукт чи сервіс.
Проведення літературного огляду фізичних властивостей вибраних матеріалів в монокристалічному та нанокристалітному виглядах. Вибір перспективних матеріалів для дослідження. Огляд методів та патентний пошук способів дослідження фотопружних ефектів та ефектів нелінійної оптики.
Літературний огляд щодо технологій виготовлення та застосування нанопористих матриць із Al2O3 та Si/SiO2, аналіз їх фізичних властивостей. Огляд методів та патентний пошук способів вивчення електрооптичних ефектів в кристалах та нанокомпозитах.
Вибір нанопористих мембран для заповнення їх нанокристалітами із водних розчинів. Модернізація та апробація установок для дослідження індукованих оптичних ефектів в кристалах та нанокомпозитних матеріалах та їх дослідження.
Модернізація програмного забезпечення 3D аналізу просторової анізотропії досліджених індукованих оптичних ефектів та пошук їх глобальних максимумів. Вдосконалення технології створення наноструктурованих матеріалів.
Корекція подальших досліджень за отриманими результатами та удосконалення методики фотопружних, електро- та нелінійно-оптичних вимірювань вибраних перспективних кристалічних матеріалів. Виготовлення наноструктурованих матеріалів та їх рентгеноструктурний аналіз.
Заповнення матриць ефектів фотопружності. Дослідження електро-оптичного ефекту кристалічних матеріалів. Виготовлення наноструктурованих матеріалів за результатами рентгеноструктурного аналізу. Розробка методології електричної та нелінійно-оптичної характеризації вибраних мембран.
3D аналіз просторової анізотропії індукованих оптичних ефектів та пошук їх глобальних максимумів. Вибір найбільш ефективних кристалічних матеріалів для виготов-лення електро-, п’єзо-, акусто- чи нелінійно- оптичних комірок. Отримання зразків виготовлених нанокомпозитів та вимірювання їх характеристик.
Виготовлення чутливих елементів (оптичних комірок) оптимізованої геометрії з вибраних анізотропних і наноструктурованих матеріалів.
Експериментальне дослідження характеристик чутливих елементів. Корекція технології виготовлення за результатами досліджень.
Виготовлення лабораторних макетів чутливих елементів. Експериментальні підтвердження їх високої ефективності.
Вдосконалення макетів чутливих елементів на основі дослідження їх характеристик. Вироблення рекомендацій впровадження результатів досліджень.
Реалізація результатів та ефективність:
У використанні результатів проекту зацікавлені вітчизняні наукові та промислові установи, такі як НВП «ЕЛЕКТРОН-КАРАТ» (Львів), Фізико-механічний інститут НАНУ ім. Г.В. Карпенка та Інститут фізики конденсованих систем НАН України, а також закордонні університети (Ченстоховська та Варшавська Політехніки, Республіка Польща; Університет Анже, Франція). Прогнозовані в проекті результати можуть суттєво підвищити ефективність оптоелектронних пристроїв, таких як, наприклад, модулятори електромагнітного випромінювання, дефлектори, малогабаритні спектральні фільтри з високою роздільною здатністю, Q-перемикачі, пристрої синхронізації мод в твердотільних лазерах високої потужності, пристрої мультиплексії-демультиплексії інформації в традиційних і волоконно-оптичних лініях зв’язку та ін. Деякі із перерахованих напрямків впровадження мають подвійне призначення і можуть ефективно використовуватися в системах пасивної розвідки, оптичній інфрачервоній далекометрії, системах наведення, системах передачі і обробки інформації.