Пермский Национальный Исследовательский Политехнический Университет ISSN (Print): 2411-4367 ISSN (Online): 2411-4375 | ||
Архив выпусков![]() Прикладная фотоника Том 12, №1, 2025 (Выпуск полностью) Опубликовано: 26.05.2025 http://doi.org/10.15593/2411-4375/2025.1 ![]() Аннотация:
Сведения об авторах:
Список литературы: Моделирование монолитного двухлучевого интерферометра с точной пространственной фиксацией перестраиваемой интерференционной решётки Микерин С.Л., Угожаев В.Д. Получено: 11.01.2025 Дата рассмотрения: 15.01.2025 Дата принятия: 20.01.2025 Опубликовано: 30.05.2025 http://doi.org/10.15593/2411-4375/2025.1.01 ![]() Аннотация:
Аналитически исследован монолитный (беззеркальный) двухлучевой интерферометр на основе светоделительного кубика, оснащённый неподвижным фоточувствительным объектом. В интерферометре возможна широкополосная перестройка пространственной частоты записываемой интерференционной решётки. Исходный световой пучок вводится в кубик посредством подвижного зеркала, совершающего одновременно взаимно согласованные линейное и угловое перемещения, благодаря чему также согласованно изменяются позиция исходного пучка на входной поверхности кубика и угол падения на неё. В результате угол схождения образованных в светоделительном кубике парциальных пучков изменяется вместе с углом падения, а точка пересечения их осей остаётся строго неподвижной относительно кубика в пределах всего диапазона перестройки. Последнее достигается специальной конструкцией рычажного механизма, управляющего перемещением подвижного зеркала. Рассчитаны перестроечные характеристики интерферометра с учетом диаметра исходного пучка, найден профиль наклонной направляющей рычажного механизма, обеспечивающий пространственную фиксацию интерференционной решётки. Целевым предназначением прибора является быстрая смена пространственной частоты интерференционной решётки при записи дифракционных решёток с разным периодом. Ключевые слова: двухлучевой интерферометр, светоделительный кубик, неподвижный фоточувствительный объект, интерференционная решётка, перестройка пространственной частоты, подвижное зеркало, рычажный механизм. Сведения об авторах:
Микерин С.Л. Угожаев В.Д. Список литературы: 1. Динамика импульсной записи голографических дифракционных решеток в фотополимерном материале / В.В. Шелковников, Е.В. Васильев, Т.Н. Герасимова, Е.Ф. Пен, А.И. Плеханов // Опт. и спектр. – 2005. – Т. 99, № 5. – С. 838–847. 2. Голографические нанокомпозиты для записи периодических структур полимер-наночастицы. I. Общий подход к выбору компонент нанокомпозитов и их голографические свойства / Т.Н. Смирнова, Л.М. Кохтич, О.В. Сахно, И. Штумпе // Опт. и спектр. – 2011. – Т. 110, № 1. – С. 135–142. 3. Голографические нанокомпозиты для записи периодических структур полимер-наночастицы. II. Механизм образования объемной периодической структуры полимер-НЧ и влияние параметров формирующего поля на эффективность структуры / Т.Н. Смирнова, Л.М. Кохтич, О.В. Сахно, И. Штумпе // Опт. и спектр. – 2011. – Т. 110, № 1. – С. 143–150. 4. Olivares-Pérez, A. Nopalcactus (OpuntiaFicus-Indica) as a holographic material / A. Olivares-Pérez, S. Toxqui-López, A.L. Padilla-Velasco // Materials. – 2012. – Vol. 5. – P. 2383–2402. 5. Zhizhchenko, A.Yu. Recording and thermo developing of latent phase holograms in the photosensitive polymer material based on anthracylacetonatoboron difluoride / A.Yu. Zhizhchenko, O.B. Vitrik, Yu.N. Kulchin // Opt. Mater. – 2015. – Vol. 46. – P. 265–269. 6. Голографическая призма на фото-термо-реактивном стекле: требования и возможности / А.Е. Ангервакс, К.С. Гороховский, В.А. Грановский, Bac Doan Van, С.А. Иванов, Р.А. Окунь, Н.В. Никоноров, А.И. Рыскин // Опт. и спектр. – 2017. – Т. 123, № 6. – С. 963–969. 7. Fiber Bragg grating inscription combining DUV sub-picosecond laser pulses and two-beam interferometry / M. Becker, J. Bergmann, S. Brückner, M. Franke, E. Lindner, M.W. Rothhardt, H. Bartelt // Opt. Express. – 2008. – Vol. 16, no. 23. – P. 19169–78. 8. Ouellette, F. Performance comparison of phase mask interferometers for writing fiber Bragg gratings with femtosecond pulses / F. Ouellette, J. Li // OSA Continuum. – 2019. – Vol. 2, no. 4. – P. 1215–32. 9. High-Efficiency Inscription of Fiber Bragg Grating Array with High-Energy Nanosecond-Pulsed Laser Talbot Interferometer / Z. Zhang, B. Xu, J. He, M. Hou, W. Bao, Y. Wang // Sensors. – 2020. – Vol. 20, no. 4307. – P. 1–11. 10. Inscription of superimposed tilted fiber Bragg gratings / K.A. Konnov, S.V.·Varzhel, A.I. Gribaev, A.D. Cherepanov, M.A.·Doubenskaia, I.K. Meshkovskiy // Opt. Quantum Electron. – 2020. – Vol. 52, no. 169. – P. 1–9. 11. Микерин, С.Л. Двухлучевой интерферометр с неподвижным фотоприемником, перестраиваемый с помощью подвижного зеркала / С.Л. Микерин, В.Д. Угожаев // Прикладная фотоника. – 2018. – Т. 5, № 3. – С. 218–237. 12. Микерин, С.Л. Интерферометрическая система для записи двумерных фотонных кристаллов с независимо варьируемыми периодами / С.Л. Микерин, В.Д. Угожаев // Междунар. науч. конференция «СибОптика-2018»: сб. трудов: в 2 т. – Новосибирск: Изд-во СГУГиТ. – 2018. – Т. 1. – С. 101–107. 13. Mikerin, S.L. A two-beam interferometer with the tuning of the interference pattern period by simulating its rotation / S.L. Mikerin, V.D. Ugozhaev // Precision Engineering. – 2022. – Vol. 78. – P. 40–46. 14. Микерин, С.Л. Перестраиваемый двухлучевой интерферометр на основе кварцевого светоделительного блока, оснащенный неподвижным фотоприемником / С.Л. Микерин, В.Д. Угожаев // Прикладная фотоника. – 2020. – Т. 7, № 3. – С. 47–67. 15. Микерин, С.Л. Анализ оптической схемы перестраиваемого интерферометра с точной фиксацией интерференционной решётки на неподвижном фоточувствительном образце / С.Л. Микерин, В.Д. Угожаев // Оптический журнал. – 2023. – Т. 90, № 4. – С. 92–104. 16. Микерин, С.Л. Простой двухлучевой интерферометр на основе светоделительного кубика / С.Л. Микерин, В.Д. Угожаев // Опт. и спектр. – 2011. – Т. 111, № 6. – С. 1019–1025. 17. Угожаев, В.Д. Вращательная перестройка периода голографической решётки в беззеркальном интерферометре с неподвижным фотоприёмником / В.Д. Угожаев // Автометрия. – 2020. – Т. 56, № 1. – С. 109–123. 18. Point-by-point inscription of 250 nm period structure in bulk fused silica by tightly focused femtosecond UV pulses / M. Dubov, I. Bennion, D.N. Nikogosyan, P. Bolger, A.V. Zayats // Journal of Optics A: Pure and Applied Optics. – 2008. – Vol. 10, no. 2. – 025305 (6pp). DOI: 10.1088/1464-4258/10/2/025305. Учет теории относительности при работе фотонных схем в космических условиях Якушенков П.О. Получено: 17.01.2025 Дата рассмотрения: 22.01.2025 Дата принятия: 23.01.2025 Опубликовано: 30.05.2025 http://doi.org/10.15593/2411-4375/2025.1.02 ![]() Аннотация:
Ключевым параметром любой фотонной схемы (в частности, интегральной – ФИС) является показатель преломления. В данной работе показатель преломления представляется компонентой метрического тензора: n = ε0.5 = g000.5 . Далее учитываются специальная теория относительности (СТО) – рассчитывается влияние скорости на метрический тензор и общая теория относительности (ОТО) – влияние гравитации. Для примера представлена разница в работе фотонной схемы на Земле и на Марсе. Ключевые слова: показатель преломления, метрический тензор, теория относительности, скорость, время, гравитационный потенциал. Сведения об авторах:
Якушенков П.О. Список литературы: 1. Якушенков, П.О. Диэлектрическая проницаемость с точки зрения ОТО / П.О. Якушенков // VIII Международная конференция по фотонике и информационной оптике: сб. науч. тр. – М., 2019. 2. Lorentz-invariant mass and entanglement of biphoton states / S.V. Vintskevich [et. al.] // Laser Phys. Lett. – 2019. – 16 065203. 3. Ландау, Л.Д. Теоретическая физика. Теория поля / Л.Д. Ландау, Е.М. Лившиц. – М.: Наука, 1988. – Т. 2. – 509 с. 4. Якушенков, П.О. Самофокусировка излучения, как коллапс волнового вектора / П.О. Якушенков // Прикладная фотоника. – 2023. – Т. 10, № 3. – С. 74–81. 5. Komissarov, S.S. Blandford-Znajek mechanism versus Penrose process / S.S. Komissarov // Department of Applied Mathematics. – 2008, The University of Leeds, Leeds, LS2 9GT, 24. 6. Вергелес, С.С. Электодинамика сплошных сред, отдельные вопросы / С.С. Вергелес. – М.: Изд-во МФТИ, 2016. – 38 с. 7. URL: ru.wikipedia.org. Исследование генерационных характеристик оптического волокна для моделирования иттербиевого лазера накачки на длине волны 1125 нм Наговицына Д.В., Ременникова М.В.,Никулин И.Л. Получено: 20.01.2025 Дата рассмотрения: 24.01.2025 Дата принятия: 25.01.2025 Опубликовано: 30.05.2025 http://doi.org/10.15593/2411-4375/2025.1.03 ![]() Аннотация:
Представлены результаты экспериментального и теоретического исследования волоконного лазера на активном Yb3+ волокне. Показано, что конструктивные параметры, такие как длина волоконного резонатора и коэффициент отражения брегговских решеток, в непрерывном лазере могут быть заранее определены с помощью моделирования. Получено аналитическое решение для выходной мощности лазера. Приведено сравнение результатов моделирования с экспериментальными данными. Смоделированы зависимости выходящей мощности от длины активного волокна и коэффициента отражения выходящей брегговской решетки, из которых определены параметры лазера с наибольшей мощностью излучения. Для заданной концентрации ионов иттербия получены длина активного волокна и значение коэффициента отражения брэгговской решётки на выходе из резонатора, обеспечивающие максимальную выходную мощность излучения лазера. Проведённое сравнение результатов моделирования мощности лазера с экспериментами показало, что расхождение не превышает 10 % и с помощью моделирования можно выбирать параметры лазера. Разработанная модель является универсальной и подходит для описания излучения волоконных лазеров с резонаторами на брэгговских решетках и активными одномодовыми волокнами, легированными другими редкоземельными элементами. Ключевые слова: иттербиевый лазер, скоростные уравнения, непрерывный режим излучения, критическая скорость накачки, мощность излучения лазера. Сведения об авторах:
Наговицына Д.В. Ременникова М.В. Никулин И.Л. Список литературы: 1. Расчетно-экспериментальная оценка реакции волоконного лазера на импульсное воздействие тормозного излучения / С.М. Дубровских, О.В. Ткачев, В.П. Шукайло, А.Н. Слобожанин, А.Н. Афанасьев // Журнал технической физики. – 2023. – Т. 93, вып. 9. – С. 1364–1371. 2. Lasing parameters of ytterbium-doped fibres doped with P2O5 and Al2O3 / M.A. Melkumov, I.A. Bufetov, K.S. Kravtsov, A.V. Shubin, E.M. Dianov // Quantum Electronics. – 2004. – Vol. 34 (9). – P. 843–848. 3. Вопросы моделирования выходных характеристик иттербиевого волоконного лазера средней мощности с двойной оболочкой / Д.А. Дворецкий, М.А. Негин, С.Г. Сазонкин, Л.К. Денисов // Машиностроение и компьютерные технологии. – 2016. – № 9. – С. 35–44. 4. Донцова, Е.И. Волоконный иттербиевый лазер с перестройкой длины волны в диапазоне 1017–1040 нм и генерацией второй гармоники / Е.И. Донцова, С.И. Каблуков, С.А. Бабин // Квантовая электроника. – 2013. – Т. 43, № 5. – С. 467–471. 5. Богатов, А.П. Скоростные уравнения для диодного лазера и область их применимости / А.П. Богатов // Квантовая электроника. – 2019. – Т. 49, № 8. – С. 728–734. 6. Гоголева, Н.Г. Моделирование процесса формирования собственных мод открытого резонатора при изучении физики лазеров / Н.Г. Гоголева, В.Н. Миронов // Известия СПбГЭТУ ЛЭТИ. – 2019. – № 1. – С. 5–9. 7. Обронов, И.В. Оптимизация параметров тулиевого волоконного лазера при генерации импульсов модуляцией накачки / И.В. Обронов, В.Е. Сыпин, С.В. Ларин // Квантовая электроника. – 2015. – Т. 45, № 7. – С. 617–620. 8. Theoretical study of energy evolution in ring cavity fiber lasers / I.A. Yarutkina, O.V. Shtyrina, A. Skidin, M.P. Fedoruk // Optics Communications. – 2015. – Vol. 342. – P. 26–29. 9. Кубарев, В.В. Расчёт, оптимизация и измерение параметров оптического резонатора Новосибирского терагерцевого лазера на свободных электронах / В.В. Кубарев // Квантовая электроника. – 2009. – Т. 39, № 3. – С. 235–240. 10. Оценка порогов проявления вынужденных нелинейных рассеяний непрерывного лазерного излучения в мощных волоконных усилителях / М.Г. Слобожанина, Н.В. Бочкова, А.В. Бочков, А.Н. Слобожанин // Журнал технической физики. – 2022. – Т. 92, вып. 12. 11. Modelling the sub-100 fs Dy3+: Fluoride fiber laser beyond 3 μm / Guolong Li, Chunyang Ma, Jie Peng, Jun Liu, Chujun Zhao, Pinghua Tang // Optics & Laser Technology. – 2023. – Vol. 158, Part A. 12. Филатова, С.А. Волоконные лазеры двухмикронного диапазона для медицинских применений: дис. … канд. физ.-мат. наук / С.А. Филатова; ИОФ им. Прохорова РАН. – М., 2019. – 161 с. 13. Разработка импульсного гольмиевого лазера для использования в хирургии / Д.А. Селезнев, М.В. Ременникова, Р.Р. Кашина, А.А. Рыбалтовский, П.Ю. Рогожников // Фотон-экспресс. – 2019. 14. Наговицына, Д.В. Разработка гольмиевого лазера для медицины и оценка его мощностных характеристик / Д.В. Наговицына, М.В. Ременникова, Ю.А. Великоцкий // Фотон-экспресс. – 2023. – № 6 (190). 15. Звелто, О. Принципы лазеров: пер. с англ. / О. Звелто. – 3-е перераб. и доп. изд. – М.: Мир, 1990. – 560 с. 16. Rare Earth Doped Fiber Lasers and Amplifiers / ed. Michel J.F. Digonnet. – Marcel Dekker, Inc., 1993. – Р. 798. 17. Кулешов, Н.В. Активные среды твердотельных лазеров: учеб.-метод. пособие по дисциплинам «Твердотельные лазерные системы» и «Теория и расчет лазеров» / Н.В. Кулешов. – Минск: Изд-во БНТУ, 2010. – 134 с. 18. Analytical model for rare-earth-doped fiber amplifiers and lasers / C. Barnard, P. Myslinski, J. Chrostowski, M. Kavehrad // IEEE Journal of Quantum Electronics. – 1994. – Vol. 30, no. 8. – P. 1817–1830. Влияние толщины на экранирующие свойства MXeнов для электромагнитных волн терагерцового диапазона частот Пауков М.И., Казанцев И.С., Радивон А.В., Целиков Г.И., Якубовский Д.И., Сюй А.В., Командин Г.А., Зайцев К.И., Арсенин А.В., Бурданова М.Г. Получено: 04.02.2025 Дата рассмотрения: 08.02.2025 Дата принятия: 10.02.2025 Опубликовано: 30.05.2025 http://doi.org/10.15593/2411-4375/2025.1.04 ![]() Аннотация:
Поиск материалов для электромагнитного экранирования представляет собой критически важный аспект, способствующий интеграции терагерцевых технологий в практические приложения, которые включают как защиту от негативного воздействия электромагнитных полей, так и защиту информации. В данной работе исследуется возможность применения карбида титана Ti3C2, одного из наиболее ярких представителей группы MXенов, в качестве перспективного материала для электромагнитного экранирования. Экспериментально измеренные амплитуды пропускания сигнала для тонких плёнок карбида титана (толщина 300, 700 и 1300 нм) на частоте 1 ТГц составили 0,55, 0,25 и 0,08 соответственно. Такое выраженное поглощение терагерцевого излучения обеспечивает эффективность экранирования в диапазоне от 7 до 27 дБ в зависимости от толщины. Более того, низкая плотность Ti3C2, составляющая около 2,4 г·см-3, делает этот материал многообещающим для задач экранирования, поскольку достигается высокое значение эффективности экранирования на единицу плотности и толщины, равное 2.4·104 дБ/см2. Результаты данного исследования могут оказаться актуальными при разработке компонентов, предназначенных для защиты от электромагнитных помех, которые идеально подходят для проектирования и производства современных терагерцевых устройств, включая высокочувствительные детекторы. Ключевые слова: наноматериалы, карбид титана, MXены, тонкие пленки, терагерцевое излучение, электромагнитное экранирование. Сведения об авторах:
Пауков М.И. Казанцев И.С. Радивон А.В. Целиков Г.И. Якубовский Д.И. Сюй А.В. Командин Г.А. Зайцев К.И. Арсенин А.В. Бурданова М.Г. Список литературы: 1. Terahertz communications for 6G and beyond wireless networks: Challenges, key advancements, and opportunities / A. Shafie [et al.] // IEEE Netw. Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc. – 2023. – Vol. 37, no. 3. – P. 162–169. 2. Security applications of terahertz technology / M.C. Kemp [et al.] // Terahertz for Military and Security Applications. SPIE. – 2003. – Vol. 5070. – P. 44. 3. Amenabar, I. In introductory review to THz non-destructive testing of composite mater / I. Amenabar, F. Lopez, A. Mendikute // J Infrared Millim Terahertz Waves. – Springer, 2013. – Vol. 34, no. 2. – P. 152–169. 4. A novel dual-band terahertz metamaterial absorber for a sensor application / B.X. Wang [et al.] // J Appl Phys. American Institute of Physics Inc. – 2015. – Vol. 117, no. 1. 5. Large-Area and Broadband Thermoelectric Infrared Detection in a Carbon Nanotube Black-Body Absorber / M. Zhang [et al.] // ACS Nano. American Chemical Society. – 2019. – Vol. 13, no. 11. – P. 13285–13292. 6. Broadband high-absorbance coating for terahertz radiometry / Y. Deng [et al.] // Optics Express. – 2013. – Vol. 21, iss. 5. – P. 5737–5742. 7. Efficient real-time detection of terahertz pulse radiation based on photoacoustic conversion by carbon nanotube nanocomposite / S.L. Chen [et al.] // Nature Photonics. – 2014. – Vol. 8, no. 7. – P. 537–542. 8. Stretchable and directly patternable double-layer structure electrodes with complete coverage / J. Bang [et al.] // ACS Nano. American Chemical Society. – 2022. – Vol. 16, no. 8. – P. 12134–12144. 9. Asymmetric conductive polymer composite foam for absorption dominated ultra-efficient electromagnetic interference shielding with extremely low reflection characteristics / H. Duan [et al.] // J Mater Chem A Mater. The Royal Society of Chemistry. – 2020. – Vol. 8, no. 18. – P. 9146–9159. 10. Self-healing liquid metal Mmagnetic hydrogels for smart feedback sensors and high-performance electromagnetic shielding / B. Zhao [et al.] // Nanomicro Lett. Springer Science and Business Media B.V. – 2023. – Vol. 15, no. 1. – P. 1–14. 11. Schulz, R.B. Shielding theory and practice / R.B. Schulz, V.C. Plantz, D.R. Brush // IEEE Trans Electromagn Compat. – 1988. – Vol. 30, no. 3. – P. 187–201. 12. Ultrathin MXene assemblies approach the intrinsic absorption limit in the 0.5–10 THz band / T. Zhao [et al.] // Nature Photonics 2023 17:7. Nature Publishing Group. – 2023. – Vol. 17, no. 7. – P. 622–628. Оценка эффективности ввода излучения в фотонные интегральные схемы на основе тонкопленочного ниобата лития Булатова А.В., Корягин В.А., Шабалин Р.Р., Москалев Д.Н. Получено: 15.02.2025 Дата рассмотрения: 18.02.2025 Дата принятия: 20.02.2025 Опубликовано: 30.05.2025 http://doi.org/10.15593/2411-4375/2025.1.05 ![]() Аннотация:
Рассматривается расчет эффективности торцевого ввода излучения в фотонные интегральные схемы из тонкопленочного ниобата лития X-среза для различных конфигураций элементов ввода, включая прямой волновод, инвертированный тейпер и рупор. Для каждой конфигурации показана зависимость оптических потерь от положения оптического волокна относительно волновода, а также от величины радиуса поля моды оптического волокна. Ключевые слова: эффективность ввода, волновод, тонкопленочный ниобат лития, радиус поля моды, оптические потери. Сведения об авторах:
Булатова А.В. Корягин В.А. Шабалин Р.Р. Москалев Д.Н. Список литературы: 1. Москалев, Д.Н. Моделирование многомодового интерференционного делителя 2×2 / Д.Н. Москалев // Прикладная фотоника. – 2023. – Т. 10, № 8. – С. 17–28. 2. Овчинников, К.А. Исследование влияния температуры на оптическую схему резонаторного волоконно-оптического гироскопа / К.А. Овчинников // Прикладная фотоника. – 2024. – Т. 11, № 4. – С. 50–58. 3. Стародуб, О.Р. Компьютерное моделирование кластеров в легированных кристаллах ниобата лития / О.Р. Стародуб, Н.В. Сидоров, М.Н. Палатников // Прикладная фотоника. – 2023. – Т. 10, № 1. – С. 80–91. 4. Овчинников, К.А. Определение температурного коэффициента изменения полуволнового напряжения фазового модулятора на LiNbO3 / К.А. Овчинников, Д.Г. Гилев, В.В. Криштоп // Прикладная фотоника. – 2024. – Т. 11, № 2. – С. 36–48. 5. Рентгенографическое описание фазового состава кристаллов ниобата лития с аномальным ростом доменов в ходе мягкого протонного обмена / А.В. Сосунов, Е.Д. Савельев, А.Р. Ахматханов, В.Я. Шур // Прикладная фотоника. – 2024. – Т. 11, № 1. – С. 99–109. 6. Efficient optical parametric amplification in the thin film lithium niobate waveguides / Y. Peng, S. Yang, R. Wu [et al.] // Scientific Reports. – 2025. – Vol. 15. – P. 2851. 7. A thin film lithium niobate near-infrared platform for multiplexing quantum nodes / D. Assumpcao, D. Renaud, A. Baradari, [et al.] // Nature Communications. – 2024. – Vol. 15. – P. 10459. 8. Reactive ion etching of X-Cut LiNbO3 in an ICP/TCP system for the fabrication of an optical ridge waveguide / A. Kozlov, D. Moskalev, U. Salgaeva [et al.] // Applied Sciences. – 2023. – Vol. 13, iss. 4. – P. 2097. 9. Analysis of ultra compact waveguide modes in thin film lithium niobate / W. Qiu, M.P. Bernal, A. Ndao [et al.] // Applied Physics B. – 2015. – Vol. 118. – P. 261–267. 10. URL: https://www.corning.com/media/worldwide/coc/documents/Fiber/product-information-sheets/PI-1424-AEN.pdf 11. High coupling efficiency grating couplers on lithium niobate on insulator / I. Krasnokutska, R.J. Chapman, J.-L.J. Tambasco [et al.] // Optics Express. – 2019. – Vol. 27, iss. 13. – P. 17681–17685. 12. Преобразование мод в гибридных волноводных структурахна основе ниобата лития для согласования со стандартнымодномодовым оптическим волокном / М.В. Парфенов, П.М. Агрузов, И.В. Ильичев [и др.] // Журнал технической физики. – 2022. – Т. 92, вып. 1. – С. 113–117. 13. High-efficiency edge couplers enabled by vertically tapering on lithiumniobate photonic chips / D. Jia, Q. Luo, C. Yang [et al.] // Applied Physics Letters. – 2023. – Vol. 123, iss. 26. – P. 263502. 14. Applicability of the effective index method for the simulation of X-Cut LiNbO3 waveguides / D. Moskalev, A. Kozlov, U. Salgaeva [et al.] // Applied Sciences. – 2023. – Vol. 13, iss. 11. – P. 6374. 15. Kaushalram, A. Mode hybridization analysis in thin film lithium niobate strip multimode waveguides / A. Kaushalram, G. Hegde, S. Talabattula // Scientific Reports. – 2020. – Vol. 10. – P. 16692. 16. Datasheet. Thorlabs – UHNA1 Nufern ultra-high NA silica fiber, 0.28 NA, 1100 – 1600 nm. – URL: https://oxxius.ru/upload/iblock/2a2/rw8qt wmdzvmupnalq7htsim6ch2simpc/3016_S01.pdf 17. Datasheet. Tapered and lensed fibers. OZ Optics. – URL: https://www.ozoptics.com/ALL NEW_PDF/DTS0080.pdf 18. Кожевниковa, В.С. Технология производства линзованного оптического волокна c использованием оптического клея / В.С. Кожевниковa, Р.С. Пономаревa, А.И. Шмырова // Приборы и техника эксперимента. – 2022. – № 6. – С. 68–77. Особенности фемтосекундной лазерной абляции диселенида вольфрама Ушков А.А., Белозерова Н.М., Дюбо Д.В., Якубовский Д.И., Сюй А.В., Ермолаев Г.A., Попов А.А., Чернов А.И., Большаков А.Д., Новиков С.М., Вишневый А.А., Арсенин А.В., Кабашин А.В., Целиков Г.И., Волков В.С. Получено: 25.02.2025 Дата рассмотрения: 27.02.2025 Дата принятия: 28.02.2025 Опубликовано: 30.05.2025 http://doi.org/10.15593/2411-4375/2025.1.06 ![]() Аннотация:
Методы синтеза и модификации наноструктур находятся среди важнейших направлений в исследовании дихалькогенидов переходных металлов (ДПМ). Настоящая работа посвящена новой области синтеза ДПМ-наночастиц из объемной кристаллической мишени, используя метод фемтосекундной лазерной абляции в жидкости. Изучаются особенности лазерной абляции ДПМ дисульфида вольфрама – перспективного материала для создания резонансных наноантенн и фототермической терапии благодаря комбинации экситонного перехода в окне прозрачности биологических тканей и высокому коэффициенту преломления (>4) в видимом диапазоне. Показано влияние экспериментальных параметров синтеза (выбор конкретного растворителя, расстояние между точкой фокуса и поверхностью кристалла) на кристалличность и размер наночастиц. Исследовано влияние кристалличности наночастиц на поведение экситонного отклика в спектрах экстинкции коллоидов. Дополнительно рассмотрено применение наночастиц WSe2 в качестве ГКРактивного материала. Данное исследование открывает новые возможности для практического использования наночастиц WSe2 в фототермических приложениях и спектроскопии комбинационного рассеяния. Ключевые слова: фемтосекундная лазерная абляция, диселенид вольфрама, экситон, экстинкция, комбинационное рассеяние света. Сведения об авторах:
Ушков А.А. Белозерова Н.М. Дюбо Д.В. Якубовский Д.И. Сюй А.В. Целиков Д.И. Ермолаев Г.A. Попов А.А. Чернов А.И. Большаков А.Д. Новиков С.М. Вишневый А.А. Арсенин А.В. Кабашин А.В. Целиков Г.И. Волков В.С. Список литературы: 1. Electric field effect in atomically thin carbon films / K.S. Novoselov [et al.] // Science. – 2004. – Vol. 306, no. 5696. – P. 666–669. 2. Hossen, M.F. Defects and defect engineering of two-dimensional transition metal dichalcogenide (2D TMDC) materials / M.F. Hossen, S. Shendokar, S. Aravamudhan // Nanomaterials. Multidisciplinary Digital Publishing Institute. – 2024. – Vol. 14, no. 5. – P. 410. 3. Mechanical properties of atomically thin tungsten dichalcogenides: WS2, WSe2, and WTe2 / A. Falin [et al.] // ACS Nano. American Chemical Society. – 2021. 4. Flexible electronics based on 2D transition metal dichalcogenides / D. Jiang [et al.] // J. Mater. Chem. A Mater. Energy Sustain. Royal Society of Chemistry (RSC). – 2022. – Vol. 10, no. 1. – P. 89–121. 5. Strategies for controlled growth of transition metal dichalcogenides by chemical vapor deposition for integrated electronics / T. Kang [et al.] // ACS Materials Au. American Chemical Society. – 2022. 6. Benchmarking monolayer MoS2 and WS2 field-effect transistors / A. Sebastian [et al.] // Nature Communications. Nature Publishing Group. – 2021. – Vol. 12, no. 1. – P. 1–12. 7. Continuously tunable electronic structure of transition metal dichalcogenides superlattices / Y.-H. Zhao [et al.] // Scientific Reports. Nature Publishing Group. – 2015. – Vol. 5, no. 1. – P. 1–5. 8. Emerging frontiers of 2D transition metal dichalcogenides in photovoltaics solar cell / Z. Zhou [et al.] // Advanced Functional Materials. John Wiley & Sons, Ltd. – 2024. – Vol. 34, no. 29. – P. 2316175. 9. Efficiency limit of transition metal dichalcogenide solar cells / K. Nassiri Nazif [et al.] // Communications Physics. Nature Publishing Group. – 2023. – Vol. 6, no. 1. – P. 1–11. 10. Rani, A. Advancements in transition metal dichalcogenides (TMDCs) for self-powered photodetectors: challenges, properties, and functionalization strategies / A. Rani, A. Verma, B.C. Yadav // Mater. Adv. Royal Society of Chemistry (RSC). – 2024. – Vol. 5, no. 9. – P. 3535–3562. 11. High-temperature flexible WSe2 photodetectors with ultrahigh photoresponsivity / Y. Zou [et al.] // Nature Communications. Nature Publishing Group. – 2022. – Vol. 13, no. 1. – P. 1–9. 12. Wang, C. The highly-efficient light-emitting diodes based on transition metal dichalcogenides: from architecture to performance / C. Wang, F. Yang, Y. Gao // Nanoscale Adv. – 2020. – Vol. 2, no. 10. – P. 4323–4340. 13. Pu, J. Monolayer transition metal dichalcogenides as light sources / J. Pu, T. Takenobu // Advanced Materials. John Wiley & Sons, Ltd. – 2018. – Vol. 30, no. 33. – P. 1707627. 14. Chen, X. Environmental analysis with 2D transition-metal dichalcogenide-based field-effect transistors / X. Chen, C. Liu, S. Mao // Nano-Micro Letters. Springer. – 2020. – Vol. 12, no. 1. – P. 1–24. 15. Improvement of gas-sensing performance of large-area tungsten disulfide nanosheets by surface functionalization / K.Y. Ko [et al.] // American Chemical Society. – 2016. 16. Broadband optical properties of monolayer and bulk MoS2 / G.A. Ermolaev [et al.] // npj 2D Materials and Applications. Nature Publishing Group. – 2020. – Vol. 4, no. 1. – P. 1–6. 17. Giant optical anisotropy in transition metal dichalcogenides for next-generation photonics / G.A. Ermolaev [et al.] // Nature Communications. Nature Publishing Group. – 2021. – Vol. 12, no. 1. – P. 1–8. 18. All-in-one van der Waals material for light detection / V. Volkov [et al.] // Guiding and Modulation. – 2025. 19. van der Waals materials for overcoming fundamental limitations in photonic integrated circuitry / A.A. Vyshnevyy [et al.] // Nano Letters. American Chemical Society. – 2023. 20. Exploring van der Waals materials with high anisotropy: geometrical and optical approaches / A.S. Slavich [et al.] // Light: Science & Applications. Nature Publishing Group. – 2024. – Vol. 13, no. 1. – P. 1–9. 21. Quasitrapped modes in metasurfaces of anisotropic MoS2 nanoparticles for absorption and polarization control in the telecom wavelength range / A.V. Prokhorov [et al.] // Phys. Rev. B. American Physical Society (APS). – 2022. – Vol. 106, no. 3. 22. Anapole states and scattering deflection effects in anisotropic van der Waals nanoparticles / A.A. Ushkov [et al.] // Phys. Rev. B. American Physical Society (APS). – 2022. – Vol. 106, no. 19. 23. Recent advances in the development of theranostic nanoparticles for cardiovascular diseases / Y. Wu [et al.] // Nanotheranostics. – 2021. – Vol. 5, no. 4. – P. 499–514. 24. Recent advances in transition-metal based nanomaterials for noninvasive oncology thermal ablation and imaging diagnosis / Q. Peng [et al.] // Front. Chem. Frontiers. – 2022. – Vol. 10. – P. 899321. 25. Two-dimensional cancer theranostic nanomaterials: Synthesis, surface functionalization and applications in photothermal therapy / C. Murugan [et al.] // Journal of Controlled Release. Elsevier. – 2019. – Vol. 299. – P. 1–20. 26. Transition metal dichalcogenide nanospheres for high-refractive-index nanophotonics and biomedical theranostics / G.I. Tselikov [et al.] // Proceedings of the National Academy of Sciences. National Academy of Sciences. – 2022. – Vol. 119, no. 39. – P. e2208830119. 27. Tunable optical properties of transition metal dichalcogenide nanoparticles synthesized by femtosecond laser ablation and fragmentation / A.S. Chernikov [et al.] // J. Mater. Chem. C. The Royal Society of Chemistry. – 2023. – Vol. 11, no. 10. – P. 3493–3503. 28. Laser-fabricated MoS2 nanoparticles as efficient near-infrared photosensitizers / G.I. Tselikov [et al.] // Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics. Springer. – 2023. – Vol. 86, no. 1. – P. S234–S238. 29. Tunable nanostructuring for van der Waals materials / G.I. Tselikov [et al.] // Arxiv. – URL: https://arxiv.org/pdf/2411.14060 (accessed: 21.03.2025). 30. Leveraging femtosecond laser ablation for tunable near-infrared optical properties in MoS2-Gold nanocomposites / I.A. Zavidovskiy [et al.] // Nanomaterials. Multidisciplinary Digital Publishing Institute. – 2024. – Vol. 14, no. 23. – P. 1961. 31. Tungsten diselenide nanoparticles produced via femtosecond ablation for SERS and theranostics applications / A. Ushkov [et al.] // Nanomaterials. Multidisciplinary Digital Publishing Institute. – 2024. – Vol. 15, no. 1. – P. 4. 32. Large-area synthesis of monolayer WSe2 on a SiO2/Si substrate and its device applications / J. Huang [et al.] // Nanoscale. The Royal Society of Chemistry. – 2015. – Vol. 7, no. 9. – P. 4193–4198. 33. Photoluminescence emission and Raman response of monolayer MoS2, MoSe2, and WSe2 / P. Tonndorf [et al.] // Opt. Express, OE. Optica Publishing Group. – 2013. – Vol. 21, no. 4. – P. 4908–4916. 34. Synthesis and characterization of highly crystalline vertically aligned WSe2 nanosheets / A. Sierra-Castillo [et al.] // Applied Sciences. Multidisciplinary Digital Publishing Institute. – 2020. – Vol. 10, no. 3. – P. 874. 35. Tungsten(VI) selenide tetrachloride, WSeCl4 – synthesis, properties, coordination complexes and application of [WSeCl4(SenBu2)] for CVD growth of WSe2 thin films / V.K. Greenacre [et al.] // Dalton Trans. The Royal Society of Chemistry. – 2022. – Vol. 51, no. 6. – P. 2400–2412. 36. Mechanical exfoliation and characterization of single- and few-layer nanosheets of WSe2, TaS2, and TaSe2 / H. Li [et al.] // Small. John Wiley & Sons, Ltd. – 2013. – Vol. 9, no. 11. – P. 1974–1981. 37. Pressure-induced iso-structural phase transition and metallization in WSe2 / X. Wang [et al.] // Scientific Reports. Nature Publishing Group. – 2017. – Vol. 7, no. 1. – P. 1–9. 38. Fateixa, S. Surface-enhanced Raman scattering spectral imaging for the attomolar range detection of crystal violet in contaminated water / S. Fateixa, H.I.S. Nogueira, T. Trindade // ACS Omega. American Chemical Society. – 2018. 39. Preparation of silver colloids with improved uniformity and stable surface-enhanced Raman scattering / W. Meng [et al.] // Nanoscale Research Letters. Springer. – 2015. – Vol. 10, no. 1. – P. 1–8. 40. Determination of chloramphenicol and crystal violet with surface enhanced Raman spectroscopy / K. Lai [et al.] // Sensing and Instrumentation for Food Quality and Safety. Springer. – 2011. – Vol. 5, no. 1. – P. 19–24. 41. Surface-enhanced Raman spectroscopy using gold-coated horizontally aligned carbon nanotubes / X.N. He [et al.] // Nanotechnology. – 2012. – Vol. 23, no. 20. – P. 205702. 42. Is chemically synthesized graphene “Really” a unique substrate for SERS and fluorescence quenching? / S. Sil [et al.] // Scientific Reports. Nature Publishing Group. – 2013. – Vol. 3, no. 1. – P. 1–6. 43. DFT vibrational calculations of rhodamine 6G adsorbed on silver: analysis of tip-enhanced Raman spectroscopy / H. Watanabe [et al.] // American Chemical Society. – 2005. 44. Rapid and sensitive SERS method for determination of Rhodamine B in chili powder with paper-based substrates / S. Lin [et al.] // Anal. Methods. The Royal Society of Chemistry. – 2015. – Vol. 7, no. 12. – P. 5289–5294. 45. Sensitive detection of Rhodamine B in condiments using surface-enhanced resonance Raman scattering (SERRS) silver nanowires as substrate / L. Zhang [et al.] // Applied Spectroscopy. SAGE PublicationsSage UK: London, England, 2017. 46. Ultrasensitive online SERS detection of structural isomers separated by capillary zone electrophoresis / P. Negri [et al.] // Chem. Commun. The Royal Society of Chemistry. – 2014. – Vol. 50, no. 21. – P. 2707–2710. 47. Analytical control of Rhodamine B by SERS using reduced graphene decorated with copper selenide / V. Moreno [et al.] // Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy. Elsevier. – 2019. – Vol. 223. – P. 117302. 48. How amorphous nanomaterials enhanced electrocatalytic, SERS, and mechanical properties / J. Kang [et al.] // JACS Au. – 2023. – Vol. 3, no. 10. – P. 2660–2676. 49. Wang, X. SERS activity of semiconductors: crystalline and amorphous nanomaterials / X. Wang, L. Guo // Angew Chem Int Ed Engl. – 2020. – Vol. 59, no. 11. – P. 4231–4239. Сканирующая ближнепольная оптическая микроскопия ван-дер-ваальсовых материалов Якубовский Д.И., Грудинин Д.В. Получено: 25.02.2025 Дата рассмотрения: 27.02.2025 Дата принятия: 28.02.2025 Опубликовано: 30.05.2025 http://doi.org/10.15593/2411-4375/2025.1.07 ![]() Аннотация:
Рассмотрена эффективность применения метода рассеивающей сканирующей ближнепольной оптической микроскопии для изучения оптических свойств слоистых ван-дер-ваальсовых материалов. Подробно изложены принципы работы данного метода, его преимущества, а также современные достижения в исследовании высокорефрактивных анизотропных ван-дер-ваальсовых материалов и разработке фотонных устройств на их основе. Приведены результаты исследования волноводных характеристик кристалла CdPS3 в телекоммуникационном диапазоне длин волн с использованием метода рассеивающей сканирующей ближнепольной оптической микроскопии. Ключевые слова: ближнепольная оптическая микроскопия, ван-дер-ваальсовые материалы, показатель преломления, волноводы, фотоника. Сведения об авторах:
Якубовский Д.И. Грудинин Д.В. Список литературы: 1. Programmable photonic circuits / W. Bogaerts, D. Pérez, J. Capmany, D.A.B. Miller [et al.] // Nature. – 2020. – No. 586. – P. 207. 2. Channel plasmon subwavelength waveguide components including interferometers and ring resonators / S. Bozhevolnyi, V. Volkov, E. Devaux [et al.] // Nature. – 2006. – No. 440. – P. 508–511. 3. Perspective on the future of silicon photonics and electronics / N. Margalit, C. Xiang, S.M. Bowers [et al.] // Appl. Phys. Lett. – 2021. – No. 118. – P. 220501. 4. Van der Waals materials for applications in nanophotonics / P.G. Zotev, Y. Wang, D. Andres-Penares [et al.] // Laser Photonics Rev. – 2023. – No. 17. – P. 2200957. 5. Photonics with hexagonal boron nitride / J.D. Caldwell, I. Aharonovich, G. Cassabois [et al.] Photonics with hexagonal boron nitride // Nat. Rev. Mater. Rev. – 2019. – No. 4. – P. 552–567. 6. Multiple and spectrally robust photonic magic angles in reconfigurable αMoO3 trilayers / J. Duan, G. Álvarez-Pérez, C. Lanza [et al.] // Nat. Mater. – 2023. – No. 22. – P. 867–872. 7. Black phosphorus and its isoelectronic materials / F. Xia, H. Wang, J.C.M. Hwang [et al.] // Nat. Rev. Phys. – 2019. – No. 1. – P. 306–317. 8. Ultrasensitive and broadband MoS2 photodetector driven by ferroelectrics / X. Wang [et al.] // Adv. Mater. – 2015. – No. 27. – P. 6575. 9. Two-dimensional layered MoS2 biosensors enable highly sensitive detection of biomolecules / J. Lee, P. Dak, Y. Lee [et al.] // Sci Rep 4. – 2014. – 7352. 10. Monolayer MoS2 heterojunction solar cells / M.-L. Tsai, S.-H. Su, J.-K. Chang [et al.] // ACS Nano. – 2014. – No. 8. – P. 8317–8322. 11. Single photon sources in atomically thin materials / M. Toth, I. Aharonovich // Ann. Rev. on Phys. Chem. – 2019. – No. 70. – P. 123–142. 12. Exploring van der Waals materials with high anisotropy: geometrical and optical approaches / A.S. Slavich, G.A. Ermolaev, M.K. Tatmyshevskiy [et al.] // Light. Sci. Appl. – 2024. – No. 13. 13. Spectral ellipsometry of monolayer transition metal dichalcogenides: Analysis of excitonic peaks in dispersion / G.A. Ermolaev [et al.] // Journ. of Vac. Sc. & Tech. B. – 2020. – No. 38. – P. 014002. 14. Broadband optical properties of monolayer and bulk MoS2 / G.A. Ermolaev, Y.V. Stebunov, A.A. Vyshnevyy [et al.] // npj 2D Mater. Appl. – 2020. – No. 4. – P. 21. 15. Фотокаталитические свойства наноразмерного композита Au/TiO2 / И.В. Мартынов, С.М. Новиков, Г.И. Целиков, М.В. Сюй, А.В. Сюй // Прикладная фотоника. – 2023. – Т. 10, № 8. – С. 5–16. 16. Лазерная модификация структуры и оптических свойств двухслойных пленок Ag-PbSe / А.А. Ольхова, А.А. Патрикеева, М.А. Бутяева, П.П. Омельченко, Б.К. Шульга, М.М. Сергеев // Прикладная фотоника. – 2024. – Т. 11, № 2. – С. 58–71. 17. Giant optical anisotropy in transition metal dichalcogenides for next-generation photonics / G.A. Ermolaev, D.V. Grudinin, Y.V. Stebunov [et al.] // Nat. Commun. – 2021. – № 12. – С. 854. 18. Ultimate limit for optical losses in gold, revealed by quantitative nearfield microscopy / Y. Lebsir, S. Boroviks, M. Thomaschewski, S.I. Bozhevolnyi, V.A. Zenin // Nano Lett. – 2022. – No. 22. – P. 5759–5764. 19. Optical nanoimaging of surface plasmon polaritons supported by ultrathin metal films / D.I. Yakubovsky, D.V. Grudinin, G.A. Ermolaev [et al.] // Nano Lett. – 2023. – No. 23. – P. 9461–9467. 20. Scanning near-field optical microscopy of ultrathin gold films / D.I. Yakubovsky, D.V. Grudinin, G.A. Ermolaev [et al.] // Nanomaterials. – 2023. – No. 13. – P. 1376. 21. Giant optical anisotropy in transition metal dichalcogenides for next-generation photonics / Y. Fang, M. Sun // Light Sci. Appl. – 2015. – No. 4. – P. e294. 22. Infrared nanoscopy of dirac plasmons at the graphene–SiO2 interface / Z. Fei, G.O. Andreev, W. Bao [et al.] // Light Sci. Appl. – 2011. – No. 11. – P. 4701–4705. 23. Теоретический анализ применения парных связанных кольцевых микрорезонаторов для управления оптическим излучением / Н.А. Ушаков, А.А. Маркварт, А.В. Петров, Л.Б. Лиокумович // Прикладная фотоника. – 2023. – Т. 10, № 6. – С. 78–91. 24. Keilmann, F. Near-field microscopy by elastic light scattering from a tip / F. Keilmann, R. Hillenbrand // Philos. Trans. A. Math. Phys. Eng. Sci. – 2004. – No. 362. – P. 787–805. 25. Van der Waals materials for overcoming fundamental limitations in photonic integrated circuitry / A.A. Vyshnevyy, G.E. Ermolaev, D.V. Grudinin [et al.] // Nano Lett. – 2023. – No. 23. – P. 8057–8064. 26. Hexagonal boron nitride nanophotonics: a record-breaking material for the ultraviolet and visible spectral ranges / D.V. Grudinin, G.E. Ermolaev, D.G. Baranov [et al.] // Mater. Horiz. – 2023. – No. 10. – P. 2427–2435. 27. Probing optical anisotropy of nanometer-thin van der waals microcrystals by near-field imaging / D. Hu, X. Yang, C. Li [et al.] // Nat. Commun. – 2017. – No. 8. – P. 1471. 28. Narrowing the optical gap of CdPS3 single crystal via chemical intercalation using liquid ammonia method / F. Sun, X. Yan, Z. Zhang [et al.] // Solid State Commun. – 2023. – No. 363. – P. 115116. 29. Wandering principal optical axes in van der Waals triclinic materials / G.A. Ermolaev, K.V. Voronin, A.N. Toksumakov [et al.] // Nat. Commun. – 2024. – No. 15. – P. 1552. 30. Passler, N.C. Generalized 4 × 4 matrix formalism for light propagation in anisotropic stratified media: study of surface phonon polaritons in polar dielectric heterostructures / N.C. Passler, A. Paarmann // J. Opt. Soc. Am. B. – 2017. – No. 34. – P. 2128–2139. 31. Artificial intelligence guided search for van der Waals materials with high optical anisotropy / L.A. Bereznikova, I.A. Kruglov, G.A. Ermolaev, I. Trofimov [et al.] // Materials Horizons. – 2025. – No. 12. – P. 1953–1961. |
Copyright © 2014-2025
РЦИ ПНИПУ |