Исследование коэффициента прохождения фотонных кристаллов Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

Савицкий В.Я. , Голованов О.А., Павлов Ф.Д. , Чиркина М.А. ИССЛЕДОВАНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ПРОХОЖДЕНИЯ ФОТОННЫХ КРИСТАЛЛОВ

Проведено исследование зависимости коэффициента прохождения от толщины фотонных кристаллов и частоты. Выявлены полосы непропускания лазерного излучения. Определены рациональные параметры фотонных кристаллов на основе опаловой матрицы гексагональной решёткой из наносфер.

С 19 93 г. в США фирмой «Мартин Мариетта» ведутся работы по созданию лазерного оружия в соответствии с программой «Стингрей» для вывода из строя оптико-электронных приборов и поражения органов зрения операторов. Модульное лазерное оружие размещается на башнях танков и БМП (в частности на БМП «Бредли»). Масса модуля - 50 кг. Мощность излучения - Еизл=20...25 Дж. Длина волны: А= 1,0 6 и 0,53 мкм.

Одно из направлений защиты от лазерного излучения - это использование оптических фильтров частотно-заградительного типа, не пропускающих электромагнитное излучение в узкой полосе частот f = 28377ц (1 = 1,06мкм ) и f = 566ТГц ( 1 = 0,53мкм ). Изготовить такие оптические фильтры с приме-

нением существующих в природе материалов и их композитов практически невозможно. Перспективным направлением решения этой задачи является применение фотонных кристаллов.

Технология изготовления фотонных кристаллов на основе наносфер из двуокиси кремния в настоящее время достаточно хорошо отработана [1]. Оптические свойства кристалла (полосы непропускания электромагнитной энергии) зависят от диаметра наносфер и структуры кристаллической решетки. Изготовить фотонный кристалл с заданными свойствами можно только на основе результатов математического моделирования на электродинамическом уровне. Исследованиям применения фотонных кристаллов декомпозиционным методом автономных блоков в виде прямоугольных параллелепипедов с диэлектрическими наносферами и каналами Флоке на гранях посвящена работа [2].

Прохождение лазерного излучения через фотонный кристалл на различных частотах характеризуется коэффициентом прохождения к , который принимает значения от кпр =0 (полная задержка лазерного

излучения через фотонный кристалл) до к^ =1 (беспрепятственное прохождение лазерного излучения

через фотонный кристалл).

На рис. 1 показаны зависимости коэффициента прохождения от частоты для различной толщины фотонных кристаллов. На частотах f = 283ТГц (1 = 1,06мкм ) и f = 566ТГц (1 = 0,53мкм ) фотонный кристалл имеет полосы непропускания для лазерного излучения. В остальной части частотного спектра фотонный кристалл пропускает электромагнитные волны.

200 300 400 500 600 700 f, ТГц

200 300 400 500 600 700 f, ТГц

Рис.1. Зависимость коэффициента прохождения от частоты

Степень защиты зрения операторов существенно зависит от толщины оптического кристалла - чем больше толщина, тем надежнее защита. Однако изготовление кристаллов толщиной N = 64 наносферы и выше сопряжено со значительными технологическими трудностями - время изготовления кристалла продолжается в течение нескольких недель, структура таких кристаллических решеток может иметь значительные дефекты [1].

Результаты теоретических исследований показали: фотонный кристалл на основе опаловой матрицы с

гексагональной решеткой из наносфер SiO диаметром 27 0 мкм (разброс по диаметру не более 5%) с

2

толщиной не менее 32 наносфер надежно защищает зрение операторов оптических приборов (снайперов, наводчиков орудий и т.д.) от тактического лазерного оружия частот f = 283ТГц ( 1 = 1,06мкм ) и f = 566ТГц (1 = 0,53 мкм ). Поток световой энергии, оцениваемый по зрительному ощущению, от целей снижается в два раза. При этом оператор практически не видит зеленый и частично желтый цвет. Очевидно, применение в оптических приборах фильтров на фотонных кристаллах потребует дополнительной подготовки операторов.

ЛИТЕРАТУРА

1. K.K. Akurati, R. Dittmann, A. Vital, U. Klotz, P. Hug, T. Graule, and M. Winterer. Silica-based composite and mixed-oxide nanoparticles from atmospheric pressure flame synthesis // Journal of Nanoparticle Research. Vol. 8. 2006, РР. 379-393.

2. О.А. Голованов. Автономные блоки с виртуальными каналами Флоке и их применение для решения

прикладных задач электродинамики // Радиотехника и электроника. 2006. Т.51. №12 - С.1423-1430.

Journal of Communications Technology and Electronics. 2006. Vol. 51. No. 3. РР. 1338-1345.