Команда ученых из России, Швеции и США представила устройства, способные выделять из широкополосного оптического излучения сверхузкую спектральную линию в видимом и инфракрасном диапазонах спектра и управлять ее положением. Соответствующая статья опубликована в журнале Optics Express.

Сегодня для фильтрации оптического излучения используются монохроматоры. Однако у них есть существенный недостаток — значительные габариты и высокая стоимость. До сих пор решить эти проблемы не удавалось, несмотря на то что такие устройства часто используются в научных исследованиях, в медицине для систем диагностики или в области телекоммуникаций.

Поддержанные грантом Российского научного фонда исследователи из Сибирского федерального университета и Института вычислительного моделирования СО РАН вместе с иностранными коллегами описали в новой работе устройства, которые представляют собой пластинки размером три на три миллиметра, выполняющие функцию монохроматоров. Они состоят из нескольких тысяч периодически расположенных наноразмерных частиц в форме дисков.

Нанодиски расположены по углам элементарной квадратной ячейки, имеющей размер меньше длины волны света. Совокупность таких ячеек образует решетку из тысячи подобных элементов. Принцип работы этой пластинки основан на проявлении так называемых коллективных решеточных резонансов. Они возникают в результате синхронизации электромагнитных полей от отдельных частиц и внешнего поля.

Размеры таких пластинок, по словам исследователей, можно менять от нескольких миллиметров — для применения в миниатюрных спектральных селекторах оптоволоконной связи — до нескольких сантиметров. В последнем случае устройства позволяют не просто измерить выделенный энергетический поток монохроматического излучения, а получить двумерное растровое изображение объекта на определенной длине волны. Если такую пластинку немного наклонить, то происходит тонкая перестройка выделяемой спектральной линии по длине волны. Такие возможности технологии открывают перспективы их применения, в частности для медицинской биолюминесцентной диагностики.

Перед выбором материала устройства авторы работы проверили несколько различных веществ: ниобат лития, диоксид титана, арсенид галлия, а также кремний и германий. Их особенностью является полная прозрачность в применяемом спектральном диапазоне, которая определяет успех предложенного мини-фильтра. Оказалось, что наночастицы каждого из этих материалов показывают практически аналогичные свойства при использовании в устройстве, поэтому могут быть использованы для его изготовления.