Нанофотоника

• Нанотехнологии и получение света

• Наноразмерные волноводы

• Диагностика наноразмерных объектов при помощи света

Что такое «нанотехнологии»???

Нанотехнологии – это технологии производства материалов и устройств с

определяющими их свойства элементами, размеры которых находятся в пределах

от 1 до 100 нанометров

При таки размерах элементов становятся важны свойства и взаимодействия отдельных атомов и

молекул, а также квантовые эффекты

Вики-нанотехноло� гия — междисциплинарная область фундаментальной и прикладной науки и техники, имеющая дело с совокупностью

теоретического обоснования, практических методов исследования, анализа и синтеза, а также методов производства и применения

продуктов с заданной атомарной структурой путём контролируемого манипулирования отдельными атомами и молекулами.

5ML InAs

Полупроводниковые квантовые точки: «искусственные атомы»

Wide band gap matrix

Wetting layer

QD

NQD~5x10 cm10 -2

V~10x10x5 nm3

TEM image

Wide band gap matrix

Wetting layer

QD

NQD~5x10 cm10 -2

V~10x10x5 nm3

TEM image

Wide band gap matrix

Wetting layer

QD

NQD~5x10 cm10 -2

V~10x10x5 nm3

TEM image

Wide band gap matrix

Wetting layer

QD

NQD~5x10 cm10 -2

V~10x10x5 nm3

TEM image

Wide band gap matrix

Wetting layer

QD

NQD~5x10 cm10 -2

V~10x10x5 nm3

TEM image

кв. точкакв. точка

смачивающий смачивающий слойслой

широкозонная широкозонная матрицаматрица

NNQD QD ~ 5x10~ 5x101010 cm cm-2 -2

Size ~ 10x10x5 Size ~ 10x10x5 nmnm

ЭлектроныЭлектроны

Фотон

Эл. токЭл. ток

Квантовая яма или квантовая точка

Зона проводимости

Валентная зонаВалентная зона

Межзонный переход

ДыркиДырки Эл. токЭл. ток

Полупроводниковые наноструктуры:квантовые ямы, квантовые точки и др.

квантовые точки – это «искусственные атомы»

Полупроводниковые наноструктуры:создание и изучение

Молекулярно-пучковая и газофазная эпитаксия

Просвечивающая и сканирующая электронная микроскопия и электронно-лучевой микроанализ

Рентгеновская дифракция и топография

Оже-электронная спектроскопия и вторично-ионная масс-спектроскопия

Полупроводниковые лазеры

•Запись/считывание информации•Передача данных•Лазерная печать•Медицина и биология•Лазерная резка/сварка/сверление

Мощные полупроводниковые лазеры

( = 0.8 – 1.8 мкм)

P > 20 Вт

КПД = 74 %

Низкая стоимость по сравнению с

газовыми и твердотельными лазерами

Уникальные параметры выходного

излучения

Гибкость процесса изготовления

Нанотехнологии для энергетики будущего:солнечная энергетика

Согласно расчетам, выполненным в 70-80х годах прошлого века, солнечной электростанции площадью 70х70км было достаточно для удовлетворения потребности в электроэнергии всего СССР

Концентраторные солнечные батареи и установки

Тенденция развития: уменьшение размера ячейки и повышение эффективности!

Зеркала, большие ячейки

Линзы Френеля, средние ячейки

Маленькие линзы, маленькие ячейки

Мощные светодиоды с силой света 10000 – 15000 кд

Светодиоды для среднего инфра-красного диапазона (1600-5000 нм)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

1300 1500 1700 1900 2100 2300 2500 2700

Длина волны ,нм

Ин

тен

сив

но

сть

, о

тн.е

д.

W

/nm

LED22

LED20f=500 Hz

LED18

В среднем инфра-красном диапазоне 1600-5000 нм лежат

линии поглощения большинства газов:

CH4 , H2O, CO2, CO, C2H2, C2H4, C2H6,

CH3Cl, OCS, HCl, HOCl, HBr, H2S, HCN, NH3 , NO2 ,

и многих других.

Эволюция волноводов от ВОЛС к плазмонным волноводам

• Волс 100 м и более• Последняя миля – 1 см – 100 м• Плазмонные волноводы – сотни микрон и

менее

Оптические межсоединения

Плазмонны

Плазмонные волноводы

Ближнепольная микроскопия

064

47

128WakPtr

Ближнепольная микроскопия

A - область ближнего поля (h << λ)

B - область дальнего поля (h ≥ λ)

C - лазерное излучение

D - оптическое волокно

E - металлическое покрытие оптического волокна

F - апертура (d << λ)

G - образец

Примеры изображений

Изображение карбоновых нанотрубокА) Конфокальная Б) Ближнепольная

InAs квантовые точки АСМ БПСМ

Флуоресцентная наноскопия (STED)

Флуоресцентная наноскопия (STED)

Оптическй пинцетВолноводный эффект: свет в веществе

Волноводный эффект «наоборот»: вещество в свете – оптический пинцет

Лазерные проекторы

Опытные образцы видео-проекторов размером со спичечный коробок

Лазерные проекторы

Однако уже есть и не опытные образцы…

Microvision SHOWWX Laser Pico Projector

MacWorld 2010 Best of Show award

Samsung H03 Pico Pocket Sized LED Projector

Портативный проектор Aiptek PocketCinema T30