Президентская программа
исследовательских проектов

В России создали оптические волокна с необычными свойствами

Инженер научной лаборатории волоконных технологий и фотоники УрФУ Полина Пестерева подготавливает исходное сырье для кристалла. Источник: пресс-служба Минобрнауки России

Инфракрасные оптические волокна с уникальными свойствами разработали и изготовили сотрудники научной лаборатории волоконных технологий и фотоники подведомственного Минобрнауки России Уральского федерального университета им. первого Президента России Б.Н. Ельцина (УрФУ). Волокна нетоксичны и сохраняют свои свойства при обработке ионизирующим бета-излучением дозами до 1 МГр. Технология применима в лазерной хирургии, системах безопасности, атомной промышленности и космических приборах.

Поскольку волокна способны принимать и передавать излучение космических объектов, их можно встраивать в инфракрасные космические телескопы, заменяя массивные зеркала и линзы. Как утверждают разработчики, срок службы волокон будет дольше, чем жизненный цикл самих телескопов.

«Это открывает перспективу применения световодов из полученных волокон в условиях интенсивного ионизирующего излучения. То есть не только в традиционной области оптоэлектроники, но и в лазерной хирургии, эндоскопической и диагностической медицине, при определении составов опасных отходов атомной промышленности, в космосе», — поясняет главный научный сотрудник лаборатории, профессор кафедры физической и коллоидной химии УрФУ Лия Жукова.

Волокна высокопродуктивны и в безопасной для человека терагерцовой области излучения (между областью среднего и дальнего инфракрасного излучения с одной стороны и микроволнового — с другой). Это значит, что световоды из волокон пригодны для создания оборудования, которое сможет стать безопасной заменой магнитно-резонансной томографии и рентгенографии — в медицине или в процессе предпосадочного сканирования пассажиров и их багажа. При этом не придется прибегать к громоздким и дорогостоящим металлодетекторам, а пассажиры даже не почувствуют, что проходят досмотр.


Монокристалл. Источник: пресс-служба Минобрнауки России

Волокна созданы на основе кристаллов системы AgBr–AgI. На первом этапе разработок, используя экологически чистый, безотходный и энергосберегающий метод, химики УрФУ синтезировали шихту практически стопроцентной чистоты и первыми в мире вырастили из нее монокристаллы бромида и йодида серебра.

«Выращенные кристаллы отличаются чрезвычайно высокой прозрачностью, пластичностью, а также фотостабильностью и негигроскопичностью — способностью сохранять свои свойства под воздействием света, не взаимодействуя с влагой», — отмечает младший научный сотрудник лаборатории волоконных технологий и фотоники УрФУ Анастасия Южакова.

С помощью компьютерного моделирования исследователи определили оптимальные условия изготовления из монокристаллов однородных инфракрасных оптических волокон с исключительными характеристиками.

Эксперимент подтвердил достоверность результатов компьютерного моделирования. Волокна были успешно получены с использованием уникальных авторских технологий и оборудования из цилиндрических заготовок, обладающих благодаря предварительной химической обработке улучшенными оптическими и механическими свойствами. Заготовки подвергали экструзии — продавливанию сквозь формирующее отверстие. Присутствие в кристаллической решетке бромида серебра анионов йода определило дополнительную фото- и радиационную стойкость волокон, расширило диапазон пропускания ими инфракрасного излучения.  

«На основе монокристаллов системы AgBr–AgI мы создали оптические волокна с самым широким на сегодня инфракрасным диапазоном пропускания — от 3 до 25 мкм. При этом прозрачность волокон достигает 70-75%, что соответствует теоретически возможным значениям для кристаллов системы AgBr–AgI. В то же время оптические потери волокон достигают предельно низких значений», — поясняет Анастасия Южакова.

В дальнейшем соавторы статьи намерены подробно изучить и осветить природу высокой радиационной стойкости в кристаллах системы AgBr–AgI и волокнах на их основе.

Отметим, разработка волокон и создание новых функциональных материалов — одно из научно-исследовательских направлений в УрФУ, поддержанных в рамках госпрограммы «Приоритет 2030» нацпроекта «Наука и университеты» по направлению «Функциональные неорганические, гибридные материалы и технологии детекторной техники и фотоники».

Работа поддержана грантом Российского научного фонда (проект № 21-73-10108).

Результаты исследования опубликованы в научном журнале Оptical materials

Избранные новости

Возврат к списку