Эффект большой угловой дисперсии в структуре стекло — фотонный кристалл и сенсор на его основе

Обнаружен эффект большой угловой дисперсии для пленок опала в видимом диапазоне спектра, возникающий при преломлении и отражении света на границе стекло – фотонный кристалл (см. врезку на рис. 1а). Показано, что на фоне неизменного распределения по углам спектра отраженных и преломленных волн наблюдается темная полоса, соответствующая стоп-зоне фотонного кристалла, которая меняет свое спектральное положение при незначительном изменении концентрации ряда веществ, заполняющих поры кристалла.

а)	б)
Рис. 1. (а) Спектры преломленной брэгговской волны 2 (см. ниже) до (сплошная линия) и после воздействия (пунктирная) паров аммиака. На врезке показана схема взаимодействия света с пленкой опала на стеклянной подложке: 1 – падающий пучок белого света, 2 – отрицательно преломленная волна, 3 – отраженная волна. (б) Фотография спектра при отражении белого света на границе стекло – фотонный кристалл.

Публикации

Плеханов А.И., Кучьянов А.С., Заболотский А.А. Особенности проявления стоп-зоны в спектре дифрагированного на границе стекло-опал света // Письма в ЖЭТФ, 2009, т. 90, вып. 8. C.617–620.

Эффект фотодесорбции атомов рубидия в химически инертной полимерной органической пленке

Проведено детальное исследование эффективности фотодесорбции атомов рубидия предварительно накопленных в полимерной органической пленке. Исследования были проведены в стеклянной ячейке, внутренняя поверхность которой была покрыта пленкой (поли)диметилсилоксана (PDMS), облучаемой фотографической лампой-вспышкой. С помощью рубидиевой резонансной лампы, излучение которой использовалось как пробное, была изучена динамика плотности атомов рубидия в ячейке. Установлено, что около 25% всех атомов рубидия, внедренных в стенки ячейки, могут десорбироваться в течении единственного импульса света, а за несколько импульсов десорбируется почти 50% атомов. Полученые результаты могут быть полезными при разработке эффективных управляемых светом источников атомов для нового типа магнитооптических ловушек для атомов в условиях сверхнизкой плотности паров или очень слабых потоков атомов искусственных щелочных металлов (например, франция). Эффекты накопления и фотодесорбции частиц могут быть использованы при разработке сенсоров для обнаружения следов различных элементов (включая токсичные и радоиактивные), важных в экологических и геологических приложаниях.

Публикации

1. Atutov S.N., Chubakov V.P., Chubakov P.A., Plekhanov A.I. Efficiency of photodesorption of Rb atoms collected on polymer organic film in vapor-cell // http://arxiv.org/abs/1006.5646v1 (2010).
2. Atutov S.N., Chubakov V.P., Chubakov P.A. and Plekhanov A.I. Efficiency of photodesorption of Rb atoms collected on polymer organic film in vapor-cell // Eur. Phys. J. D, 2011, vol. 62. P.237–244.

Оптоволоконный химический сенсор на соединения аминного типа

Предложено использовать тонкие пленки функциализированных красителем частиц кремнезема в качестве сенсорного элемента для создания компактных оптических сенсоров химических веществ, легко сопрягаемых с оптоволоконными сетями для удаленного мониторинга. Для повышения чувствительности сенсора предложено наносить фотонно-кристаллическую пленку опала поверх основного сенсорного слоя. Обладая стоп-зоной на заранее заданной длине волны фотонный кристалл, в данном случае, служит селективным зеркалом. Такое покрытие обладает пористой структурой, не препятствующей взаимодействию окружающих веществ с сенсорным слоем.

Впервые реализована предложенная схема оптоволоконного химического сенсора на бутиламин. Сенсор включает в себя пленочную наноструктуру, нанесенную на торец оптического волокна диаметром 600 мкм. Она состоит из люминесцентных наночастиц кремнезема, модифицированных функциональным пирилоцианиновым красителем, синтезированным в НИОХ СО РАН, серебряных наночастиц и тонкого слоя фотонного кристалла. Покрытие сенсорной пленки сверху пористым селективным зеркалом в виде фотонного кристалла и внесение в неё наночастиц серебра диаметром 5–7 нм позволяет увеличить чувствительность сенсора в 10 раз. Чувствительность сенсора составляет 10^–4 моль/л.

Рис. 2. Схема оптического химического сенсора на бутиламин, изготовленного на торце оптоволокна.

Публикации

1. Болдов И.А., Кучьянов А.С., Плеханов А.И., Орлова Н.А., Каргаполова И.Ю., Шелковников В.В. Оптоволоконный химический сенсор на соединения аминного типа. // ФТТ, 2011, т. 53, вып. 6. С. 1088–1090.
2. Болдов И.А., Кучьянов А.С., Плеханов А.И., Орлова Н.А., Каргаполова И.Ю., Шелковников В.В. Оптические химические сенсоры и датчик на бутиламин // Фотоника, 2011, № 2 (26). С. 56–60.

Explosive evaporation of Rb or K fractal clusters by low power CW radiation in the presence of excited atoms

We describe a new, spectacular, unpredictable effect of the explosive evaporation of metallic Rb or K fractal clusters, only in the presence of excited atoms stimulated by resonant CW laser radiation in a heat - pipe glass cell (Fig.3a,b, see also the next moves Potassium.avi, Potassium on the window.avi, Rubidium.avi).

a)	b)
Fig. 3. (a) When the resonance of the laser radiation is tuned to the D1 or D2 lines of (a) Rb or (b) K, a bright, compact vapour cloud is formed on the border between the hot and cold parts of the cell and begins to move against the laser beam. (b) Sometimes the movement of the cloud is stopped by the cell entrance window.

Evaporation occurs at low laser-power density, in the presence of a buffer gas. The effect consists of the generation of optically thick, sharply localized alkaline metals vapour clouds propagating in the cell against the laser beam. These clouds are charged and exhibit a strong luminescence of Rb or K spectral lines.

Fig. 4. Fluorescence spectra of the Potassium (a) and Rubidium (b) clouds.

We believe that the explosive evaporation of metallic fractal clusters observed is explained by the laser excitation of alkali atoms. The excited atom collides into the surface of the clusters and transfers its internal energy to the surface locally. This energy greatly raises the temperature of this local part of the clusters surface, melts it and decreases the fractal surface area. Because, in general, any fractal cluster systems have a high surface energy, any process which leads to decreasing their surface area can liberate the surface energy. This energy increases the total temperature of the clusters and eventually leads to the thermal explosion of the cluster.

Publications

1. Plekhanov A., Shalagin A., Atutov S., Calabrese R., Tomassetti L., Guidi V. Explosive evaporation of Rb or K clusters by low-power laser radiation in the presence of excited atoms. - Proceedings of the SPIE, Volume 6726, pp. 67260D.
2. Atutov S.N., Plekhanov A.I., Shalagin A.M., Calabrese R., Tomassetti L., and Guidi V. Explosive evaporation of Rb or K fractal clusters by low power CW radiation in the presence of excited atoms. // Eur. Phys. J. D, V. 66, No. 5 (2012), 140.