Красноярские ученые разработали новую модель оптического температурного сенсора
Он работает на основе связанных состояний в континууме, а его способность удерживать свет зависит от температуры
Впервые оптический температурный сенсор, способность которого удерживать свет зависит от температуры, разработали в ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН». Красноярские ученые совместно коллегами из СФУ использовали концепцию связанных состояний в континууме для создания оптического датчика температуры из фотонно-кристаллического микрорезонатора. Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review E.
Такой микрорезонатор состоит из жидкокристаллического слоя, расположенного между двумя одномерными фотонными кристаллами из чередующихся слоев нитрида кремния и диоксида кремния.
Оптические температурные сенсоры используются в различных измерительных приборах и устройствах контроля в автомобильной и химической промышленностях, нефтегазовом секторе и других сферах. Они используются для контроля температуры при химических процессах, обнаружения протечек в трубопроводах, термического контроля силовых кабелей, для обеспечения пожарной безопасности и безопасной работы промышленных установок.
«Мы предложили новую модель оптического температурного сенсора на основе микрорезонатора и реализовали ее экспериментально», – рассказал Алексей Краснов, лаборант Института физики им. Л. В. Киренского СО РАН.
При прохождении света через микрорезонатор в спектрах пропускания наблюдаются провалы. Такой провал называется резонансной линией, или резонансом, и имеет две основные характеристики: спектральное положение и ширину. Обычно для сенсорных приложений используют изменение положения резонанса при изменении температуры.
«В нашем микрорезонаторе фотонные кристаллы выступают как зеркала, а слой жидкого кристалла – как резонаторный слой. Когда свет находится между зеркалами, в слое жидкого кристалла реализуются так называемые микрорезонаторные моды. Чтобы детектировать температуру, мы использовали спектральные особенности локализованных мод», – продолжил Краснов.
Ученые впервые предложили использовать для измерения температуры вторую характеристику – ширину резонансной линии. В ходе использования концепции связанных состояний в континууме им удалось реализовать управление шириной резонансных линий при нагревании образца.
«Связанное состояние в континууме – это свет, который «не покидает» микрорезонатор. Изменение температуры жидкого кристалла приводит к разрушению связанного состояния. В результате свет выходит через зеркала, что проявляется в изменении спектральной ширины соответствующего резонанса», – объяснил результат работы кандидат физико-математических наук научный сотрудник Института физики им. Л. В. Киренского СО РАН Павел Панкин.
Он отметил, что для оптического диапазона электромагнитных волн температурное управление шириной спектральных линий на основе связанных состояний в континууме было реализовано впервые.
Ранее российские ученые нашли способ улучшить характеристики современных гаджетов. Предполагается, что разработка положительно повлияет и на генерацию солнечной электроэнергии.
Теги:
