Що об’єднує короткі оптичні імпульси високої потужності, які використовують для зварювання матеріалів: передавання інформації з космічних апаратів на Землю, ультрафіолетове випромінювання у мікроскопі для аналізу пошкоджених тканин в організмі людини та радіолокаційні станції? Ці високі технології, серед іншого, об’єднує те, що в кожній із них використовуються акустооптичні модулятори (АОМ).
Для того, щоб пристрої на основі цих модуляторів працювали чітко й безперебійно, АОМ потрібно створювати з найкращих, максимально ефективних матеріалів. Саме над пошуком таких матеріалів працює сьогодні команда вчених Фізико-механічного інституту імені Г.В. Карпенка НАН України. Науковці поставили амбітну мету – встановити акустооптичну (АО) ефективність нових та не досліджених кристалічних матеріалів. Їх проєкт «Експериментально-теоретичне вивчення і прогнозування фотопружних властивостей кристалічних матеріалів для пристроїв керування електромагнітним випрoмінюванням» переміг у конкурсі «Підтримка провідних і молодих учених» і отримав фінансування в розмірі понад шість мільйонів гривень.
Що ж це за кристалічні матеріали?
Науковий керівник проєкту, провідний науковий співробітник Фізико-механічного інституту імені Г.В. Карпенка, професор Богдан Мицик пояснив, що для модуляції світла і, відповідно, побудови необхідних пристроїв для різних галузей економіки, можна використати електрооптичний або акустооптичний (АО) ефект. У рамках проєкту науковці досліджують саме акустооптичну ефективність нових або недосліджених кристалічних матеріалів.
– Акустооптичні матеріали людство почало використовувати в середині ХХ-го століття, – розповів Богдан Григорович. – На сьогодні «список» матеріалів, які використовують для виготовлення світлозвукопроводів (АО комірок) для найрізноманітніших приладів, – чималий, але, на жаль, усі вони мають недоліки.
Серед недоліків кристалічних матеріалів – «загасання» акустичних хвиль на високих частотах, малі коефіцієнти акустооптичної якості, властивості, які ведуть до температурної нестабільності АО комірок, щоб їх охолодити, доводиться збільшувати розмір та вагу модуляторів, низька променева стійкість (світло великої потужності руйнує ці матеріали) тощо.
Саме тому головне завдання проєкту – знайти матеріали, в яких ці недоліки мінімізовані.
Науковці ведуть пошук серед кристалів групи А2ВХ4 (перспективним вважають, наприклад, фторберилат амонію), а також групи лангаситу (ЛГС). Остання налічує понад сто кристалів, що мають обнадійливі характеристики: великий показник заломлення, велику механічну міцність, відмінну оптичну якість, високу стійкість до потужного оптичного випромінювання тощо. «Сьогодні в пристроях керування електромагнітним випромінюванням часто використовують кристали кварцу, які, на жаль, мають низьку акустооптичну ефективність, – пояснив пан Богдан. – Ми ж прогнозуємо, що, наприклад, окремі представники групи лангаситу матимуть значно вищу АО ефективність, будуть температурно стабільнішими і матимуть суттєво нижче «загасання» акустичних хвиль. Інші важливі характеристики цих кристалів, наприклад, великі коефіцієнти електромеханічного зв’язку, дозволять спростити конструкцію світлозвукопроводу (АО комірки)».
Експериментальні дослідження кристалів групи лангаситу надзвичайно трудомісткі. Образно кажучи, знайти один перспективний кристал – це майже те ж саме, що знайти піщинку золота у відрі піску. Саме тому науковцям важливо звузити «зону пошуку». Для цього вони проводять попереднє моделювання фотопружних властивостей кристалів та розраховують їх акустооптичні характеристики.
Для проведення моделювання за кошти проєкту придбано спеціальну комп’ютерну програму. «Ця програма допоможе суттєво скоротити час пошуку найефективніших кристалів цієї групи», – зазначив науковець.
У команді проєкту – справжні профі в царині створення і дослідження кристалічних матеріалів. «Наш колектив – це унікальні спеціалісти, які володіють дослідницькими ноу-хау, – розповів Богдан Мицик. – Вони точно і достовірно вивчають фотопружні та АО характеристики оптичних матеріалів. У групі працюють і троє молодих учених. Завдяки перемозі в конкурсі вони мають можливість працювати в Україні. Субвиконавцем нашого проєкту є Львівський національний університет імені Івана Франка, досвід колег щодо створення нових матеріалів нам надзвичайно допомагає».
Богдан Григорович порадив колегам-науковцям сміливіше брати участь у конкурсах. «Перемоги й нові можливості зміцнюють творчі колективи й піднімають українську науку на належний рівень», – наголосив він.
Джерело: НАЦІОНАЛЬНИЙ ФОНД ДОСЛІДЖЕНЬ УКРАЇНИ