нанофотоника. Дюделев Владислав Викторович
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
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