Самарские ученые создали миниатюрные лазерные иглы, которые позволяют с высокой точностью обрабатывать материалы. У этой разработки – большое будущее.
Микрометры пользы
Руководитель проекта – доцент кафедры технической кибернетики и старший научный сотрудник Научно-исследовательской лаборатории автоматизированных систем научных исследований при Самарском университета им. Королёва Дмитрий Савельев. В научную группу также входят Сергей Дегтярев, Рустам Парингер и Вадим Колодин.
Оптическая или световая игла – уже устоявшийся термин в оптике. Это длинный и узкий отрезок света. Иглы, полученные самарскими учеными, – это один из результатов выполнения проекта гранта "Интеллектуальная разработка трёхмерных сложных оптических элементов" в контексте формирования структурированных лазерных полей с заданными свойствами. Они сегодня необходимы для решения многих актуальных проблем в различных областях – оптическом манипулировании, изображающей оптике, оптических и квантовых коммуникациях.
Световые иглы можно использовать для повышения плотности хранения оптических данных, микроманипуляции наночастицами, обработки материалов, нанолитографии, оптической микроскопии, биомедицинских приложений. У световых игл обычно на достаточно большом расстоянии наблюдается равномерное распределение световой энергии. Это может служить компенсацией погрешности в настройке оборудования, когда не так обязательно попадать точно в фокус.
Длина мини-игл измеряется в микрометрах (мкм). Один микрометр равен 0,001 миллиметров.
В настоящее время оптические иглы используются в оптических пинцетах – системе, которая позволяет брать и перемещать микроскопические объекты. Проще говоря, это специальный лазерный пучок, попав в который частица как бы "прилипает" к нему, и ее можно перемещать. Поэтому важен размер световой иглы – не только продольный, но и поперечный – от этого зависит, с каким объектами можно работать.
Существуют разные способы получения световых игл, например, с помощью металинз, метаповерхностей, зонных пластинок Френеля и др.
Самарские ученые провели численные моделирования методом конечных разностей во временной области. При использовании этого метода решаются уравнения Максвелла, записанные в дифференциальной форме, что позволяет учесть структуру субволновых оптических элементов, в том числе отдельных деталей их рельефа. Выбраны перспективные формы этих элементов, позволяющие получить длинную световую иглу, остросфокусированный лазерный пучок, оптическую бутылку. Дальнейший этап – создание этих элементов и подтверждение результатов моделирования в виде эксперимента. Проведена серия экспериментальных исследований, во время которых рассматривались различных подходы к изготовлению элементов. В результате был апробирован и оптимизирован алгоритм технологического процесса, с помощью которого получен тестовый субволновый элемент с переменной высотой отдельных деталей рельефа. Для сравнения различных структур и проведения экспериментов нужно еще несколько элементов, созданием которых ученые планируют заняться в начале следующего года.
Оптический компьютер
Создание миниатюрных световых игл является одним из этапов на пути к созданию оптических компьютеров. Это устройство, в котором вместо электричества для вычислений используется свет. Информация в стандартном компьютере кодируется через 0 и 1. В оптическом же носителем информации выступают не заряды электронов, а фотоны. Вместо заряда электронов – интенсивность электромагнитного поля. Им нужно управлять, чтобы получить структурированный нужным образом свет.
Преимуществ у оптического компьютера перед стандартным много. Например, экономия времени и энергии, слабое искажение и затухание при передаче информации в оптоволокне, большая пропускная способность – с помощью фотонов можно передать больше информации.
Прототип самой мощной в мире гибридной электронно-фотонной вычислительной системы намерены разработать в Национальном центре физики и математики в 2027 году.
Молодые ученые – первопроходцы
Одна из особенностей современной науки – ее междисциплинарность, что требует соответствующего кругозора, считает Дмитрий Савельев. Уход в одно направление может быть тупиком, потому что ответы на вопросы все чаще лежат в смежных дисциплинах.
"Роль молодых ученых – подвергать сомнению авторитеты, не давать им "забронзоветь". Пробовать что-то новое, не бояться что-то исследовать, задавать вопросы. Но одновременно воспринимать и учиться, чтобы быть продолжателем традиций соответствующих научных школ и, возможно, основывать новые. Все разрушить, чтобы на обломках что-то строить, – это тупик. Современная наука стоит на мощном фундаменте предыдущих открытий. Плюс актуально все же не только фундаментальное, но и прикладное, то, что можно реализовать условно "в железе", использовать на практике. Создать что-то свое с учетом научных наработок. Роль молодого ученого – это роль очень часто первопроходца", – говорит ученый.
Источник:samara.aif.ru