В России создали оптические волокна с необычными свойствами

11:42, 5 августа 2022

Они принесут пользу в космосе, лазерной хирургии, системах безопасности [фоторепортаж]

Сотрудники научной лаборатории волоконных технологий и фотоники Уральского федерального университета разработали и изготовили инфракрасные оптические волокна с уникальными свойствами. Волокна нетоксичны и, как показали исследования, сохраняют свои выдающиеся свойства при обработке ионизирующим бета-излучением дозами до 1 МГр. Статью с описанием проведенных исследований, свойств и областей применения полученных волокон коллектив ученых опубликовал в научном журнале Оptical materials.

«Это открывает перспективу применения световодов из полученных волокон в условиях интенсивного ионизирующего излучения. То есть не только в традиционной области оптоэлектроники, но и в лазерной хирургии, эндоскопической и диагностической медицине, при определении составов опасных отходов атомной промышленности, в космосе», — перечисляет главный научный сотрудник лаборатории, профессор кафедры физической и коллоидной химии УрФУ Лия Жукова.

Поскольку волокна способны принимать и передавать излучение космических объектов, их можно встраивать в инфракрасные космические телескопы, заменяя массивные зеркала и линзы. Срок службы волокон будет дольше, чем жизненный цикл самих телескопов, утверждают разработчики.

Волокна высокопродуктивны и в неопасной для человека терагерцовой области излучения (между областью среднего и дальнего инфракрасного излучения, с одной стороны, и микроволнового — с другой). Это значит, что световоды из волокон пригодны для создания оборудования, которое сможет стать безопасной заменой магнитно-резонансной томографии и рентгенографии — в медицине или в процессе предпосадочного сканирования пассажиров и их багажа. При этом не придется прибегать к громоздким и дорогостоящим металлодетекторам, а пассажиры даже не почувствуют, что проходят досмотр.

Волокна созданы на основе кристаллов системы AgBr–AgI. На первом этапе разработок, используя экологически чистый, безотходный и энергосберегающий метод, разработанный Лией Жуковой, химики УрФУ синтезировали шихту практически стопроцентной чистоты и впервые в мире вырастили из нее монокристаллы бромида и йодида серебра.

«Выращенные кристаллы отличаются чрезвычайно высокой прозрачностью, пластичностью, а также фотостабильностью и негигроскопичностью — способностью сохранять свои свойства под воздействием света, не взаимодействуя с влагой», — поясняет младший научный сотрудник лаборатории волоконных технологий и фотоники УрФУ Анастасия Южакова.

С помощью компьютерного моделирования коллеги определили оптимальные условия изготовления из монокристаллов однородных инфракрасных оптических волокон с уникальными характеристиками.

Эксперимент подтвердил достоверность результатов компьютерного моделирования. Волокна были успешно получены с использованием уникальных авторских технологий и оборудования из цилиндрических заготовок, обладающих, благодаря предварительной химической обработке, улучшенными оптическими и механическими свойствами. Заготовки подвергали экструзии — продавливанию сквозь формирующее отверстие. Присутствие в кристаллической решетке бромида серебра анионов йода определило дополнительную фото- и радиационную стойкость волокон, расширило диапазон пропускания ими инфракрасного излучения.

«На основе монокристаллов системы AgBr–AgI мы создали оптические волокна с самым широким на сегодня инфракрасным диапазоном пропускания — от 3 до 25 мкм. При этом прозрачность волокон достигает 70–75 %, что соответствует теоретически возможным значениям для кристаллов системы AgBr–AgI. В то же время оптические потери волокон достигают предельно низких значений», — описывает Анастасия Южакова.

В дальнейшем соавторы статьи намерены подробно изучить и осветить природу высокой радиационной стойкости в кристаллах системы AgBr–AgI и волокнах на их основе.

Отметим, разработка волокон и создание новых функциональных материалов — одно из научно-исследовательских направлений в УрФУ, поддержанных в рамках госпрограммы «Приоритет-2030» по направлению «Функциональные неорганические, гибридные материалы и технологии детекторной техники и фотоники».

Исследование проводится под кураторством Лии Жуковой и ведущего специалиста лаборатории, профессора кафедры физической и коллоидной химии Александра Корсакова. Работа поддержана грантом РНФ (проект № 21-73-10108, руководитель — научный сотрудник лаборатории Дмитрий Салимгареев).