По мнению ученых из Южной Кореи, наноструктуры с периодическими изменениями показателя преломления позволят создать новые платформы, которые будут эффективно фосфоресцировать на настраиваемой длине волны. Проведенный ими вычислительный эксперимент показал, что фотонный кристалл с определенной структурой позволяет повысить эффективность накачки люминофора.

В последние годы внимание исследователей привлекает идея разработки люминофоров (веществ, способных люминесцировать, в частности, фосфоресцировать) с заданными оптическими свойствами.

Это связано с появлением в последнее время целого ряда новых приложений для подобных веществ. В частности, они используются для покрытия белых светодиодов, что открывает путь к твердотельной генерации освещения.

Рис. 1. Смоделированный фотонный кристалл представлял собой последовательность слоев брэгговских отражателей и альтернативного материала.

С развитием нанотехнологий перед исследователями люминофоров открылись новые горизонты. Известно, что нанофотонные структуры (имеющие масштаб порядка длины волны падающего света) могут влиять на то, каким образом световые волны отражаются или проходят через материал. Таким образом, использование комбинации люминофоров и нанофотонных структур позволит повысить эффективность работы устройств, где используется идея люминесценции.

Однако до сих пор подавляющее большинство научных работ в этой сфере было посвящено изучению свойств люминофоров, а не использованию модифицированных нанофотонными структурами материалов.

Группа ученых из Seoul National University (Южная Корея) своей работой восполнила этот пробел. Ученые предложили одномерный (1D) фотонный кристалл в качестве средства улучшения свойств флуоресцирующей платформы.

Поскольку фотонный кристалл представляет собой нанофотонную структуру, его показатель преломления периодически изменяется. Упомянутое улучшение связано с низкой групповой скоростью света в структуре, что позволяет продлить время взаимодействия фотонов накачки с люминофором.

Эти структуры имеют запрещенную зону для фотонов (диапазон длин волн, при которых свет не может распространяться через структуру), а также край запрещенной зоны для фотонов, расположенный в непосредственной близости от самой запрещенной зоны. Групповая скорость света на краю запрещенной зоны равна нулю, что усиливает взаимодействие между светом и люминофором.

Смоделированный учеными фотонный кристалл представляет собой стандартную последовательность слоев брэгговских отражателей и другого материала. В качестве прообразов реальных веществ во время численного эксперимента использовались диоксид кремния и оксид алюминия. Толщина каждого слоя устанавливалась на уровне 1/4 длины волны падающего света. Общее количество пар чередующихся слоев было равно 30.

Чтобы убедиться в эффективности предложенной структуры, ученые исследовали возбуждение люминофора с помощью источника света с конечной шириной полосы излучения (гаусовский спектральный профиль). В ходе численного эксперимента было доказано, что предложенный одномерный фотонный кристалл является эффективным инструментом для работы с люминофорами.

В ближайшем будущем ученые планируют воплотить вычислительный эксперимент на практике. В настоящий момент исследователи уже начали создавать смоделированную фотонную структуру с помощью полимерных материалов.