Лазерные инструменты, предложенные французскими учеными и основанные на идее рассеяния суперконтинуума, т.е. когерентного электромагнитного излучения с широкой спектральной полосой, позволяют выполнять более точные измерения и моделировать отражения на наноуровне.

Угловое рассеяние света при определенных условиях является наиболее часто измеряемым и моделируемым физическим явлением в самых разнообразных научных и практических отраслях, от материаловедения до компьютерной графики и анимации.

Аналитические методы, основанные на этом феномене, включают в себя дистанционное зондирование, целевое измерение, а также исследование отклика пассивных или активных датчиков. Часто практические исследования сопряжены с моделированием ситуации при помощи теоретических моделей.

Моделирование требует формулирования специальной гиперспектральной функции, позволяющей впоследствии провести количественные исследования поверхностных оптических явлений, а именно того, как свет отражается от поверхности (под каким углом, и в каком спектральном диапазоне). Эта уникальная оптическая «подпись» – одна из важнейших функций, необходимых для моделирования передачи волн, лазерных техник отображения, а также удаленных датчиков.

Ученые по всему миру заинтересованы в применение такого подхода (моделирования посредством специальной функции) для исследования оптических свойств наноматериалов. Повышенное внимание эти материалы привлекают в последнее время за счет уникальных физических, химических и оптических свойств, обусловленных высоким отношением площади поверхности тел в наномасштабе к их объему. Это соотношение близко к нулю для сыпучих материалов, но значительно возрастает для наноматериалов, практически целиком состоящих из поверхности.

Для измерения оптических свойств этих материалов на сегодняшний день используются самые разные измерительные системы, в частности, основанные на методах ближнего и дальнего поля (например, сканирующая туннельная микроскопия или ближнепольная оптическая микроскопия, спектроскопия и т.п.).

Совсем недавно ученые из The French Aerospace Lab (Франция) представили еще одну оригинальную методику исследований, основанную на изучении гиперспектрального поляризованного рассеяния света от поверхности наноматериала. По мнению разработчиков, предложенная ими техника позволяет использовать преимущества методик дальнего поля применительно к наноматериалам, характеризующимся высоким отношением площади поверхности к объему.

Стоит отметить, что примененная исследователями идея работы с суперконтинуумом, не нова. В последнее время она вызывает все больший интерес со стороны научного сообщества в таких сферах, как оптическая когерентная томография, оптические коммуникации и т.п. При генерации суперконтинуума лазерное излучение фиксированной длины волны преобразуется в свет очень широкой спектральной полосы. Производится это за счет распространения света в нелинейных средах, таких как оптические волокна.

Первоначально предложенный инструмент был предназначен для изучения рассеяния в плотных средах, но впоследствии он был приспособлен для неразрушающего контроля наноструктур. Пробные измерения выполнялись на суспензии наночастиц из различных материалов, в том числе кремния, органических полимеров (таких как латекс), полупроводников (в т.ч. оксид цинка), а также золота и серебра. Объемная доля наноматериалов в этой суспензии составляла от 0,05 до 5%.

По данным исследователей, инструмент позволяет работать с широким диапазоном материалов, причем, не только с твердыми, но и с жидкими веществами.

В ближайшее время ученые планируют оптимизировать протокол калибровки созданного прибора, что позволит уменьшить погрешность определения оптических свойств наночастиц. Кроме того, планируется разработка новых теоретических моделей.