Эксперименты с наночастицами различной формы, проведенные немецкими учеными, показали несоответствие между спектром поглощения поверхностного плазмонного резонанса и спектром нелинейного пропускания. Полученные результаты говорят о том, что при построении на основе наночастиц так называемых оптических ограничителей, обеспечивающих защиту оптических приборов от интенсивного лазерного излучения, придется учитывать вклад от различных механизмов взаимодействия света с материалом.

Несмотря на все усилия в сфере защиты оптических приборов, чувствительные датчики и человеческие глаза легко повреждаются интенсивным лазерным излучением. Для ограничения интенсивности светового потока нужно разрабатывать новые покрытия инструменты. Одно из потенциальных средств такого ограничения – наночастицы, «настройку» оптических свойств которых можно осуществлять за счет изменения их размеров и формы.

В виде раствора или структуры с частицами, расположенными в узлах некой твердой матрицы, наночастицы могут использоваться в качестве нелинейного фильтра для ограничения лазерного излучения высокой интенсивности (при размещении в фокальной плоскости оптической системы). К слову, такие устройства получили название оптических ограничителей.

Предыдущие эксперименты показали, что

производительность оптического ограничителя существенно зависит от длительности лазерного импульса, длины волны излучения, показателей оптической системы, а также типа используемых наночастиц.

В идеале такие устройства должны «срабатывать» во время нарастания лазерного импульса и действовать в широкой спектральной полосе. Но на данный момент взаимодействие сильного лазерного излучения с материалами, приводящее к нелинейному затуханию луча, до конца не изучено и трудно поддается моделированию. Таким образом,

оптимизация оптических ограничителей пока не доступна.

В ходе этого процесса происходит как поглощение из возбужденного состояния, так и нелинейное рассеяние. Для более глубокого понимания этих механизмов, группа ученых из Fraunhofer Institute of Optics System Technologies and Image Exploitation (Германия) провела исследования того, как нелинейное прохождение и рассеяние света на системе наночастиц зависит от их формы.

В своих экспериментах исследователи использовали металлические наночастицы, в частности, наиболее интересные из них – наночастицы золота и серебра. Эти наночастицы демонстрируют поглощение в видимой и ближней ИК области спектра за счет так называемого поверхностно плазмонного резонанса (связанного с коллективным колебанием свободных электронов при освещении поверхности).

В общем случае частота поверхностно плазмонного резонанса зависит от типа, размера и формы наночастиц, а также условий окружающей среды.

В рамках своей работы ученые протестировали наночастицы различной формы. Главный вопрос, который волновал научную группу, заключался в том, насколько сильно влияет плазмонный резонанс на характеристики оптического ограничителя на основе наночастиц.

Наилучшие результаты (низкий порог «срабатывания» оптического ограничителя при высокой степени затухания) были достигнуты для наночастиц сферической формы, вне зависимости от плазмонного резонанса. Роль последнего оказалась существенной вблизи нелинейного порога, что ведет к различной скорости затухания излучения.

В ближайшее время ученые планируют разработать модели каждого из выявленных процессов взаимодействия интенсивного лазерного излучения с веществом, чтобы иметь возможность имитировать в рамках вычислительных экспериментов процесс затухания.