Ученые предложили использовать устройство на основе наночастиц нитрида титана для фильтрации шумов в оптоволоконных линиях связи. Эта возможность связана со способностью наночастиц нитрида титана, обладающих свойством плазмонного резонанса, вырезать узкий диапазон падающего на них излучения. Результаты исследования сотрудников Федерального исследовательского центра Красноярский научный центр СО РАН (ФИЦ КНЦ СО РАН) совместно с коллегами из Сибирского федерального университета, Сибирского государственного университета науки и технологий им. М.Ф. Решетнева и Королевского технологического института (Швеция) опубликованы в журнале Photonics and Nanostructures – Fundamentals and Applications.

Плазмоника изучает материалы, в которых наблюдается поверхностный плазмонный резонанс. Характерная особенность этого явления — резкое локальное усиление электромагнитного поля при определенной длине волны падающего на материал излучения. Плазмонно-резонансные системы применяются в различных областях человеческой деятельности. Например, с их помощью удалось повысить чувствительность спектральных методов анализа, разработать биосенсоры, методы терапии злокачественных новообразований, повысить эффективность солнечных элементов.

Красноярские ученые предложили использовать наночастицы нитрида титана, обладающие плазмонными свойствами, для создания управляющих оптических элементов в оптоволоконных сетях. «Когда на эти частицы попадает излучение, то при определенных условиях возникает эффект узкого резонанса, с помощью которого мы можем, как скальпелем, «вырезать» определенные длины волн, то есть делать фильтры на пропускание или отражение помех», — поясняет соавтор работы Александр Ершов из Института вычислительного моделирования ФИЦ КНЦ СО РАН.

Физическая суть эффекта заключается в том, что под воздействием электрического поля в световой волне отрицательно заряженные электроны в наночастицах начинают смещаться относительно положительно заряженных ядер. Так как разноименные заряды притягиваются, то в результате появляется электростатическое взаимодействие, которое приводит к возникновению колебаний с резонансом на определенной частоте. Эта частота зависит от материала и формы частиц.

Отдельный интерес представляет взаимодействие излучения с решетками, состоящими из плазмонных наночастиц. Если правильно подобрать расстояние между частицами, решетка из наночастиц на определенной длине волны в крайне узком диапазоне частот поглощает или отражает внешнее излучение.

Выбор нитрида титана в качестве основы для фильтра помех не случаен. Классические плазмонные материалы в условиях реальной эксплуатации утрачивают свои резонансные свойства при сильном нагреве излучением. Устройство из нитрида титана по оценкам ученых будет обладать высокой тепловой стойкостью и долговечностью. Также ученые показали, что у этого материала резонанс смещен в ближний инфракрасный диапазон, в котором работают устройства связи. Немаловажная особенность — стоимость производства наночастиц нитрида титана невысока.

Управляющие оптические элементы требуются для работы с телекоммуникационным диапазоном длин волн, когда возникает задача пропускания через одну линию оптоволоконной связи большого количества потоков излучения. По словам Александра Ершова, использование плазмонных наночастиц открывает новые возможности для повышения эффективности управляющих элементов из-за их способности поглощать свет в узком диапазоне длин волн.