ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
|
ИСТИНА ИНХС РАН |
||
Проект направлен на решение ряда фундаментальных научных проблем, связанных с разработкой и реализацией методов оптического управления микрочастицами с помощью поверхностных состояний, возбуждаемых в планарных микроструктурах на основе одномерных фотонных кристаллов. По завершению проекта будут разработаны методы оптического управления, реализация которых предоставит новые возможности в фундаментальных задачах нано- и микрофлюидики, оптической сортировке и биоинженерии. В структурах, которые будут разработаны в ходе выполнения проекта, будут использоваться только диэлектрические материалы, что обеспечит отсутствие нагрева, нежелательного при проведении исследований в нано- и микрофлюидике. При этом большое усиление локального поля, которое достигается при возбуждении поверхностных состояний в фотонных кристаллах, позволит добиться больших сил, действующих на микрочастицы. Использование интегральных оптических компонентов, представляющих собой планарные полимерные микроструктуры, наносимые на поверхность фотонного кристалла, позволит реализовать в ходе выполнения проекта различные режимы оптического управления, такие как управляемое перемещение и локализация микрочастиц. С помощью численных расчетов будут определены оптимальные характеристики микроструктур и величины сил, действующих на микрочастицы. Структуры будут изготовлены посредством вакуумного напыления и лазерной литографии, после чего будут изучены методами оптической частотно-угловой спектроскопии и микроскопии. Для решения фундаментальной задачи исследования взаимодействия диэлектрической микрочастицы и электромагнитного поля поверхностных состояний в таких структурах будут использоваться методы оптической и фотонно-силовой микроскопии.
1. По результатам теоретических расчетов ожидается получить характеристики одномерных фотонных кристаллов, обеспечивающие не менее чем десятикратное усиление локального электрического поля на поверхности фотонного кристалла при возбуждении поверхностных электромагнитных волн в схеме Кречманна, характеристики планарных микроструктур, наносимых на поверхность фотонного кристалла, обеспечивающие локализацию поля на микронных масштабах в трех измерениях, а также определить величины оптических сил, действующих на микрочастицы в этих полях, как функции параметров микроструктур и параметров схемы возбуждения поверхностных состояний. Усиление и локализация электромагнитного поля, которые планируется получить, являются типичными на сегодняшний день для подобных структур, однако силы, действующие на микрочастицы вблизи одномерных фотонных кристаллов, ранее не рассматривались. 2. По результатам изготовления образцов планируется получить одномерные фотонные кристаллы с характеристиками, близкими к требуемым характеристикам, полученным в ходе расчетов, а также нанести на них планарные микроструктуры, в частности, канальный волновод микронного сечения. Изготавливаемые образцы фотонных кристаллов будут изучены методом оптической спектроскопии пропускания и отражения в схеме Кречманна. Ожидается получить спектры пропускания и отражения в схеме Кречманна, находящиеся в качественном и количественном согласии с расчетом методом матриц распространения для параметров изготавливаемых фотонных кристаллов. В угловом и частотном спектрах отражения в схеме Кречманна ожидается получить узкий провал, соответствующий возбуждению поверхностных волн. 3. Установка оптического пинцета будет модифицирована и оптимизирована для реализации ранее не проводившейся фотонно-силовой микроскопии поверхностных состояний в планарных микроструктурах на основе одномерных фотонных кристаллов. Будет реализован ранее не использовавшийся метод обратной связи для поддержания постоянного расстояния между частицей и поверхностью. Планируется добиться точности в измерении сил вплоть до десятков фемтоньютон, что является рекордным значением для фотонно-силовой микроскопии. 4. По результатам фотонно-силовой микроскопии планируется получить зависимости силы, действующей на сферическую частицу из полистрирола диаметром 1 мкм в поле поверхностной электромагнитной волны, от расстояния до поверхности фотонного кристалла и от угла падения излучения, возбуждающего поверхностную волну в схеме Кречманна. Ожидается, что максимальные силы будут наблюдаться вблизи поверхности при резонансном возбуждении поверхностных волн. 5. По результатам изучения динамики микрочастиц из полистирола в поле поверхностных состояний в планарных микроструктурах на основе фотонных кристаллов ожидается осуществить стабильную локализацию микрочастиц вблизи поверхности фотонного кристалла и их движение в направлении распространения оптического излучения. В случае одномерного фотонного кристалла ожидается получить стабильное движение в направлении распространения поверхностной волны. В случае же, когда на поверхность фотонного кристалла нанесен канальный волновод, ожидается получить направленное движение частицы вдоль данного волновода.
грант РФФИ |
# | Сроки | Название |
1 | 29 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. | Оптическое управление микрочастицами на основе одномерных фотонных кристаллов |
Результаты этапа: |
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".