Впервые обнаружен эффект нелинейно-оптического ограничения при пикосекундных лазерных воздействиях в видимом и ближнем ИК спектральном диапазонах в наночастицах меди, находящихся в оптически прозрачных диэлектрических или полупроводниковых матрицах.

Отдел радиационных воздействий на материалы, лаборатория радиационной физики.

Методом имплантации ионов Cu⁺ с энергией 50 и 160 кэВ, дозами в интервале 10¹⁶ - 10¹⁷ ион/см² в кварцевое и натриево-кальциевое стекла, а также в монокристаллы оксида цинка, синтезированы новые нелинейно-оптические композиционные материалы: прозрачная диэлектрическая или полупроводниковая матрица с наночастицами меди. При помощи методики Z-сканирования с использованием пикосекундного Nd:YAG лазера с длительностью импульсов 55 пс исследован процесс нелинейного оптического поглощения у металлических наночастиц в спектральных диапазонах как вблизи плазмон-поляритонного резонанса (λ=532 нм), так и вдали от него (λ=1064 нм). Впервые обнаружен эффект нелинейно-оптического ограничения (при интенсивности лазера ∼5·10⁸° - 5·10¹⁰° Вт/см²) в твердотельных композиционных материалах с металлическими наночастицами, который ранее наблюдался только в растворах с коллоидными частицами золота и серебра. Наблюдаемое явление оптического ограничения обусловлено особенностями нелинейно-оптического поглощения наночастиц меди в зависимости от интенсивности света. Нелинейно-оптический эффект у металлических наночастиц меди в диэлектрической или полупроводниковой матрицах представляет практический интерес и может быть использован при создании устройств с ультракороткими временами отклика для защиты глаз, оптических детекторов и сенсоров от интенсивного лазерного воздействия, а также для контроля сигнала при оптической передаче информации в телекоммуникациях.

Рис. 1. Зависимость нормализованного пропускания от интенсивности лазерного излучения, измеренная по схеме с открытой диафрагмой, находящихся в фокусе пучка стекол с наночастицами меди, синтезированными ионной имплантацией с энергией 50° кэВ, дозой 8.0·10¹⁶° ион/см², плотностью тока в ионном пучке 10° мкА/см²: 1- Cu:SiO₂ и 2-Cu:НКСС.

Публикации:

1. A.I. Ryasnyansky, B. Palpant, S. Debrus, R.I. Khaibullin, A.L. Stepanov: Nonlinear optical properties of copper nanoparticles synthesized in indium tin oxide matrix by ion implantation // J. Opt. Soc. Am. B 23, 1346-1353 (2006).