Голографические решетки для нейтронной оптики, сформированные в фото-термо-рефрактивном стекле

Иванов Сергей Александрович (НИЦ Оптического материаловедения Университета ИТМО)

Время: 11 октября 14:00
Место: 85 корпус, второй этаж

В современной оптике (200 нм–3 мкм) значительную роль играют различные дифракционные оптические элементы. Однако для задач, в которых длина волны излучения измеряется десятками нанометров и меньше, на данный момент не существует приемлемых аналогов. Так, например, для управления потоками холодных нейтронов необходимы периодические структуры с постоянной решетки, сопоставимой с их длиной волны (0,5–10 нм). Естественные кристаллы обладают меньшей постоянной решетки и не подходят для таких задач, а искусственные решетки ограничены разрешающей способностью материалов, на которых они создаются, и/или методом изготовления, что приводит к очень малым углам дифракции, большим размерам таких элементов и малой дифракционной эффективности.

Целью настоящей работы является создание и исследование периодических структур сверхмалого периода (порядка 100 нм), которые способны выполнять функцию дифракционных решеток для холодных нейтронов. Для этого предлагается записывать когерентным УФ-излучением объемные голографические решетки, представляющие собой 3D-структуры с периодом 110 нм и менее, в объемной голографической среде – фото-термо-рефрактивном (ФТР) стекле. К настоящему моменту ФТР-стекло хорошо зарекомендовало себя как голографический материал для создания различных высокоэффективных дифракционных оптических элементов с неограниченным сроком службы (узкополосные спектральные и пространственные фильтры, сумматоры/делители излучения, чирпированные голографические решетки и т.д.). Дифракционный отклик в них обусловлен модуляцией показателя преломления ФТР-стекла за счет модуляции концентрации кристаллической фазы фторида натрия. Процесс роста таких кристаллов сопровождается изменением КТР окружающей матрицы, что ведет к модуляции плотности стекла. Также, предполагается модуляция концентрации атомов фтора. Указанные виды модуляции являются ключевой особенностью ФТР-стекла, открывающей возможность применения данного материала для создания дифракционных решеток под задачи нейтронной оптики. Дополнительным его достоинством в рамках поставленной задачи является высокая разрешающая способность, обусловленная тем, что центром кристаллизации является наночастица серебра с размерами около 2 нм, а размер кристаллов определяется концентрацией наночастиц и режимами обработки, и лежит в диапазоне 10–100 нм.

Предварительные эксперименты показали, что ФТР-стекло обладает высоким пропусканием для тепловых нейтронов (> 90%), а также в нем отсутствуют источники некогерентного рассеяния нейтронов.

Таким образом, управление пространственным распределением кристаллической фазы(NaF) и ее компонентов является перспективным способом создания искусственных периодических структур сверхмалого периода и может послужить основой для разработки дифракционных элементов для нейтронов.




Вверх