Оптични и квантово-електронни елементи и устройства на основата на клиновидни интерференчни структури за лазерната и оптоелектронна техники, оптичните комуникации, метрологията и спектроанализа

Име на проекта: ФНИ № ДН 17/7 Оптични и квантово-електронни елементи и устройства на основата на клиновидни интерференчни структури за лазерната и оптоелектронна техники, оптичните комуникации, метрологията и спектроанализа

Продължителност: 01.12.2017 - 01.05.2021

Финансирано от:

Фонд “Научни изследвания”

Анотация:

Проектът обхваща три свързани теми: 1.) Разработване (идея, теория, експеримент) на компактни клинови интерференчни структури с композитна архитектура на основа на наши научни идеи и  опит в областта на интерференчните явления [1-5]. Съществен момент в тяхното предлагане е развитието  на намерената от нас специфика на спектрално-селективно отражение при еднослойни клинови интерференчни структури [2,3] с което структурите ще работят в отражение и пропускане. Те ще са компактна последователност от наложени клиновидни слоеве с частично отразяващи повърхности и с подбрани подходящо ъгли при върховете  и дебелини. Ще бъде моделирано и изучено комплексното интерференчно поле за cw и импулсно лъчение при осветяване с ограничен и широк сноп. Аргументирано се  очаква структурите да имат съществени  полезни свойства -  пропускане/ отражение в селектиран единичен тесноивичен  (0.05 nm и по-малко)  резонанс, пренастройван чрез транслация в равнината на структурата в широк спектрален обхват (30 nm и повече ), висока компактност и листовидна форма (1х4х0.2) cm; 2.) Свързано с първата, във втората тема се предлага с анализ и разработване оригинален комплекс от композитни структури в паралелна архитектура. Той ще бъде основа за създаване на нови вълново-разделителни/налагащи елементи (WDM) с напълно независимо пренастройване на всеки техен изход/вход и несмущаващо другите, с управляемо пропускане, без нежелани загуби при разделянето; 3.) С новата елеметна база ще бъдат създадени: оргинални решения на тесноивични мултивълнови лазери и лазери със селекция и плавна пренастройка на един лазерен мод; оригинален метод за чисто оптично управление на високо-интензивен лазерен сноп  с нискоинтензивен – оптичен аналог на електронния  транзистор със спектрално пренастройване  на работната област. Моделирането и изучаването на комплексното интерференчно поле в предложените структури и при последователни отражения (WDM елемент) ще са принос към фундаментално-техническите научни знания, свързани с интерференчни явления в сложни структури и за различни условия. Очакваните нови свойства ще са научна основа за нова елементна база за посочените по-горе техники.  
[1-5] M.Nenchev,E.Stikova,M.Deneva: 1.J.Opt.Soc.America,27,58 (2010); 2. Appl.Optics, 40, 27, 5402 (2001); 3,4 Opt.Quant.Electron, 27, 155 (1996); 47(10), 3253 (2015); 5.Rev.Sci.Instrum. 67, 1705 (1996)

Цел на проекта:

Проектът предвижда научна работа по три свързани направления. По първото направление се предлага, на основа на наши научни идеи и общ опит в областта на интерференчните явления,  разработването  като идеология, теория, експеримент и лабораторни модели на оригинални компактни интерференчни структури – композитни клиновидни интерференчни структури. За такива структури,  изградени  от последователност от клиновидни слоеве с подбрани подходящо и свързано ъгли при върховете на клиновете, дебелини  и  показател на пречупване, имащи  частично отразаващи повърхности се очаква проява на съществени полезни свойства, изразяващи се в линейно разпределено в единичен резонанс пропускане и неснелиусово спектрално-селективно отражение за цялата дължина на структурата и то с много тясна спектрална ширина в широк обхват на пренастройване. Тяхно предимство е и че те ще представляват особено компактни, практически плоски листовидни спектрано-селективни елементи, пренастройваеми чрез проста транслация  в равнините им. Второто направление е свързано с първото и също има фундаментално-техническа ориентация. Предлага се дизайн и разработката на  оригинален комплекс от композитни структури в паралелна архитектура като основа за създаване на нови вълново разделителни/наслагащи елементи (ВРН или WDM) с напълно независим спектрален контрол на всеки техен изход/вход, управляемо пропускане и практически без безполезни енергийни загуби.  Пренастройването на изключително тясната селектирана линия във всяка композитна структура-лист чрез транслация в равнината й не променя геометрията на лъчевото разпространение в системата. Всяка структура сама по себе си селектира част от лъчението на дължината на вълната, на която е настроена, и напълно отразява снопа на другите дължини на вълната, както в него и непропустнатата част от лъчението на настройка. Така системата работи без загуби. Третото направление е свързано с разработването  в детайли на  оргинални конкуретни  архитектури на мултивълнови лазерни резонатори  с новите структури и с тях  - на лазерни източници от висш клас, което означава мулти-вълнови източници с независима пренастройка на всяка дължина, със селекция и плавна пренастройка на един надлъжен лазерен мод.  В резонаторите на лазерите  новата WDM-композиция формира каналите. Всеки канал е с независимо управление,  изходът представлява насложени или плътно прилепващи  снопове. Подходът за новите решения на едночестотни лазери се заключава в съчетание на линейността на пренастройване с транслацията  за композитните структури с едновременната  точна промяна на дължината на оптичния резонатор при транслация на структурата под пресметнат ъгъл спрямо оста на резонатора. С новите клиновидни структури ще бъде разработен оригинален метод и елемент за управление по енергия на високоинтензивни лазерни снопове с нискоинтензивно лазерно  лъчение, което в известен смисъл е оптичен аналог на електронния  транзистор, и с пренастройване на работната дължина на вълната на устройството.

Екип от ТУ-София:

проф. дфн.дтн. Марин Ненчев (Ръководител),
доц. д-р. инж. Маргарита Денева (Зам. Ръководител);
докт. маг. инж. Вълко Казаков,
докт. маг. инж. Ваня Плачкова

Партньори:

Институт по Електроника (ИЕ) към БАН
Институт по оптически материали и технологии (ИОМТ) към БАН

Допълнителна информация:

Договорът включва два етапа с продължителност по 18 месеца всеки. Отчетен е с висока оценка първи етап. Работи се по финансирания с пълна сума втори етап на Договора. Общата сума на Договора е 120 000 лв. като директно за ТУ-София са 54 000 лв.