Оптико-терагерцовые фотопроводящие преобразователи коротких импульсов лазерного излучения (1.03-1.56 мкм) на основе сверхрешеточных гетероструктур InGaAs/InAlAs для создания компактных систем спектроскопии и визуализации

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 19-79-10240

НазваниеОптико-терагерцовые фотопроводящие преобразователи коротких импульсов лазерного излучения (1.03-1.56 мкм) на основе сверхрешеточных гетероструктур InGaAs/InAlAs для создания компактных систем спектроскопии и визуализации

Руководитель Хабибуллин Рустам Анварович, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)" , г Москва

Конкурс №41 - Конкурс 2019 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-710 - Новые материалы для наноэлектронных приборов

Ключевые слова сверхрешеточные гетероструктуры InGaAs/InAlAs; зонная диаграмма полупроводников; молекулярно-пучковая эпитаксия; фотопроводники; терагерцовые технологии; терагерцовая импульсная спектроскопия; биомедицинские приложения терагерцовой науки и техники; плазмонные фотопроводящие антенны; плазмонная решетка; оптико-терагерцовая конверсия; моделирование методом конечных элементов.

Код ГРНТИ29.03.31, 76.29.49

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Интерес к терагерцовой фотонике, возникший в последнее время, обусловлен широким кругом практических приложений терагерцового излучения (ТГц, 10^11-10^13 Гц) вследствие уникальных возможностей, открывающихся при его использовании в спектроскопии, технике построения изображений скрытых объектов, высокочувствительных устройствах распознавания состава и состояния среды, медицинской визуализации и томографии и т.д. Одним из наиболее востребованных и перспективных ТГц приложений является ранняя неинвазивная, малоинвазивная и интраоперационная диагностика злокачественных новообразований в различных локализациях. Слабое рассеяние длинных волн ТГц диапазона, по сравнению с оптическими волнами, создает основу для создания эфективных систем построения изображений. Методы ТГц диагностики основаны на использовании естественных (эндогенных) маркерах новообразования, например, разном содержании воды в тканях, и поэтому не требуют введения в организм экзогенных веществ-маркеров новообразования. Большинство современных методов дифференциации тканей в нормальном состоянии и при наличии патологии с использованием ТГц излучения основаны на импульсной спектроскопии и/или визуализации по причине высокой информативности сигналов в таких системах. К сожалению, для работы широкополосных импульсных источников и приемников ТГц излучения требуются сложные лазерные системы накачки с фемтосекундной длительностью импульсов. Несмотря на значительный прогресс в области методологии ТГц диагностики злокачественных новообразований, развитие и широкое внедрение диагностических систем сдерживается в первую очередь размерами и стоимостью импульсных лазеров, а также отсутствием отечественных оптико-ТГц преобразователей. Именно по этой причине, предлагаемый проект по разработке оптико-ТГц преобразователей коротких импульсов ИК лазерного излучения (1.03-1.56 мкм) имеет своей целью создание эффективных ТГц излучателей, способных работать с недорогими волоконными лазерами без удвоения частоты и без применения усилителей мощности выходного излучения (со средней мощностью 1-10 мВт) для массовых диагностических систем импульсной спектроскопии и построения изображений. Для достижения сформулированной цели в проекте будет решаться комплекс теоретических, технологических и экспериментальных задач: I) проведение теоретических и экспериментальных исследований по формированию фотопроводящих узкозонных полупроводниковых материалов на основе сверхрешеточных гетероструктур InGaAs/InAlAs с новыми функциональными слоями; II) проведение теоретических и экспериментальных исследований по формированию фотопроводящих антенн (ФПА) с высоко-аспектными плазмонными решетками h/p (где h – высота металла плазмонного электрода, а p – период решетки) с высотой электрода более 100 нм с целью повышения эффективности генерации ТГц излучения; III) проведение теоретических и экспериментальных исследований по субволновой концентрации энергии лазерного ИК излучения в зазоре традиционных ФПА с целью повышения эффективности генерации ТГц излучения; IV) проведение экспериментальной апробации оптико-ТГц преобразователей в составе оригинального импульсного спектрометра и изображающей системы при накачке ИК волоконным лазером с перестраиваемой длиной волны в диапазоне 1.03-1.56 мкм. В ходе выполнения проекта будут получены значимые научные, технические и технологические результаты в области создания узкозонных фотопроводящих материалов на основе InGaAs с новыми функциональными слоями, разработаны подходы к повышению эффективности оптической накачки фотопроводящих источников ТГц излучения путем использования высоко-аспектных плазмонных решеток и субволновой фокусировки ИК лазерного излучения. Разработанные материалы и подходы станут фундаментальной основой для постановки дальнейших исследовательских и конструкторских работ не только по созданию отечественных оптико-ТГц преобразователей коротких импульсов ИК лазерного излучения, но и для приемников ТГц излучения, а также компактных и недорогих биомедицинских приборов на их основе. Наряду с получением новых значимых результатов, реализация предлагаемого проекта будет способствовать повышению квалификации молодежной научной группы – расширению кругозора участников проекта (в том числе за счет работы на стыке научных дисциплин), наработке опыта проведения научных исследований в команде, формированию и укреплению связей с ведущими отечественными и зарубежными научными коллективами. Результаты проекта будут опубликованы в высокорейтинговых научных журналах, представлены на международных научных конференциях, а также найдут отражение в квалификационных работах молодых ученых – кандидатских диссертациях членов научной группы (аспирантов). Выполнение проекта позволит также расширить экспериментальные и технологические возможности научной группы и усилить ее вычислительную базу.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ