Исследование двумерных плазмонных наноструктур для фотоакустических преобразователей : отчет о научно-исследовательской работе (заключительный) / БГУ ; научный руководитель Е. П. Микитчук

Abstract

Объекты исследования - наноструктуры в виде монослоя металлических наночастиц на оптически прозрачных подложках. Цель - исследование эффективности фотоакустического преобразования на основе наноструктур на поверхности твердого тела. В Республике Беларусь изучались волоконно-оптические фотоакустические излучатели, в которых металлические наночастицы нанесены на торец оптического волокна для генерации ультразвуковых колебаний, в Российской Федерации изучались Таммовские структуры для генерации акустических волн. В результате разработана и верифицирована физико-математическая модель расчета оптических, термофизических, механических и акустических свойств наноструктур на торце оптического волокна в составе волоконно-оптического фотоакустического преобразователя. Определены значения параметров слоя наночастиц Ag и Au, обеспечивающие рабочую полосу частот фотоакустического преобразователя до 41 и 37 МГц в воздухе соответственно. Установлено, что коэффициент обратного отражения модулированного по интенсивности лазерного излучения от монослоя наночастиц Ag и Au в составе фотоакустического преобразователя в оптическое волокно может достигать величины свыше 0,5, вследствие чего при построении акустических генераторов необходимо обеспечить оптическую развязку с лазерным источником. Установлено, что для наноструктур в воде при поглощенной мощности 50 МВт перегрев наступает при радиусах Нч Ag и Au от 22 до 34 нм для различных плотностей заполнения торца оптического волокна. С помощью созданной в работе установки экспериментально измерен фотоакустический отклик в воде в частотном диапазоне 10--18 МГц, подтверждающий данные расчетов, полученных с помощью разработанной модели. Практическая значимость полученных результатов подтверждается актами внедрения в процесс производства и в учебный процесс. Выводы могут быть использованы при разработке компактных источников ультразвука на основе волоконных фотоакустических преобразователей, которые перспективно задействовать в системах технической диагностики и неразрушающего контроля в сложных условиях эксплуатации (ОАО КБ "Радар"), оценке целостности структур и установок рентгеновского контроля ("НТЦ ЛЭМТ БелОМО", ОАО "Пеленг"), контроле тканей и клеток (например, в Республиканском научно-медицинском центре "Клеточные технологии").