Projekta pamatojums

Mūsdienu straujajā tehnoloģiskajā attīstībā  arvien nozīmīgāku vietu ieņem optoelektronskās tehnoloģijas, kas balstās uz optiskiem principiem. Spilgts piemērs ir optisko sakaru sistēmas informācijas tehnoloģijās, kur kā nesējfrekvence tiek izmantota ~1.5 um lāzera starojums. Tā kā starojuma frekvence ir ~2 THz (2 x1014 Hz), tad informācijas pārraides ātrums ir daudz lielāks salīdzinot ar radiofrekvencēm(105-109 Hz). Patreiz optiskām sakaru sistēmām tas ir sasniedzis ~40 GB/s (4x1010 biti/sek) un turpina strauji augt.

Optiskās interferences un citas metodes plaši tiek izmantotas dažādu sensoru izstrādei, sevišķi medicīnas un vides aizsardzības vajadzībām. Arī enerģētikā efektīvu Saules batereju šūnu izstrādē difraktīvos optiskos elementus (DOE) izmanto gaismas koncentrēšanai un transformācijai, kas dod iespēju būtiski palielināt šūnu lietderības koeficientu.

Svarīgu vietu optoelektronikā lietotajām optiskajām ierīcēm ieņem DOE, kuru uzdevums ir izdalīt optiskā starojuma šauru frekvenci, kas nosaka iekārtas izšķiršanas spēju. Šim nolūkam parasti tiek izmantoti transmisijas vai refleksijas difraktīvie optiskie elementi. Refleksijas hologrāfiskie režģi (Brega reflektori) ir ar augstāku izšķiršanas spēju nekā transmisijas režģi. Piemēram, optisko šķiedru sakaru sistēmās signālu ievadei (multiplexing) un izvadei (demultiplexing) lieto gaismas vadā ierakstītu reflektoru, kas spēj izdalīt optisko joslu ar pusplatumu ~0.3 nm. Tas atļauj optiskajā šķiedrā ap centrālo viļņu garumu 1.5 um vienlaicīgi izmantot līdz 60 kanālus ar atšķirīgām frekvencēm, tādejādi būtiski palielinot informācijas pārraides ātrumu. Tanī pašā laikā jāatzīmē sekojoši trūkumi šādiem gaismas vadu Brega reflektoriem:

  1. Katrs reflektors strādā pie vienas fiksētas frekvences. Tas nozīmē, ka katrai nesējfrekvencei (katram kanālam) ir savs reflektors ar fiksētu viļņu garumu, ko nevar mainīt.
  2. Gaismas vadu reflektora garums ir ~30 cm, kas rada problēmas to integrēt planārās struktūrās.

Tāpēc ļoti aktulāi ir izveidot DOE refleksijas režģus, kuru darba frekvenci var operatīvi mainīt. Tas ir svarīgi ne tikai optisko sakaru tehnoloģijās, bet arī sensoru izstrādē optiskajā diapazona 200 nm –1000 nm, kā arī tuvā un tālā infrasarkanajā spektra daļā ( 1 um – 20 um). Zinātnieki daudzās pasaules laboratorijās intensīvi strādā šinī virzienā. Viens no piedāvātajiem risinājumiem ir izmantot DOE leņķisko selektivitāti. Šāda pieeja problēmai atrisina iespēju mainīt viļņa garumu, bet elementu darbība ir lēna, jo saistīta ar elementu mehānisku kustību un ir problēmas ar integrēšanu planārās struktūrās.

Šā projekta ietvaros tiek piedavāts orģināls risinājums jauna tipa Brega reflektora izstrādē, kura optiskās īpašības var mainīt ar elektrisko lauku. Ar elektrisko lauku vadāmi ātrdarbīgi planārie Brega reflektori ir ļoti nepieciešami ne tikai optisko sakaru tehnoloģijās, bet UV, redzamajā un infrasarkanajā spektra diapazonā lietojamie difraktīvie optiskie elementi atrod savu pielietojamību gan portatīvu un efektīvu sensoru izstrādē vides aizsardzības monitoringam, gan optisko datoru un mēriekārtu izstrādē.

Iesniegtais projekts balstās uz CFI Optiskā ieraksta labaratorijas un pārējo CFI laboratoriju kolektīva ilgadējo pieredzi un rezultātiem hologrāfijā, difraktīvajā optikā un materiālzinātnē. Projektā tiks izmantoti jauni organiskie optiskā ieraksta materiāli, kas izstrādāti Dr. I.Muzikantes laboratorijā, optiski aktīvas nanodaļiņas no RTU NĶI. Par UV spektra rajona DOE un materiāliem strādās Dr. L.Skuja un Dr. A.Truhins, kuri ar saviem pētījumiem ir ieguvuši starptautisku atzinību.
Mērķa grupas, kuras ietekmē dotā projekta iesniegumā definētās problēmas ir sekojošas:

  • informācijas tehnoloģijas uzņēmumi un pētnieciskās iestādes;
  • difraktīvās optikas uzņēmumi un pētnieciskās iestādes;
  • optisko sensoru izstrādes uzņēmumi un pētnieciskās iestādes.