Ученые создали датчик температуры на основе связанных состояний в континууме

Фотонно-кристаллический микрорезонатор с жидкокристаллическим слоем, управляемый температурой, впервые разработан учеными Института физики им. Л. В. Киренского СО РАН и Сибирского федерального университета (СФУ), 5 июня сообщает пресс-служба Красноярского научного центра СО РАН.

Такой микрорезонатор может стать основой для создания оптического температурного сенсора, считают разработчики. Результаты исследования ученые представили в статье «Связанные состояния фотонов в континууме, определяемые нагревом», опубликованной в журнале Physical Review E.

Температурные сенсоры, в том числе оптические, широко применяются в различных измерительных приборах и устройствах контроля в промышленности и других сферах. Их используют для контроля температуры химических процессов, выявления протечек в трубопроводах, термического контроля силовых кабелей, в системах пожарной безопасности и безопасной работы промышленных установок.

Команда красноярских ученых для создания оптического датчика температуры из фотонно-кристаллического микрорезонатора предложила использовать концепцию связанных состояний в континууме. Микрорезонатор в этом случае состоит из жидкокристаллического слоя, помещенного между двумя одномерными фотонными кристаллами из чередующихся слоев нитрида кремния и диоксида кремния.

Лаборант Института физики им. Л. В. Киренского СО РАН Алексей Краснов рассказал о принципе работы созданного датчика:

«Мы предложили новую модель оптического температурного сенсора на основе микрорезонатора и реализовали ее экспериментально. В нашем микрорезонаторе фотонные кристаллы выступают как зеркала, а слой жидкого кристалла — как резонаторный слой. Когда свет находится между зеркалами, в слое жидкого кристалла реализуются так называемые микрорезонаторные моды (вид колебаний, возбуждающихся в сложных колебательных системах — прим. ИА Красная Весна). Чтобы детектировать температуру, мы использовали спектральные особенности локализованных мод».

Когда свет проходит через микрорезонатор, в спектрах пропускания наблюдаются провалы, называемые резонансной линией, или резонансом, который характеризуется спектральным положением и шириной.

В температурных оптических датчиках обычно используют изменение положения резонанса, происходящее при изменении температуры. Красноярские ученые первыми предложили измерять температуру по ширине резонансной линии. Для контроля ширины резонансных линий при нагревании они использовали концепцию связанных состояний в континууме.

«Связанное состояние в континууме — это свет, который „не покидает“ микрорезонатор. Изменение температуры жидкого кристалла приводит к разрушению связанного состояния. В результате свет выходит через зеркала, что проявляется в изменении спектральной ширины соответствующего резонанса. Стоит отметить, что для оптического диапазона электромагнитных волн, температурное управление шириной спектральных линий на основе связанных состояний в континууме было реализовано впервые», — пояснил результат проделанной исследователями работы научный сотрудник Института физики им. Л. В. Киренского СО РАН к. ф.-м. н. Павел Панкин.

Созданное учеными устройство может быть использовано для точного измерения и калибровки температуры.