Результаты 2023 года

Микроскоп для биологических исследований с возможностью аксиальной томографии на длине волны 13.8 нм.

Разработан светосильный микроскоп с рабочей длиной волны 13.8 нм на основе импульсного лазерно-плазменного источника рентгеновского излучения, проекционного объектива Шварцшильда на основе многослойных асферических рентгеновских зеркал с низкими аберрациями. Впервые в рентгеновской микроскопии реализована опция компьютерной аксиальной томографии, позволяющая восстанавливать объемное строение исследуемых образцов за счет перемещения их вдоль оптической оси. Основные характеристики микроскопа: увеличение 46 крат, поле зрения в предметной плоскости 290 x 290 мкм2, латеральное разрешение 140 нм, аксиальное - 420 нм. Получены трехмерные рентгеновские изображения строений различных биологических объектов.

Рис. 1. Фотография микроскопа и срез легкого мыши.
Справа - сравнение разрешающей способности конфокального (вверху, отмечено кружком) и ЭУФ (внизу) микроскопов.

Авторы:

И.В. Малышев (ilya-malyshev@ipmras.ru, +7 902 681 55 38), Д.Г. Реунов, И.Г. Забродин, М.В. Зорина, И.А Каськов., А.Я. Лопатин, А.А. Нечай, А.Е. Пестов, А.К. Чернышев, М.С. Михайленко, Р.С. Плешков, В.Н. Полковников, Р.М. Смертин, М.Н. Торопов, Н.Н. Цыбин, Н.И. Чхало (ИФМ РАН).

Публикации:

1. Д.Г. Реунов, Н.С. Гусев, М.С. Михайленко, и др. ЖТФ, 2023, том 93, вып. 7, с. 1032-1036.
2. Д.Г. Реунов, И.В. Малышев, А.А. Перекалов, А.Н. Нечай, Н.И. Чхало. Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, 2023, № 8, с.16–21.7.
3. К.П. Гайкович, И.В. Малышев, Д.Г. Реунов, Н.И. Чхало. ЖТФ, 2023, том 93, вып. 7, с. 867-879.

Работа выполнена в рамках Государственного задания ИФМ РАН FFUF-2021-0022.

1.3.5.6. Новые оптические материалы, оптические элементы фотоники, интегральная оптика, голография, нанофотоника, метаматериалы и метаповерхности.

Дисковые лазеры на основе квантовых ям HgTe/CdHgTe.

Получено лазерное излучение при оптической накачке в микродисковых резонаторах с квантовыми ямами на основе гетероструктур HgTe/CdHgTe. Длина волны излучения перестраивается от 4.6 мкм до 3.8 мкм в окне прозрачности атмосферы при изменении температуры от 9 К до 230 К, температуры достижимой при термоэлектрическом охлаждении.

б)

а) Изображение сканирующего электронного микроскопа исследуемого микродискового резонатора. б) Спектры лазерного излучения микродиска при различных температурах и мощностях накачки. Синим показан спектр аппаратной функции оптического тракта с учетом атмосферного поглощения

Авторы:

А.А. Разова, М.А. Фадеев, В.В. Румянцев, В.В. Уточкин, А.А. Дубинов, В.Я. Алешкин, Н.С. Гусев, Д.В. Шенгуров, Е.Е. Морозова, С.В. Морозов (more@ipmras.ru, 8-905-662-56-85), В.И. Гавриленко (ИФМ РАН), Н.Н. Михайлов, С.А. Дворецкий (ИФП СО РАН).

Гетероструктуры с квантовыми ямами (КЯ) на основе HgCdTe обладают квазирелятивстким законом дисперсии носителей. Это обеспечивает существенное подавление безызлучательных оже-процессов и позволяет получать в таким структурах стимулированное и лазерное излучение на межзонных переходах в широком диапазоне длин волн в ИК-области спектра. Методами прямой лазерной литографии и ионного травления на основе структур с КЯ HgTe/HgCdTe впервые сформированы микродисковые резонаторы (рис.1а) и при оптической накачке получено лазерное излучение, которое в зависимости от температуры перестраивается по длине волны в окне прозрачности атмосферы, в пределах от 4.6 мкм до 3.8 мкм (рис.1б). По мере повышения температуры число мод, на которых происходит генерация, уменьшается, и при T>200 K все наблюдаемые моды явно идентифицируются как моды шепчущей галереи дискового резонатора со спектральной шириной <0.4 мэВ. Генерация достигается при температурах до 230 K, достижимых при термоэлектрическом охлаждении. Полученные результаты существенно превосходят ранее достигнутые характеристики лазерной эмиссии в HgCdTe как по длине волны излучения, так и по рабочей температуре.

Публикация:

A.A. Razova, M.A. Fadeev, V.V. Rumyantsev, et al. Whispering gallery mode HgCdTe laser operating near 4 lm under Peltier cooling / Applied Physics Letters, 2023. Vol. 123, № 16. P. 161105. https://doi.org/10.1063/5.0171781

1.3.5.6. Новые оптические материалы, оптические элементы фотоники, интегральная оптика, голография, нанофотоника, метаматериалы и метаповерхности

Работа выполнена в рамках проекта Министерства науки и высшего образования РФ (грант # 075-15-2020-797 (13.1902.21.0024)).

Система визуализации источников рентгеновского излучения на длине волны 11.25 нм.

Создан визуализатор источников рентгеновского излучения на основе объектива Шварцшильда с многослойными Mo/Be зеркалами нормального падения, Mo/Be спектральными фильтрами и двухкоординатного детектора для характеризации лазерно-плазменного источника рентгеновского литографа. Созданная система на длине волны 11.25 нм, соответствующей лазерному пробою в сверхзвуковой струе криптона, характеризуется пятикратным увеличением, полем зрения в предметной плоскости 2.66 мм, разрешением до 4 мкм. Проведены исследования пробоя импульсным лазером на длине волны 1.06 мкм и выявлена сложная структура лазерной искры в зависимости от давления газа на входе сопла.

Система визуализации на экспериментальном стенде (слева) и изображение лазерной искры в газе (справа).

Авторы:

А.А. Перекалов, М.В. Зорина, С.Ю. Зуев, А.Я. Лопатин, И.В. Малышев, М.С. Михайленко, А.Н. Нечай, А.Е. Пестов, В.Н. Полковников, Д.Г. Реунов, Р.М. Смертин, М.Н. Торопов, А.К. Чернышев, Н.И. Чхало (chkhalo@ipmras.ru, +7 910 109 42 18) (ИФМ РАН).

Публикация:

Е.С. Антюшин, А.А. Ахсахалян, С.Ю. Зуев, А.Я. Лопатин, И.В. Малышев и др. // Журнал технической физики. – 2022. – т.92. – вып.8. – с.1202-1206. (DOI: 10.21883/JTF.2022.08.52784.80-22)

Работа выполнена в рамках Государственного задания ИФМ РАН FFUF-2021-0022.

1.3.5.4. Развитие методов спектроскопии, люминесценции и прецизионных оптических измерений.