ХАЙФА, Израиль и НЬЮ-ЙОРК, штат Нью-Йорк, 22 февраля 2002 г. - За последние несколько лет полимеры (пластмассы), излучающие видимый свет, вызвали ажиотаж в связи с перспективой создания недорогих гибких продуктов. Но огромный рынок оптических телекоммуникаций казался закрытым для этих новых светоизлучающих полимеров, потому что пластмассы не могли эффективно излучать в ближнем инфракрасном (ближнем ИК) диапазоне, где оптические волокна, по которым осуществляется связь, наиболее прозрачны.
В сегодняшней науке д-р. Нир Тесслер и его команда из Израильского технологического института Технион в Хайфе вместе с Ури Баниным и его командой из Еврейского университета в Иерусалиме объявляют о способе заставить полимеры излучать излучение в ближнем ИК-диапазоне путем включения в полимеры крошечных нанокристаллов. После коммерциализации такие нанокристаллические полимеры потенциально могут снизить стоимость сотен миллионов телекоммуникационных терминалов, необходимых для обеспечения оптоволоконной связи в отдельных домах, открывая семейные двери для глобальных сетей.
Полимерные светоизлучающие диоды (СИД) намного дешевле в производстве, чем обычные твердотельные светодиоды и лазеры. В обычных устройствах материалы укладываются в вакууме и подвергаются воздействию света через узорчатую маску. Затем часть слоя удаляется кислотой в ходе сложного многоступенчатого процесса. Но поскольку полимеры растворимы в различных растворителях (органических растворителях, воде, ацетоне), полимерные слои можно напылять на материалы с помощью струйных принтеров, формируя устройства по мере испарения растворителя гораздо более простым и дешевым методом. Полимеры, излучающие видимый свет, уже используются в различных продуктах, от дисплеев с плоскими панелями до мобильных телефонов для младенцев.
Однако для оптических телекоммуникаций требуется излучение в ближнем ИК-диапазоне, так как в этом диапазоне оптические волокна почти полностью прозрачны.
«Исследователи думали, что полимеры не могут эффективно производить излучение в ближнем ИК-диапазоне», - объясняет д-р Тесслер, один из пионеров Кембриджского университета в Англии, который обнаружил, что полимеры можно использовать для излучения лазерного излучения. «Проблема в том, что мягкость и гибкость (привлекательные свойства) полимеров связаны с вибрациями (движением атомов) на молекулярном уровне. Эти вибрации поглощали большую часть энергии излучения».
Результат: полимеры или композиты полимер-эрбий производят излучение в ближнем ИК-диапазоне с очень низкой эффективностью - около 0,01%, что намного ниже необходимого для экономичной эксплуатации.
Доктор. Решение этой проблемы, предложенное Тесслером, состоит во включении в полимер нанокристаллов твердых полупроводников.
“Полимер используется для создания необходимых структур устройств, а нанокристаллы действуют как центры излучения в ближнем ИК-диапазоне. Кроме того, - говорит доктор Тесслер, - полимер проводит электричество к нанокристаллам, где испускается излучение ближнего ИК-диапазона». Нанокристаллы имеют оболочку из селена цинка, которая изолирует ядро из арсенида индия от колебаний полимера, действуя как наноразмерный щит (бампер). Таким образом, когда нанокристаллы заставляют излучать излучение в ближнем ИК-диапазоне, энергия не связана с колебаниями полимера, и создается в сотни раз больше излучения. Израильская команда продемонстрировала эффективность от двух до трех процентов на длине волны 1,3 микрона в диапазоне, представляющем интерес для волоконно-оптических телекоммуникаций. Поскольку нанокристаллы растворены в полимере, раствор полимера и нанокристаллов можно напечатать с помощью струйной печати точно так же, как и другие полимеры.
Исследовательские группы Техниона и Еврейского университета в настоящее время разрабатывают различные комбинации нанокристаллов и полимеров для повышения эффективности еще в 10 раз до диапазона 20-30%.
«Мы также планируем увеличить длину волны до 1,5 микрон, что является наилучшей длиной волны для телекоммуникаций», - говорит д-р Тесслер, старший преподаватель Центра передовой оптоэлектроники Техниона Барбары и Нормана Зайдена/Нью-Йорка. Хотя для производства настоящих лазеров для высокоскоростных волоконно-оптических линий необходима дальнейшая работа, эта новая технология может проложить путь для высокоскоростных волоконно-оптических линий связи в каждом доме.