Специалисты Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ» создали инновационную методику производства оптических микрорезонаторов из пористого кремния, обеспечивающую существенное увеличение взаимодействия света с материалом. Данные устройства, способные удерживать свет внутри своей структуры, представляют значительный интерес для разработки перспективных источников одиночных фотонов и высокочувствительных биосенсоров. Несмотря на то, что пористый кремний характеризуется невысокой себестоимостью и возможностью гибкой настройки параметров, управление его характеристиками в процессе изготовления оставалось непростой задачей, а добротность резонаторов редко превышала 100, что сдерживало их эффективность.
Сотрудники Центра «Нано-Фотон» НИЯУ МИФИ разработали методику, объединяющую точное теоретическое моделирование и последующую экспериментальную проверку параметров микрорезонатора. Этот подход позволяет осуществлять управляемое создание устройств с требуемыми характеристиками. Благодаря этому были изготовлены микрорезонаторы из пористого кремния, добротность которых возросла вдвое, что соответствует более длительному удержанию фотонов внутри структуры. Согласно теоретическим расчетам, существует потенциал для дальнейшего существенного увеличения этого важного параметра.
Значительным прогрессом стало практическое подтверждение более интенсивного взаимодействия света и материи. Встраивание флуоресцентных молекул (флуорофоров) в оптимизированный микрорезонатор позволило зафиксировать почти в шесть раз более узкий спектр их свечения и общее увеличение флуоресцентного сигнала. Предложенная технология открывает возможности для создания высокопроизводительных источников одиночных фотонов, необходимых для квантовых технологий и сенсоров нового поколения, которые предъявляют повышенные требования к спектральному разрешению и интенсивности люминесценции.
Результаты исследования в научном журнале Nanomaterials.