ИСТИНА

Исследовательская работа была связана с развитием как концептуальных, так и технических проблем создания компактного и эффективного источника на основе фотонно-кристаллических волокон для оптического возбуждения и регистрации наночастиц и квантовых точек с целью визуализации и диагностики биологических тканей и живых клеток, в том числе нейронных и глиальных клеток, а также реализации квантовых вычислений. Фотонно-кристаллические (ФК) волокна успешно конкурируют с традиционными волноводными оптическими системами. ФК волокна представляют значительный интерес для разработки различных типов оптических сенсоров. Сенсорные устройства на основе фотонно-кристаллических волокон могут обеспечить высокие чувствительности регистрации физических, химических и биологических процессов как методами линейной, так и нелинейной оптики. Микро- и наноструктурированная оболочка волокна может использоваться также в качестве системы микрокапилляров, заполняемых предельно малым объемом исследуемых объектов. Нами было показано, что ФК волокна с малым размером сердцевины позволяют увеличить локальность оптического зондирования в задачах волоконно-оптической визуализации.

В ходе выполнения первого этапа проекта продемонстрировано использование фотонно-кристаллических световодов для реализации волоконно-оптического протокола регистрации люминесценции в алмазных наночастицах с характерными размерами 100 нм и 300 нм c центрами с азотных вакансий. Нами рассматривались фотонно-кристаллических световоды с твердотельной и полой сердцевиной (с диаметрами от 1.6 до 30 мкм), проводится анализ возможности повышения эффективности возбуждения и регистрации флуоресценции наночастиц и их использования в качестве источника одиночных фотонов в задачах квантовой информатики. Проведены демонстрационные эксперименты по использованию алмазных наночастиц с азотными вакансиями для биовизуализции. В ходе выполнения второго этапа проекта нами было продемонстрировано, что фотонно-кристаллические (ФК) волокна с маленькой сердцевиной увеличивают локальность оптической визуализации, реализуемой в волоконно-оптическом формате. Мы продемонстрировали, что в типичных экспериментальных условиях при визуализации флуоресцентного сигнала продольный размер разрешаемой области изменяется в зависимости, в которую входят эффективный радиус моды и дифракционный угол расхождения излучения на выходе волокна. Ограничение области оптического зондирования, обеспечиваемое маленьким размером сердцевины ФК волокна с большим контрастом показателей преломления, оказывается достаточным для исследования и локализации отдельных нейронов.