DE69123639T2 - Polymermaterial mit thermooptischem Effekt für eine bistabile optische Vorrichtung - Google Patents

Polymermaterial mit thermooptischem Effekt für eine bistabile optische Vorrichtung

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine bistabile optische Vorrichtung, bei welcher das aktive Medium ein in einen Fabry-Pérrot-Resonanzhohlraum eingesetztes Polymernaterial mit thermooptischer Wirkung ist, wobei das Polymermaterial mit bistabilen und je nach dessen Wärmezustand veränderlichen Werten eine einfallende Lichtwelle im Hohlraum durchläßt oder reflektiert. Dieser Wrmezustand basiert auf der Aufnahme eines Teils der Strahlungsenergie der einfallenden Lichtwelle mit veränderlicher Intensität. Vorrichtungen oder Elemente mit bistabiler Wirkung, die bei entsprechendem Einbau in größere Systeme als Datenprozessoren zur Durchführung von Operationen oder zur Speicherung von Informationen fungieren können, sind bereits bekannt und werden häufig beim Bau von Mikroprozessoren für die Informationstechnik oder zur Verwendung in der Telekommunikation eingesetzt.
  • Bei der Konstruktion solcher Vorrichtungen werden Werkstoffe verwendet, die bei bestimmten kennzeichnenden Merkmalen eine bistabile Wirkung zeigen. Beispielsweise gibt es eine Beschreibung einiger solcher Werkstoffe in "Optical Bistability: Controlling Light", H.M. Gibbs, Academic Press 1985, S. 120.
  • Untersuchungen an Werkstoffen mit bistabiler Wirkung führen zur Herstellung neuer Materialien und Verbesserungen der Eigenschaften bereits bekannter Materialien. Die untersuchten Werkstoffe sind nicht immer "neu". Sie können nämlich schon seit einiger Zeit bekannt und in Verwendung sein, werden aber weiter erforscht, um neue Aspekte ihres physikalischen Verhaltens zu entdecken, aufgrund derer neue Vorrichtungen mit interessanten Anwendungsmöglichkeiten entwickelt werden könnten, wie der Beschreibung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu entnehmen ist.
  • Eine kurze Betrachtung der Materialien, die den obengenannten Erfordernissen entsprechen und derzeit für bekannte Anwendungen vorgeschlagen werden, scheint angebracht. Sie inkludieren anorganische Halbleiter, wie Selenoxychlorid, welches aktive Ionen, wie Neodym (Nd&spplus;³), in Lösung halten und nichtlineare optische Aktivität zeigen kann. Diese Art von Material bietet eine optische Aktivität mit niedrigen Schwellenwerten. Dies ist auf die Anwesenheit einer sehr schmalen fluoreszierenden Emissionslinie ähnlich jener von YAG- (Yttrium-Aluminium-Granat)-Kristallen zurückzuführen.
  • Flüssigkeiten, mit denen eine nichtlineare optische Emission möglich ist, sind ebenfalls bekannt. Diese Flüssigkeiten sind Farbstofflösungen, wie sie durch das Auflösen von Substanzen, wie Carbocyanintetrafluorid, Acridinrot, etc., in Ethylalkohol erhalten werden.
  • Werkstoffe mit kristalliner Struktur und Glasstruktur sind ebenfalls bekannt, wobei diese Werkstoffe als Grundkomponenten in mikroelektronischen Halbleitervorrichtungen zur Herstellung von logischen Schaltungen, Mikroprozessoren, Speichern und anderen informationstechnischen Geräten Bedeutung erlangt haben. Werkstoffe mit kristalliner Struktur sind u.a. insbesondere Silizium, Germanium, Rubin, etc., aber auch Verbindungen, wie Galliumarsenid (GaAs), Kadmiumtetrafluorid (CdTe) und andere. Diese Materialien müssen in kristalliner Form mit hohem Reinheitsgrad erhältlich sein und werden dann zur Bildung von Halbleiterwerkstoffen mit prazisen elektrischen Merkmalen auf kontrollierte Weise mit Verunreinigungen versetzt (dotiert).
  • Diese Beobachtung unterstreicht die Bedeutung des Reinheitsgrades und der Homogenität des "Dotierens" bei der Herstellung von Werkstoffen, wobei diese Charakteristika auch heute noch nur durch aufwendige und kostspielige technische Prozesse mit manchmal schlechter Reproduzierbarkeit der Ergebnisse, insbesondere was Verbindungen betrifft, erzielt werden. Bestimmte Glasarten, die als amorphe Halbleiter verwendet werden, haben jüngst besondere Bedeutung erlangt. Die verwendeten Glasarten sind Mischungen aus mehreren Verbindungen, von denen beim derzeitigen Stand der Technik Chalcogenidglas geeignete Merkmale für die Konstruktion von monostabilen und bistabilen Schaltern zur Verwendung in elektronischen Prozessoren und bei der industriellen Prozeßführung besitzt.
  • Diese amorphen Halbleiter sind nach wie vor nicht sehr stark im Einsatz, weil sie die Entwicklung neuer Methoden zur Optimierung ihrer Zusammensetzung, ihrer Reproduzierbarkeit und ihrer Beständigkeit oder Veränderungen der Umweltbedingungen (Wärmezyklen) erfordern.
  • Der zur Aktivierung der bistabilen Wirkung in den vorgenannten Werkstoffen verwendete Mechanismus besteht in einer thermisch induzierten Veränderung (Wärmeschwankung) im Realteil oder in Imaginärteil des Brechungsindex. Es ist bekannt, daß Wärmeschwankungen die Materialdichte und in der Folge den Brechungsindex verandern. In speziellen Fall von Halbleitermaterialien wird die bistabile Wirkung durch den Energieband- Fülleffekt und durch den Exzitonband-Selektionseffekt erzeugt.
  • Die Exzitonbänder entsprechen der Anwesenheit von Exzitonen im Werkstoff, d.h. der Existenz von erregten Zuständen, die entweder den gesamten Werkstoff oder einen definierten Bereich desselben betreffen können, und können sich auch innerhalb der Molekülstruktur des Werkstoffs fortpflanzen und so Energie ohne elektrischen Ladungstransport transportieren. Eine Gitterstruktur einer binären Verbindung, wie Galliumarsenid (GaAs), erreicht einen Leistungspegel von Milliwatt (mW) bei einer Einschaitzeit von einer Pikosekunde (1 ps) und einer Abschaltzeit von 40 Nanosekunden (ns), wie in "Optical Bistability: Controlling Light with Light", H.M. Gibbs, Academic Press 1985, S. 305 ausgeführt ist.
  • Diese in Betracht gezogenen Werkstoffe haben jedoch eine zu schmale Exziton-erzeugende optische Absorptionsbandbreite und zu hohe Herstellungskosten, wodurch die Erzeugung zuerst eines Werkstoffs und dann einer elektronischen Vorrichtung unwahrscheinlich wird. Daneben gibt es noch erhebliche technologischen Beschränkungen. So müssen noch viele Probleme betreffend die Homogenität des "Dotierens" und die Herstellung von leitenden Verbindungen gelöst werden. Für letzteres Problem wurden schon viele Techniken vorgeschlagen, die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse ist aber bescheiden.
  • Es sei noch bemerkt, daß für die meisten elektronischen oder mikroelektronischen Anwendungen eine den vorgenannten Werten entsprechende, hohe Schaltgeschwindigkeit nicht erforderlich ist. Die industrielle Produktion von dotierten Kristallen ist schwierig im Vergleich zur Herstellung des erfindungsgemäßen Polymermaterials. Dieses Polymermaterial ermöglicht die Schaffung einer optischen Vorrichtung, die bei niedrigeren Leistungspegeln als das als amorphe Halbleiter verwendete dotierte Glas arbeiten kann. Dieses Polymermaterial kann auch mit einem anderen gleichartigen Polymermaterial vereinigt werden, wogegen die Zellen der vorgenannten Flüssigkeiten nicht gegenseitig integrierbar sind.
  • Beispielswetse wird in dem Artikel "Thermally Induced Optical Bistability and Self-Oscillation in a Non-Linear Etalon Filled with Optical Adhesive" (Journal of Applied Physics, Bd. 67, Nr. 10, 15. Mai 1990, New York, USA, S. 6066- 6069; Hong Jin Kong et al.) eine optische Vorrichtung mit bistabiler Wirkung auf Basis einer thermisch induzierten Veränderung des Brechungsindex geoffenbart Das aktive Medium bei dieser Vorrichtung ist ein Polymermaterial (NOA81-Kleber, aus einer Flüssigkeit zu Gummi gehärtet, d.h. polymerisierter Zustand) mit thermooptischer Wirkung, welches Material in einem Hohlraumresonator (Etalone) eingesetzt ist. Der Raum mit dem Polymermaterial läßt die einfallende Lichtwelle mit bistabilen Werten und entsprechend dem thermischem Zustand veränderlichen Werten durch oder reflektiert sie. In dem Artikel "Optical Bistability and Multistability in Non-Linear Etalons Filled with Optical Adhesive" (Xvth International Conference on Quantum Electronics, Baltimore 1987, 1987 New York, USA, S. 56-57, Chun Fei Li et al.) ist als im Etalon verwendetes Material Kanadabalsam, ein natürlich vorkommendes Polymer (thermoplastisches Harz), beschrieben.
  • Die GB-A-2 197 495 offenbart bistabile optische Vorrichtungen mit einer lichtdurchlässigen Plastikmatrix 1, welche eine zwischen paralellen Reflektoren 2, 3 angeordnete fotochrome Verbindung zur Bildung eines Fabry-Pérot-Resonanzhohlraums aufweist, wobei die fotochrome Verbindung mindestens zwei stabile Zustände und ein maximales Absorptionsband im sichtbaren Infrarotbereich aufweist. Die Plastikmatrix wird mit einem organischen lichtabsorbierenden Lösungsmittel behandelt, welches in erster Linie für die Gewährleistung der bistabilen Wirkung verantwortlich ist.
  • Das Hauptziel der vorliegenden Erfindung liegt daher in der Schaffung eines Materials mit bistabiler Wirkung, welches ohne Anwendung übermäßig komplizierter und kostspieliger technischer Verfahren hergestellt wird und daher bei der Erzeugung von elektronischen Vorrichtungen in den verschiedenen Bereichen der Informationstechnik und industriellen Automation anstelle der genannten kristallinen Werkstoffe verwendet werden kann. Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer optischen Vorrichtung von konstruktionstechnisch einfachem Aufbau, die derart ausgebildet ist, daß die mit derzeitigen Vorrichtungen des Standes der Technik verbundenen Mängel und Nachteile sowie die vorgenannten Nachteile überwunden werden.
  • Der Einfachheit halber wird im folgenden auf den Einsatz des erfindungsgemäßen Polymermaterials mit bistabiler Wirkung in der Computerelektronik und bei elektrooptischen Vorrichtungen Bezug genommen, wobei dieser Einsatz jedoch selbstverständlich auch auf jedes andere Gebiet der Elektronik, wie Industrie-Elektronik, Elektronik im Transportwesen, Elektronik in der Medizin und Mikroelektronik von Telekommunikationseinrichtungen, ausweitbar ist. Dementsprechend und angesichts der vorgenannten, mit Anwendungen des Standes der Technik verbundenen Mängel und Nachteile schafft die vorliegende Erfindung, wie in Anspruch 1 definiert, eine Fabry-Pérot- Vorrichtung, gebildet durch zwei reflektierende Flächen, die an gegenüberliegenden Oberflächen eines einen Film aus Polymermaterial umfassenden Hohlraums angeordnet sind, welche Vorrichtung eine bistabile Wirkung für einfallendes und durchfallendes Licht durch eine thermisch induzierte Veränderung des Brechungsindex des Polymermaterials, verursacht durch die Absorption eines. Bruchteils dieses Lichts, hat und dadurch gekennzeichnet ist, daß die reflektierenden Flächen direkt auf dem Polymerfilm aufgebracht sind.
  • Der thermische Zustand des Polymermaterials unterliegt Veränderungen aufgrund der Absorption eines Teils der einfallenden Lichtwelle, die Wärme zum Polymermaterial leitet, um dort einen Anstieg der Durchlässigkeit von einfallenden Licht infolge des Temperaturanstiegs zu bewirken, um so eine positive Reaktion hervorzurufen, aufgrund derer die erfindungsgemäße Vorrichtung zwischen zwei bistabilen Zuständen variieren kann.
  • Der Hohlraumresonator, in welchem das erfindungsgemäße Material angeordnet ist, ist ein Fabry-Pérot-Resonanzhohlraum mit für die spezifischen Erfordernisse zur Durchführung der vorliegenden Erfindung geeigneten Abmessungen und geeigneter geometrischer Gestalt.
  • Die optische Vorrichtung der vorliegenden Erfindung kann mit mehreren analogen Vorrichtungen vereinigt werden, welche miteinander kombiniert und integriert sind, um ein kompaktes Einzelsystem zu bilden, das als arithmetische und logische Zentraleinheit eines Computers in Verbindung mit komplementären Speicher-, Schnittstellen- und Eingangs- sowie Ausgangsfunktionen für benützerdefinierte Daten und Informationen fungiert. Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung arbeitet als räumlicher Lichtwellenmodulator und auch als optisches Speichersystem für codierte Informationen und Daten auf den modulierten Lichtwellenstrahien zur Bildung eines Speicherblocks mit einer großen Vielfalt von Anwendungsmöglichkeiten.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet als Prozessor für mehrere parallele Datenflüsse und wirkt in Form eines selektiven optischen Sperrelements auf Frequenzbasis auch als Umsetzer zum Umsetzen von inkohärenter Strahlungsenergie in kohärente Strahlungsenergie.
  • Der Brechungsindex der auf das Polymermaterial der erfindungsgemäßen optischen Vorrichtung einfallenden Lichtwelle ist abhängig von der vom Polymermaterial eingenommenen Temperatur, wobei die einfallende Lichtwelle in ihrer Intensität variieren kann. In den angeschlossenen Zeichnungen zeigt:
  • Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
  • Fig. 2 eine Airy-Funktionskurve mit einem Genauigkeitswert F von 400;
  • Fig. 3 eine komplementäre Airy-Funktionskurve mit einem Genauigkeitswert F von 400;
  • Fig. 4 die charakteristischen bistabilen Durchlässigkeitslinien der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei Verwendung der Vorrichtung für Wellenleitung;
  • Fig. 5 die charakteristischen bistabilen Durchlässigkeitslinien der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei Verwendung der Vorrichtung für Reflexiön.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist eine optische Vorrichtung, die für eine einfallende Lichtwelle einen bistabilen Durchlässigkeits- und Reflexionskoeffizient aufweist.
  • Die Vorrichtung besteht aus zwei teilweise reflektierenden Oberflächen, die einen Fabry-Pérot-Resonanzhohlraum bilden, in welchem ein Polymermaterial angeordnet ist. Genauergesagt wird die in der vorliegenden Erfindung beschriebene Vorrichtung hergestellt, indem teilweise reflektierende Beschichtungen 1 auf Lagen von Polymermaterial 2 aufgebracht werden.
  • Die Beschichtungen 1 sind derart ausgebildet, daß sie nur einen Bruchteil der Lichtwelle absorbieren, die auf sie trifft.
  • Das Polymermaterial 2 hat einen Brechungsindex, der sich mit der Temperatur desselben ändert, um so den thermooptischen Effekt auszulösen. Bei einer Erhöhung der Temperatur des Polymermaterials durch Absorption eines Teils der Welle oder des einfallenden monochromatischen Wellenlängenbereichs steigt die Durchlässigkeit der Lichtstrahlen innerhalb des Resonanzhohlraums und sinkt deren Reflexion.
  • Die Erhöhung der Durchlässigkeit des einfallenden Lichts bewirkt die Aufheizung des Polymermaterials 2, dessen Temperatur zur Erzeugung einer positiven Reaktionswirkung ansteigt, um zu ermöglichen, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung zwischen zwei bistabilen Zuständen variieren kann.
  • Beispielsweise kommt es bei Anwendung einer Energie von Mikrojoule (µJ) über einen Zeitraum von 1 Millisekunde (ms) zu einem Übergang zwischen niedrigerer und höherer Durchlässigkeit und umgekehrt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung absorbiert eine Leistung von 1 Milliwatt (mW).
  • Bei einer konstanten nonochromatischen Lichtwellenintensität stehen der Durchlässigkeits- und der Reflexionskoeffizient des Polymermaterials über eine zur Airy-Funktion [A(δ)], deren Kurve in Fig. 2 dargestellt ist, und zur kom plementären Airy-Funktion [1-A(δ)], deren Kurve in Fig. 3 dargestellt ist, proportionale Funktion mit der Phasenlänge der Vorrichtung δ = nK1 in Beziehung. In der vorgenannten Formel ist:
  • K die Komponente des Wellenvektors des einfallendes Strahls senkrecht zur teilweise reflektierenden Beschichtung 1 im Vakuum;
  • l die physische Länge des Teils des Polymermaterials 2. zwischen den Beschichtungen; und
  • n der Brechungsindex des Polymermaterials, welcher in einer annehmbaren Annäherung durch die Gleichung n(T) = n&sub0;+δn/dT.ΔT definiert werden kann, worin T die Temperatur des thermischen Zustandes des Polymermaterials und ΔT die Temperaturdifferenz zwischen T und der Temperatur ist, bei welcher das Polymermaterial den Brechungsindex n&sub0; hat.
  • Beispiele für typische δn/δT-Werte bestimmter Polymermaterialien sind wie folgt:
  • Polymethylmethacrylat - 1,2 [δn/δT.10&sup4;.K&supmin;¹]
  • Polycarbonat - 1,2[δn/δT.10&sup4;.K&supmin;¹]
  • Polyurethan - 3,3[δn/δT.10&sup4;.K&supmin;¹]
  • Durch entsprechende Regulierung der Wellenlänge der Lichtstrahlung λ oder der Stärke der dünnen Schicht des Polymermaterials 2 wandert die Phasenlänge der Vorrichtung nahe zum Punkt A auf der Airy-Funktionskurve der Fig. 2 im Grenzbereich der Lichtstrahlung geringer Intensität.
  • Die Intensität der Lichtstrahlung steigt ausgehend von diesem Punkt A. Der von den reflektierenden Beschichtungen 1 absorbierte Teil an Lichtstrahlungsenergie bewirkt das Aufheizen des Polymermaterials 2. Dieses Aufheizen verändert den thermischen Zustand des Materials, welches durch Erhöhung seiner Temperatur seinen Brechungsindex n ändert und insbesondere bei der Verwendung von Polymeren, bei denen δn/δT negativ ist, die Phasenlänge der Vorrichtung im Punkt B der Fig. 2 verringert. Im Punkt B ist die Durchlässigkeit der einfallenden Lichtwelle in der Vorrichtung angestiegen und somit größer als im Punkt A, was zu einer höheren Absorption der einfallenden Lichtstrahlungsenergie durch die teilweise reflektierende Beschichtung führt. In der Folge erhöht sich der thermische Effekt der einfallenden Lichtstrahlen.
  • Es besteht somit ein positiver Rückkopplungseffekt, wenn die Vorrichtung in einem Zustand hoher Strahlungslichtwellendurchlässigkeit arbeitet, u.zw. im Punkt C der Fig. 2.
  • Da der für Aufheizzwecke absorbierte Teil der Strahlungsenergie der einfallenden Lichtwelle nunmehr konsistent ist, bleibt die Vorrichtung im Punkt C, bis die einfallende Lichtwelle auf eine geringere Intensität reduziert wird. Dies geschieht dann, wenn der Aufheizeffekt die Phasenlänge der Vorrichtung nicht reduzieren kann.
  • Bei einer Reduktion der Intensität der Strahlungsenergie der einfallenden Lichtwelle kühlt die Vorrichtung ab und sinkt die Durchlässigkeit, um den Aufheizeffekt des Lichtes zu senken und die Vorrichtung wieder in den Punkt A der Fig. 2 zu bringen, während die Phasenlänge zunimmt.
  • Die Vorrichtung hat daher bistabile Durchlässigkeitsmerkmale, wie schematisch in Fig. 4 gezeigt ist. Die reflektierte Lichtmenge wird durch eine komplementäre Airy- Funktion in Relation zur Phasenlänge geregelt. Dies ist in Fig. 3 mit einem Genauigkeitsgrad F von 400 gezeigt.
  • Kennzeichnend für den reflektierten Lichtteil ist ein bistabiles Muster, das zum durchgelassenen Lichtteil entgegengesetzt ist.
  • Die Charakteristik des reflektierten Lichts ist schematisch in Fig. 5 gezeigt.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand einiger Ausführungsformen näher beschrieben, welche als nicht einschränkende Beispiele angeführt sind, wobei dem Fachmann klar ist, daß die Vorrichtung für eine Anzahl von weiteren Anwendungen herangezogen werden kann, ohne von der Grundidee der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
  • Funktion als NAND-Gatter
  • NAND: logische Funktion mit einem Ausgang, der "wahr" ist, wenn zumindest einer der Eingänge "unwahr" ist, und "unwahr" ist, wenn beide Eingänge "wahr" sind.
  • Ein NAND-Gatter mit zwei Eingängen ist ein Element vom Typ
  • worin 1 und 0 binäre logische Elemente sind und 0 der Ausgang ist.
  • Bildet die vorliegende Erfindung ein logisches NAND- Gatter, so werden die Eingänge A und B von zwei Strahlungslichtwellen gebildet, die auf der Eingangseite der erfindungsgemäßen bistabilen optischen Vorrichtung zusammenfallen. Die Vorrichtung wird bei dieser Anwendung in Reflexion verwendet.
  • Die logischen Zustände der Strahlungslichtwellen A und B sind zur Veranschaulichung der logischen "0" beim unteren Intensitätspegel (Null) und zur Veranschaulichung der logischen "1" bei einem geringen, mit dem für bistabile Funktionen erforderlichen Intensitätpegel vergleichbaren Intensitätspegel dargestellt.
  • Die Energie für die logische Funktion stammt von einer dritten Lichtwelle C mit einer derartigen Intensität, daß die Summe der Intensitäten
  • IA + IB + IC
  • für ein Zurückschalten der Vorrichtung ausreicht, wogegen die Summe der Intensitäten IA + IB oder IB + IC nicht ausreicht, ein Zurückschalten auszulösen.
  • Daher befindet sich die Vorrichtung zu dem Zeitpunkt, zu dem die Lichtwelle C Anwendung findet, im Punkt 1 der Fig. 5, wenn nicht beide Lichtwellen A und B in logischen Punkt "1" liegen, in welchen Fall die Vorrichtung ihre Position zum Punkt 2 wechselt. Wird die reflektierte Intensität im Punkt 2 als jener Punkt angesehen, der den logischen Punkt "0" repräsentiert, und die reflektierte Intensität im Punkt 1 als jener Punkt angesehen, der den logischen Punkt "1" repräsentiert, führt die Vorrichtung die NAND-Funktion an den Lichtwellen A und B aus.
  • Der Ausgang ist NAND von A und B ab dem Zeitpunkt der Anwendung der Energielichtwelle C bei einer Veränderung der Lichtwelle A oder der Lichtwelle B.
  • Es sei bemerkt, daß die Differenz der Reflexions intensität I&sub1;-I&sub2; mehr als doppelt so hoch wie die Eingangsintensität im logischen punkt "1" sein kann und die Vorrichtung somit einen Ausgangslastfaktor von über 1 aufweisen kann, was für ein Schaltglied von erheblicher Bedeutung ist.
  • Funktion als Speichergerät
  • Die vorliegende Erfindung kann als optisches Speichergerät (Speicherblock) eingesetzt werden.
  • Die Funktion ist ähnlich der NAND-Funktion, bei dieser Anwendung arbeitet die Vorrichtung jedoch bei Durchlässigkeit. Entsprechend dem vorangegangenen Funktionsschema würde dies zu einer AND-Funktion auf der Lichtwelle A und auf der Lichtwelle B führen, wo AND (logisches Produkt) ein logischer Operator ist, dessen Ausgang "wahr" ist, wenn sämtliche Eingänge "wahr" sind, der aber "unwahr" ist, wenn auch nur ein Eingang "unwahr" ist.
  • Wird die erfindungsgemäße Vorrichtung als optisches Speichergerät verwendet, wird die Lichtwelle A als Eingangsund die Lichtwelle B als Ausgangsbef ehl angesehen. Nach Ansteuern der Energielichtwelle C wird der Status der Lichtwelle A zu einer durchgelassenen Lichtwelle übertragen, wenn die Lichtwelle B zum logischen Punkt "1" gebracht wird (Fig. 4), und blockiert, wenn die Lichtwelle B zu einem niedrigen Intensitätswert zurückkehrt.
  • Verwendung als Sperrvorrichtung
  • Die vorliegende Erfindung kann zum permanenten Verändern ihres Ausgangszustandes bei Anlegen eines pulsierenden Eingangs ausgelegt sein.
  • Bei dieser Ausgestaltung wird die Vorrichtung in Reflexion (oder in Durchlässigkeit, wenn der logische Ausgangszustand umgekehrt ist) verwendet. Die Vorrichtung wird anfänglich auf Null gestellt, indem eine Eingangslichtwelle höherer Intensität als die in Fig. 5 durch den Punkt 2 dargestellte angelegt wird.
  • Die Intensität wird verringert, bis sich die Vorrichtung im Punkt 3 auf der charakteristischen Linie der Fig. 5 stabilisiert. Der Ausgang wird nunmehr als logischer Zustand "0" angesehen. Wird der Eingang nun kurzzeitig auf niedrige Intensität gebracht, befindet sich die Vorrichtung bei der Rückkehr im Punkt 4 auf der charakteristischen Linie und wird in ihrem logischen Zustand "1" blockiert.
  • Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
  • Die Anmelderin baute eine bistabile optische Vorrichtung durch Beschichten einer Seite einer 100-Mikrometer(µm)-Polyesterfohe mit Aluminium, um eine Durchlässigkeit von 10 % bei 633 Nanometern (nm) zu erreichen.
  • Die andere Seite wurde mit einer dickeren Aluminium schicht überzogen, so daß keine Lichtwellen durchgelassen wurden. Bei Beleuchten der teildurchlässigen Seite mit einem HeNe-Laser bei 632,8 Nanometern (nm) arbeitete die Vorrichtung als bistabile optische Vorrichtung, die im Reflexionsmodus reflektierte. Der nichtlineare Mechanismus war der thermooptische Effekt bei der Polyesterfolie.
  • Die Vorrichtung hatte eine Energieleistung von 5 Milliwatt (mW) und eine Schaltenergie von 50 Mikrojoules (µJ).
  • Selbstverständlich können von Fachmann Anderungen an Details der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgenommen werden, ohne vom Rahmen der vorliegenden Erfindung, wie sie beansprucht ist, abzuweichen.

Claims (1)

1. Fabry-Pérot-Vorrichtung, gebildet durch zwei reflektierende Flächen (1), die an gegenüberliegenden Oberflächen eines einen Film (2) aus Polymermaterial umfassenden Hohlraums angeordnet sind, welche Vorrichtung eine bistabile Wirkung für einfallendes und durchfallendes Licht durch eine thermisch induzierte Veränderung des Brechungsindex des Polymermaterials (2), verursacht durch die Absorption eines Bruchteils dieses Lichts, hat&sub1; dadurch gekennzeichnet, daß die reflektierenden Flächen (1) direkt, auf dem Polymerfilm (2) aufgebracht sind.
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