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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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:
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Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung;
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Fig. 2 eine Airy-Funktionskurve mit einem Genauigkeitswert F
von 400;
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Fig. 3 eine komplementäre Airy-Funktionskurve mit einem
Genauigkeitswert F von 400;
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Fig. 4 die charakteristischen bistabilen
Durchlässigkeitslinien der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei Verwendung der
Vorrichtung für Wellenleitung;
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Fig. 5 die charakteristischen bistabilen
Durchlässigkeitslinien der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei Verwendung der
Vorrichtung für Reflexiön.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist eine optische
Vorrichtung, die für eine einfallende Lichtwelle einen
bistabilen Durchlässigkeits- und Reflexionskoeffizient aufweist.
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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.
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Die Beschichtungen 1 sind derart ausgebildet, daß sie nur
einen Bruchteil der Lichtwelle absorbieren, die auf sie
trifft.
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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.
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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.
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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).
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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:
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K die Komponente des Wellenvektors des einfallendes Strahls
senkrecht zur teilweise reflektierenden Beschichtung 1 im
Vakuum;
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l die physische Länge des Teils des Polymermaterials 2.
zwischen den Beschichtungen; und
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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.
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Beispiele für typische δn/δT-Werte bestimmter
Polymermaterialien sind wie folgt:
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Polymethylmethacrylat - 1,2 [δn/δT.10&sup4;.K&supmin;¹]
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Polycarbonat - 1,2[δn/δT.10&sup4;.K&supmin;¹]
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Polyurethan - 3,3[δn/δT.10&sup4;.K&supmin;¹]
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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.
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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.
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Es besteht somit ein positiver Rückkopplungseffekt, wenn
die Vorrichtung in einem Zustand hoher
Strahlungslichtwellendurchlässigkeit arbeitet, u.zw. im Punkt C der Fig. 2.
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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.
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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.
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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.
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Kennzeichnend für den reflektierten Lichtteil ist ein
bistabiles Muster, das zum durchgelassenen Lichtteil
entgegengesetzt ist.
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Die Charakteristik des reflektierten Lichts ist
schematisch in Fig. 5 gezeigt.
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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
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NAND: logische Funktion mit einem Ausgang, der "wahr"
ist, wenn zumindest einer der Eingänge "unwahr" ist, und
"unwahr" ist, wenn beide Eingänge "wahr" sind.
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Ein NAND-Gatter mit zwei Eingängen ist ein Element vom
Typ
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worin 1 und 0 binäre logische Elemente sind und 0 der Ausgang
ist.
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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.
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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.
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Die Energie für die logische Funktion stammt von einer
dritten Lichtwelle C mit einer derartigen Intensität, daß die
Summe der Intensitäten
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IA + IB + IC
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für ein Zurückschalten der Vorrichtung ausreicht, wogegen die
Summe der Intensitäten IA + IB oder IB + IC nicht ausreicht,
ein Zurückschalten auszulösen.
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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.
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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.
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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
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Die vorliegende Erfindung kann als optisches
Speichergerät (Speicherblock) eingesetzt werden.
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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.
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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
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Die vorliegende Erfindung kann zum permanenten Verändern
ihres Ausgangszustandes bei Anlegen eines pulsierenden
Eingangs ausgelegt sein.
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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.
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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
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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.
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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.
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Die Vorrichtung hatte eine Energieleistung von 5
Milliwatt (mW) und eine Schaltenergie von 50 Mikrojoules (µJ).
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Selbstverständlich können von Fachmann Anderungen an
Details der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgenommen werden,
ohne vom Rahmen der vorliegenden Erfindung, wie sie
beansprucht ist, abzuweichen.