RU178617U1

RU178617U1 - Fully optical diode

Info

Publication number: RU178617U1
Application number: RU2017138152U
Authority: RU
Inventors: Игорь Владиленович Минин; Олег Владиленович Минин
Priority date: 2017-11-01
Filing date: 2017-11-01
Publication date: 2018-04-13

Abstract

Полезная модель относится к области оптики и может быть использована для проведения научно-исследовательских, контрольно-измерительных и диагностических работ, в устройствах связи и вычислительных оптических компьютерах. Полностью оптический диод содержит фокусирующую микролинзу, в фокусе которой расположена отражающая излучения подложка с микроотверстием, за которой расположен приемник излучения, при этом микролинза выполнена в виде диэлектрической частицы непосредственно контактирующей с отражающей излучение подложкой с микроотверстием и с возможностью фокусировки излучения непосредственно за теневой границей частицы с пространственным разрешением, превышающим дифракционный предел. Диэлектрическая частица может быть выполнена в виде пирамиды с вершиной, обращенной на встречу падающему излучению, или в виде конуса с вершиной, обращенной на встречу падающему излучению, или в виде шарика, или усеченного шарика, или в виде кубика. Полезная модель обеспечивает уменьшение габаритов устройства. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.The utility model relates to the field of optics and can be used for research, control and diagnostic and diagnostic work, in communication devices and optical computing computers. A fully optical diode contains a focusing microlens, in the focus of which there is a radiation-reflecting substrate with a micro-hole, behind which there is a radiation receiver, while the micro-lens is made in the form of a dielectric particle directly in contact with the radiation-reflecting substrate with a micro-hole and with the possibility of focusing the radiation directly behind the shadow border of the particle with spatial resolution exceeding the diffraction limit. The dielectric particle can be made in the form of a pyramid with a vertex facing the incident radiation, or in the form of a cone with a vertex facing the incident radiation, or in the form of a ball, or a truncated ball, or in the form of a cube. The utility model provides a reduction in the size of the device. 5 cp f-ly, 2 ill.

Description

Полезная модель относится к области оптики и может быть широко использовано для проведения научно-исследовательских, контрольно-измерительных и диагностических работ, в устройствах связи и вычислительных оптических компьютерах.The utility model relates to the field of optics and can be widely used for research, control and diagnostic and diagnostic work, in communication devices and optical computing computers.

Полностью оптический диод (AOD - all-optical diode) представляет собой пространственно невзаимное устройство, основанное на одностороннем распространении света: обеспечивается различное оптическое пропускание в противоположных направлениях. Для определенной длины волны в идеальном случае оптический диод позволяет полностью передавать свет по прямому направлению и полностью «запирает» распространение света вдоль обратного направления. AOD является ключевыми компонентом для систем следующего поколения обработки всех оптических сигналов, которые широко используются и в оптических компьютерах.A fully optical diode (AOD - all-optical diode) is a spatially non-reciprocal device based on the one-way light distribution: different optical transmission in opposite directions is provided. For a certain wavelength, in the ideal case, an optical diode allows you to completely transmit light in the forward direction and completely “blocks” the propagation of light along the opposite direction. AOD is a key component for next-generation systems for processing all optical signals, which are widely used in optical computers.

Известно устройство оптического диода на основе двумерных фотонных кристаллов [Патенты КНР № CN 104460174, CN 105022116], с использованием нелинейно оптических материалов [Патент КНР № CN 101692148] и т.д.A device is known for an optical diode based on two-dimensional photonic crystals [Patents of the People's Republic of China No. CN 104460174, CN 105022116], using nonlinear optical materials [Chinese Patent No. CN 101692148], etc.

Например, известен оптический диод (оптический вентиль), основанный на свойствах дифракционной оптики, выполненной на криволинейной поверхности, обеспечивать разное пропускание в прямом и обратном направлениях [Минин И.В., Минин О.В, Оптический вентиль. А.С. 1679458, 1989]. Однако габариты таких устройств крайне высоки и не позволяют использовать их в устройствах оптической микрофотоники.For example, an optical diode (optical gate) is known, based on the properties of diffraction optics made on a curved surface, to provide different transmission in the forward and reverse directions [Minin I.V., Minin O.V., Optical valve. A.S. 1679458, 1989]. However, the dimensions of such devices are extremely high and do not allow their use in optical microphotonics devices.

Наиболее близким к заявляемой полезной модели устройству оптического диода является оптическая система для асимметричной передачи оптического излучения, описанной в статье [Tvingstedt, K., Dal Zilio, S., Inganas, O., Tormen, M., 2008, Trapping light with micro lenses in thin film organic photovoltaic cells, Optics Express, Vol. 16(26), pp. 21608-21615 (2008)] и принятого за прототип.Closest to the claimed utility model, the optical diode device is an optical system for asymmetric transmission of optical radiation described in [Tvingstedt, K., Dal Zilio, S., Inganas, O., Tormen, M., 2008, Trapping light with micro lenses in thin film organic photovoltaic cells, Optics Express, Vol. 16 (26), pp. 21608-21615 (2008)] and adopted as a prototype.

Оптический диод состоит из микролинзы, в фокусе которой располагается отражающая поверхность подложки с микроотверстием, прошедшее излучение через которое фокусировалось на приемнике, расположенном на большом расстоянии от фокуса микролинзы. При этом оптическое пропускание в прямом направлении: микролинза, отражающая поверхность подложки с отверстием больше, чем в обратном направлении: отражающая поверхность подложки с отверстием, микролинза.The optical diode consists of a microlens, the focus of which is the reflective surface of the substrate with a microhole, the transmitted radiation through which was focused on a receiver located at a great distance from the focus of the microlens. In this case, the optical transmission in the forward direction: the microlens, the reflecting surface of the substrate with the hole is larger than in the opposite direction: the reflecting surface of the substrate with the hole, microlens.

Данное устройство использует микролинзы для создания асимметричной передачи светового излучения. Был получен эффект асимметрии передачи оптического излучения, но структура имела толщину и боковую ширину элементарной ячейки около 100 мкм или более 100-200 длины волны, что не приемлемо. Высокие продольные габариты известного устройства оптического диода обусловлены а) достаточно большим фокусным расстоянием полусферической микролинзы, которое составляет не менее 10-15 длин волн, а диаметр микролинзы - не менее ее фокусного расстояния (для возможности формирования необходимого волнового фронта), б) необходимостью помещать приемник излучения на удалении от поверхности с микроотверстием для эффективного использования всей площади приемника из-за дифракционной расходимости прошедшего через микроотверстия излучения.This device uses microlenses to create an asymmetric transmission of light radiation. The asymmetry effect of the transmission of optical radiation was obtained, but the structure had a thickness and a side width of the unit cell of about 100 μm or more than 100-200 wavelengths, which is not acceptable. The high longitudinal dimensions of the known device of the optical diode are due to a) a sufficiently large focal length of a hemispherical microlens, which is at least 10-15 wavelengths, and the diameter of the microlens is not less than its focal length (to allow the formation of the necessary wavefront), b) the need to place the receiver radiation at a distance from the surface with a micro-hole for efficient use of the entire area of the receiver due to the diffraction divergence of the radiation transmitted through the micro-holes.

Кроме того, выполнение микролинзы в виде полусферической поверхности не позволяет минимизировать отражение от ее поверхности и уменьшить фокусное расстояние, что снижает эффективность устройства в целом.In addition, the implementation of the microlenses in the form of a hemispherical surface does not minimize the reflection from its surface and reduce the focal length, which reduces the efficiency of the device as a whole.

Диаметр пятна Эйри h определяется так называемым критерием Рэлея, который устанавливает предел концентрации (фокусировки) оптического поля с помощью линзовых систем [Борн М., Вольф Э., Основы оптики - М.: Наука. - 1970]:The diameter of the Airy spot h is determined by the so-called Rayleigh criterion, which sets the limit of concentration (focusing) of the optical field using lens systems [Born M., Wolf E., Fundamentals of Optics - M .: Science. - 1970]:

h=2.44 λFD^-1,h = 2.44 λFD ^-1 ,

где λ - длина волны излучения, D - диаметр первичного зеркала или линзы, F - фокусное расстояние фокусирующего устройства.where λ is the radiation wavelength, D is the diameter of the primary mirror or lens, F is the focal length of the focusing device.

Поперечный размер области фокусировки излучения возрастает с увеличением фокусного расстояния, длины волны используемого излучения и уменьшением характерного размера фокусирующего устройства.The transverse size of the radiation focusing area increases with an increase in the focal length, wavelength of the radiation used and a decrease in the characteristic size of the focusing device.

Диаметр отверстия в отражающей поверхности связан с диаметром пятна Эйри. Для обеспечения максимального пропускания оптического излучения в прямом направлении, диаметр отверстия должен быть не менее диаметра пятна Эйри. С увеличением фокусного расстояния микролинзы увеличивается диаметр отверстия в отражающем экране. В этом случае увеличивается и пропускание оптического диода в обратном направлении.The diameter of the hole in the reflective surface is related to the diameter of the Airy spot. To ensure maximum transmission of optical radiation in the forward direction, the diameter of the hole should be at least the diameter of the Airy spot. As the focal length of the microlens increases, the diameter of the hole in the reflective screen increases. In this case, the transmission of the optical diode in the opposite direction also increases.

Диаметр пятна Эйри h является важным параметром фокусирующей системы, который определяет ее собственную разрешающую способность в фокальной плоскости, определяет качество получаемого изображения и область концентрации акустической энергии для идеального фокусирующего устройства: линзы или зеркальной антенны. Он показывает минимальное расстояние между полем точечных источников в фокальной плоскости, которое способна зарегистрировать данная система. Максимальное разрешение идеальной линзовой системы не может превышать величины λ/2.The diameter of the Airy spot h is an important parameter of the focusing system, which determines its own resolution in the focal plane, determines the quality of the resulting image and the region of acoustic energy concentration for an ideal focusing device: a lens or a mirror antenna. It shows the minimum distance between the field of point sources in the focal plane that this system is able to register. The maximum resolution of an ideal lens system cannot exceed λ / 2.

Под преодолением дифракционного предела понимается фокусировка излучения в пятно с размерами меньше, чем у пятна Эйри [Борн М., Вольф Э. Основы оптики. - М.: Мир, 1978].By overcoming the diffraction limit is meant focusing radiation into a spot with dimensions smaller than that of an Airy spot [M. Born, E. Wolf. Fundamentals of Optics. - M.: Mir, 1978].

Преодолеть дифракционный предел в оптике можно различными способами, например, с помощью эффекта «фотонной наноструи» (например, см. A. Heifetz et al. Experimental confirmation of backscattering enhancement induced by a photonic jet // Appl. Phys. Lett., 89, 221118 (2006); Y.F. Lu, L. Zhang, W.D. Song, Y. W. Zheng, and B.S. Luk'yanchuk, // J. Exp. Theor. Phys. Lett. 72, 457 (2000); B.S. Luk'yanchuk, Z.B. Wang, W.D. Song, and M.H. Hong, “Particle on surface: 3D-effects in dry laser cleaning,” Appl. Phys., A Mater. Sci. Process. 79(4-6), 747-751 (2004)). Фотонная струя возникает в области теневой поверхности диэлектрических микросферических частиц - в т.н. ближней зоне дифракции - и характеризуется сильной пространственной локализацией и высокой интенсивностью оптического поля в области фокусировки. Было показано, что при падении плоской волны на сфероидальную частицу достижимо пространственное разрешение до трети длины волны, что ниже классического дифракционного предела.The diffraction limit in optics can be overcome in various ways, for example, using the “photon nanostructure” effect (for example, see A. Heifetz et al. Experimental confirmation of backscattering enhancement induced by a photonic jet // Appl. Phys. Lett., 89, 221118 (2006); YF Lu, L. Zhang, WD Song, YW Zheng, and BS Luk'yanchuk, // J. Exp. Theor. Phys. Lett. 72, 457 (2000); BS Luk'yanchuk, ZB Wang , WD Song, and MH Hong, “Particle on surface: 3D-effects in dry laser cleaning,” Appl. Phys., A Mater. Sci. Process. 79 (4-6), 747-751 (2004)). A photon stream arises in the region of the shadow surface of dielectric microspherical particles - the so-called near diffraction zone - and is characterized by strong spatial localization and high optical field intensity in the focusing region. It was shown that with a plane wave incident on a spheroidal particle, a spatial resolution of up to one third of the wavelength is achievable, which is below the classical diffraction limit.

Сферическая микрочастица, таким образом, выполняет роль рефракционной сферической микролинзы, фокусирующей световое излучение в пределах субволнового объема [Ю. Гейнц, А. Землянов, Е. Панина. Микрочастица в интенсивном световом поле. - Palmarium Academic Publishing (2012), ISBN-13: 978-3-8473-9641-3. - 252 с.; Daniel S. Benincasa, Peter W. Barber, Jian-Zhi Zhang, Wen-Feng Hsieh, and Richard K. Chang Spatial distribution of the internal and near-field intensities of large cylindrical and spherical scatterers // Applied Optics, Vol. 26, No. 7, 1987, рр. 1348-1356].Thus, a spherical microparticle plays the role of a refractive spherical microlens focusing light radiation within a subwave volume [Yu. Heinz, A. Zemlyanov, E. Panina. Microparticle in an intense light field. - Palmarium Academic Publishing (2012), ISBN-13: 978-3-8473-9641-3. - 252 s .; Daniel S. Benincasa, Peter W. Barber, Jian-Zhi Zhang, Wen-Feng Hsieh, and Richard K. Chang Spatial distribution of the internal and near-field intensities of large cylindrical and spherical scatterers // Applied Optics, Vol. 26, No. 7, 1987, pp. 1348-1356].

Позднее возможность получения фотонных наноструй были изучены для диэлектрических осесимметричных тел, например, эллиптических наночастиц [Минин И.В., Минин О.В. Квазиоптика: современные тенденции развития - Новосибирск: СГУГиТ, 2015. - 163 с.; T. Jalalia and D. Erni. Highly confined photonic nanojet from elliptical particles // Journal of Modern Optics, Vol. 61, No. 13, 1069-1076 (2014).], многослойных слоисто-неоднородных микросферических частиц с радиальным градиентом коэффициента преломления [César Méndez Ruiz and Jamesina J. Simpson. Detection of embedded ultrasubwavelength-thin dielectric features using elongated photonic nanojets // 2 August 2010 / Vol. 18, No. 16 / OPTICS EXPRESS 16805], а также полусфер [Cheng-Yang Liu. Photonic nanojet shaping of dielectric non-spherical microparticles // Physica E 64 (2014), pp. 23–28.], дисков [B. Luk`yanchuk, N. I.Zheludev, S. A. Maier, N. J. Halas, P. Nordlander, H. GiessenandT.C. Chong. The Fano resonance in plasmonic nanostructures and metamaterials. Nat. Mater. 9, 707-715 (2010); C-Y. Liu and C-C. Li. Photonic nanojet induced modes generated by a chain of dielectric microdisks. Optik 127, 267-273 (2016).], цилиндра-сферы [Jinlong Zhu and Lynford L. Goddard. Spatial control of photonic nanojets // Optics Express, Vol. 24, No. 26, 2016, 30445].Later, the possibility of obtaining photonic nanostructures was studied for dielectric axisymmetric bodies, for example, elliptical nanoparticles [Minin IV, Minin OV Quasioptics: modern development trends - Novosibirsk: SGUGiT, 2015. - 163 p .; T. Jalalia and D. Erni. Highly confined photonic nanojet from elliptical particles // Journal of Modern Optics, Vol. 61, No. 13, 1069-1076 (2014).], Multilayer layered inhomogeneous microspherical particles with a radial gradient of the refractive index [César Méndez Ruiz and Jamesina J. Simpson. Detection of embedded ultrasubwavelength-thin dielectric features using elongated photonic nanojets // 2 August 2010 / Vol. 18, No. 16 / OPTICS EXPRESS 16805], as well as hemispheres [Cheng-Yang Liu. Photonic nanojet shaping of dielectric non-spherical microparticles // Physica E 64 (2014), pp. 23–28.], Discs [B. Luk`yanchuk, N. I. Zheludev, S. A. Maier, N. J. Halas, P. Nordlander, H. Giessenand T. C. Chong. The Fano resonance in plasmonic nanostructures and metamaterials. Nat. Mater. 9, 707-715 (2010); C-Y. Liu and C-C. Li. Photonic nanojet induced modes generated by a chain of dielectric microdisks. Optik 127, 267-273 (2016).], Cylinder spheres [Jinlong Zhu and Lynford L. Goddard. Spatial control of photonic nanojets // Optics Express, Vol. 24, No. 26, 2016, 30445].

Так же было обнаружено, что фотонные струи могут быть сформированы несимметричными мезоразмерными диэлектрическими частицами, например, куб, усеченный шар, пирамида, усеченная пирамида, круговой конус, призма, объемный шестигранник и т.д. [I.V. Minin and O.V. Minin. Diffractive optics and nanophotonics: Resolution below the diffraction limit, Springer, 2016 http://www.springer.com/us/book/9783319242514#aboutBook; V. Pacheco-Pena, M. Beruete, I. V. Minin and O. V. Minin. Terajets produced by 3D dielectric cuboids. Appl. Phys. Lett. 105, 084102 (2014); I.V. Minin,O. V. Minin and Geintz Y.E. Localized EM and photonic jets from non-spherical and non-symmetrical dielectric mesoscale objects: brief review. Annalen der Physik (AdP), May 2015 DOI: 10.1002/andp.201500132; Yu. E. Geintz, A. A. Zemlyanov and E. K. Panina. Photonic Nanonanojets from Nonspherical Dielectric Microparticles. Russian Physics Journal 58, 904-910° (2015); Yu. E. Geints, A. A. Zemlyanov and E. K. Panina. Characteristics of photonic jets from microcones. Optics and Spectroscopy 119, 849-854 (2015); И.В.Минин, О.В.Минин. Фотоника изолированных диэлектрических частиц произвольной трехмерной формы - новое направление оптических информационных технологий // "Вестник НГУ. Серия: Информационные технологии". 2014, №4, С. 4-10.].It was also found that photonic jets can be formed by asymmetric mesoscale dielectric particles, for example, a cube, a truncated ball, a pyramid, a truncated pyramid, a circular cone, a prism, a volume hexagon, etc. [I.V. Minin and O.V. Minin. Diffractive optics and nanophotonics: Resolution below the diffraction limit, Springer, 2016 http://www.springer.com/us/book/9783319242514#aboutBook; V. Pacheco-Pena, M. Beruete, I. V. Minin and O. V. Minin. Terajets produced by 3D dielectric cuboids. Appl. Phys. Lett. 105, 084102 (2014); I.V. Minin, O. V. Minin and Geintz Y.E. Localized EM and photonic jets from non-spherical and non-symmetrical dielectric mesoscale objects: brief review. Annalen der Physik (AdP), May 2015 DOI: 10.1002 / andp.201500132; Yu. E. Geintz, A. A. Zemlyanov and E. K. Panina. Photonic Nanonanojets from Nonspherical Dielectric Microparticles. Russian Physics Journal 58, 904-910 ° (2015); Yu. E. Geints, A. A. Zemlyanov and E. K. Panina. Characteristics of photonic jets from microcones. Optics and Spectroscopy 119, 849-854 (2015); I.V. Minin, O.V. Minin. Photonics of isolated dielectric particles of arbitrary three-dimensional shape - a new direction in optical information technology // "Vestnik NSU. Series: Information Technology". 2014, No. 4, S. 4-10.].

Недостатком известных полностью оптических диодов является большие габариты, обусловленный тем, что для фокусировки акустического излучения относительный диаметр линзы D/λ должен быть не менее 10-15 и значительный размер области фокусировки, не менее дифракционного предела, что увеличивает оптическое пропускание диода в обратном направлении.A disadvantage of the known fully optical diodes is the large size due to the fact that for focusing the acoustic radiation, the relative diameter of the lens D / λ must be at least 10-15 and a significant size of the focusing area, at least the diffraction limit, which increases the optical transmission of the diode in the opposite direction.

Таким образом, задачей настоящей полезной модели является устранение указанных недостатков, а именно уменьшение габаритов устройства.Thus, the objective of this utility model is to eliminate these drawbacks, namely, reducing the dimensions of the device.

Указанная задача решена благодаря тому, что в полностью оптическом диоде, содержащем фокусирующую микролинзу, в фокусе которой расположена отражающая излучения подложка с микроотверстием, за которой расположен приемник излучения, новым является то, что микролинза выполнена в виде диэлектрической частицы непосредственно контактирующей с отражающей излучение подложкой с микроотверстием и с возможностью фокусировки излучения непосредственно за теневой границей частицы с пространственным разрешением, превышающим дифракционный предел.This problem is solved due to the fact that in a fully optical diode containing a focusing microlens, in the focus of which there is a radiation-reflecting substrate with a micro-hole, behind which the radiation detector is located, the microlens is made in the form of a dielectric particle directly in contact with the radiation-reflecting substrate with with a micro-hole and with the possibility of focusing the radiation directly behind the shadow boundary of the particle with a spatial resolution exceeding the diffraction limit .

Кроме того полностью оптический диод по п.1, отличается тем, что диэлектрическая частица может быть выполнена в виде пирамиды с вершиной, обращенной на встречу падающему излучению.In addition, the fully optical diode according to claim 1, characterized in that the dielectric particle can be made in the form of a pyramid with a vertex facing the incident radiation.

Кроме того диэлектрическая частица может быть выполнена в виде конуса с вершиной, обращенной на встречу падающему излучению.In addition, the dielectric particle can be made in the form of a cone with a vertex facing the incident radiation.

Кроме того диэлектрическая частица может быть выполнена в виде шарика.In addition, the dielectric particle can be made in the form of a ball.

Кроме того диэлектрическая частица может быть выполнена в виде усеченного шарика.In addition, the dielectric particle can be made in the form of a truncated ball.

Кроме того диэлектрическая частица может быть выполнена в виде кубика.In addition, the dielectric particle can be made in the form of a cube.

В результате проведенных исследований, было обнаружено, что диэлектрическая частица, например, в форме кубика или шарика или усеченного шарика или кругового конуса или пирмиды, с характерным размером не менее λ, где λ - длина волны используемого излучения в среде, с относительным показателем преломления в материале частицы относительно показателя преломления окружающей среды лежащего в диапазоне от 1.2 до 1.7, формирует на ее внешней границе с противоположной стороны от падающего излучения области с повышенной концентрацией энергии и с поперечными размерами порядка λ/3 - λ/4.As a result of the studies, it was found that a dielectric particle, for example, in the form of a cube or ball or a truncated ball or circular cone or pyramid, with a characteristic size of at least λ, where λ is the wavelength of the radiation used in the medium, with a relative refractive index of particle material relative to the refractive index of the environment, lying in the range from 1.2 to 1.7, forms at its outer boundary on the opposite side from the incident radiation of the region with a high energy concentration and pop with tack sizes of the order of λ / 3 - λ / 4.

Из технической литературы известно, что величина обратного рассеяния оптического излучения от диэлектрического кругового конуса или пирамиды при падении излучения на его вершину меньше, чем рассеяние от поверхности микролинзы.From the technical literature it is known that the amount of backscattering of optical radiation from a dielectric circular cone or pyramid when radiation falls on its top is less than scattering from the surface of a microlens.

На фиг. 1 показана схема полностью оптического диода с диэлектрической частицей в форме шарика (а), кубика (б), усеченного шарика (в), кругового конуса и пирамиды (г).In FIG. 1 shows a diagram of a fully optical diode with a dielectric particle in the form of a ball (a), cube (b), a truncated ball (c), a circular cone and a pyramid (d).

На фиг. 2 показан пример формирования диэлектрической частицей (в виде шарика, кубика, кругового конуса, пирамиды, усеченного шарика) области повышенной интенсивности оптического поля на ее теневой стороне с субдифракционным разрешением.In FIG. Figure 2 shows an example of the formation of a dielectric particle (in the form of a ball, cube, circular cone, pyramid, truncated ball) of a region of increased optical field intensity on its shadow side with subdiffraction resolution.

Обозначения: 1 - направление падения оптического излучения на диэлектрическую частицу в «прямом направлении» в виде шарика 2, кубика 5, усеченного шарика 6, кругового конуса или пирамиды 7; 3 - формируемая «фотонная струя» область повышенной интенсивности поля с поперечными размерами порядка λ/3 - λ/4, 4 - отражающая излучение подложка с отверстием 8.Designations: 1 — direction of incidence of optical radiation on a dielectric particle in the “forward direction” in the form of a ball 2, a cube 5, a truncated ball 6, a circular cone or a pyramid 7; 3 - formed "photon stream" region of increased field intensity with transverse dimensions of the order of λ / 3 - λ / 4, 4 - radiation-reflecting substrate with a hole 8.

Заявляемое устройство работает следующим образом.The inventive device operates as follows.

В прямом направлении, падающее излучения 1 освещает диэлектрическую частицу 2 или 5 или 6 или 7, которая фокусирует это излучение в «фотонную струю» с поперечными размерами порядка λ/3 - λ/4 3, которая возникает непосредственно на теневой границе частицы 2, 5, 6, 7, при этом достижимо пространственное разрешение превышающее дифракционный предел. Далее фотонная струя 3 проходит через отверстие 8 в отражающей излучение подложке 4 и преобразуется оптическим приемником, например, в электрический сигнал и регистрируется. В результате осуществляется режим максимального пропускания оптического излучения.In the forward direction, the incident radiation 1 illuminates a dielectric particle 2 or 5 or 6 or 7, which focuses this radiation into a “photon stream” with transverse dimensions of the order of λ / 3 - λ / 4 3, which occurs directly on the shadow boundary of the particle 2, 5 , 6, 7, while a spatial resolution exceeding the diffraction limit is achievable. Next, the photon stream 3 passes through the hole 8 in the radiation-reflecting substrate 4 and is converted by an optical receiver, for example, into an electrical signal and is recorded. As a result, the maximum transmission of optical radiation is achieved.

В обратном направлении оптическое излучение падает на отражающее излучение подложку 4 с отверстием 8. Прохождение излучения через отверстие 8 с диаметром менее длины волны излучения в отражающей излучение подложки мало, что обеспечивает минимальное пропускание оптического излучения в «обратном» направлении.In the opposite direction, the optical radiation is incident on the radiation-reflecting substrate 4 with the hole 8. The passage of radiation through the hole 8 with a diameter less than the radiation wavelength in the radiation-reflecting substrate is small, which ensures minimal transmission of the optical radiation in the "opposite" direction.

В результате проведенных исследований было установлено, что локализация поля типа «фотонная струя» для характерных размеров кубика и шарика менее λ/2 не формируется. Устойчиво локализация оптического поля типа «фотонная струя» формируется при размерах диэлектрической частицы не менее λ.As a result of the studies, it was found that the localization of the field of the "photon stream" type for the characteristic dimensions of the cube and ball less than λ / 2 is not formed. Stably localization of the optical field of the "photon stream" type is formed at a dielectric particle size of at least λ.

При относительном показателе преломления в материале диэлектрической частицы менее 1.2, формируемая «фотонная струя» не обеспечивает эффективной концентрации оптического излучении и более 1.7, «фотонная струя» формируется внутри диэлектрической частице.With a relative refractive index of less than 1.2 in the material of the dielectric particle, the generated “photon stream” does not provide an effective concentration of optical radiation and more than 1.7, the “photon stream” is formed inside the dielectric particle.

Матрица оптических диодов может быть использована в качестве прозрачного электрода в системах для солнечных элементов.An array of optical diodes can be used as a transparent electrode in systems for solar cells.

Устройство оптического диода может быть реализовано как в оптическом диапазоне длин волн, так и в терагерцовом и сверхвысокочастотном диапазонах.The device of the optical diode can be implemented both in the optical wavelength range, and in the terahertz and microwave ranges.

Полностью оптический диод в котором фокусирующие элементы выполнены в виде мезомасштабных диэлектрических частиц, формирующих фотонные струи позволяет уменьшить поперечные размеры фокусирующих элементов до 10 раз и увеличить поперечное разрешение (уменьшить поперечный размер области фокусировки и уменьшить диаметр отверстия в отражающей излучение подложке) в 2 раза.A fully optical diode in which the focusing elements are made in the form of mesoscale dielectric particles forming photonic jets allows to reduce the transverse dimensions of the focusing elements by 10 times and increase the transverse resolution (reduce the transverse size of the focusing area and reduce the diameter of the hole in the substrate reflecting radiation) by 2 times.

Claims

1. A fully optical diode containing a focusing microlens, in the focus of which there is a radiation-reflecting substrate with a micro-hole, behind which there is a radiation detector, characterized in that the micro-lens is made in the form of a dielectric particle directly in contact with the radiation-reflecting substrate with a micro-hole and with the possibility of focusing radiation directly beyond the shadow boundary of a particle with a spatial resolution exceeding the diffraction limit.

2. A fully optical diode according to claim 1, characterized in that the dielectric particle can be made in the form of a pyramid with a vertex facing towards the incident radiation.

3. A fully optical diode according to claim 1, characterized in that the dielectric particle can be made in the form of a cone with a vertex facing towards the incident radiation.

4. A fully optical diode according to claim 1, characterized in that the dielectric particle can be made in the form of a ball.

5. A fully optical diode according to claim 1, characterized in that the dielectric particle can be made in the form of a truncated ball.

6. A fully optical diode according to claim 1, characterized in that the dielectric particle can be made in the form of a cube.