RU214103U1 - Multilayer structure with anti-reflective films of phase-change materials - Google Patents
Multilayer structure with anti-reflective films of phase-change materials Download PDFInfo
- Publication number
- RU214103U1 RU214103U1 RU2021130918U RU2021130918U RU214103U1 RU 214103 U1 RU214103 U1 RU 214103U1 RU 2021130918 U RU2021130918 U RU 2021130918U RU 2021130918 U RU2021130918 U RU 2021130918U RU 214103 U1 RU214103 U1 RU 214103U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- films
- additional
- main
- multilayer structure
- film
- Prior art date
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 47
- 230000003667 anti-reflective Effects 0.000 title claims abstract description 6
- 230000003287 optical Effects 0.000 claims abstract description 23
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims abstract description 16
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 claims abstract description 16
- 239000005083 Zinc sulfide Substances 0.000 claims abstract description 8
- 229910052984 zinc sulfide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 229910000314 transition metal oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- DRDVZXDWVBGGMH-UHFFFAOYSA-N zinc;sulfide Chemical compound [S-2].[Zn+2] DRDVZXDWVBGGMH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- ORUIBWPALBXDOA-UHFFFAOYSA-L Magnesium fluoride Chemical compound [F-].[F-].[Mg+2] ORUIBWPALBXDOA-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 4
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N Silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 claims abstract description 4
- 229910001635 magnesium fluoride Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 150000004771 selenides Chemical class 0.000 claims abstract description 4
- 150000004763 sulfides Chemical class 0.000 claims abstract description 4
- 150000004772 tellurides Chemical class 0.000 claims abstract description 4
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 claims abstract description 4
- GTLQJUQHDTWYJC-UHFFFAOYSA-N zinc;selenium(2-) Chemical compound [Zn+2].[Se-2] GTLQJUQHDTWYJC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- -1 transition metal chalcogenides Chemical class 0.000 claims abstract description 3
- 230000000051 modifying Effects 0.000 abstract description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 2
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 70
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 13
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 11
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 8
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 6
- GPMBECJIPQBCKI-UHFFFAOYSA-N Germanium telluride Chemical compound [Te]=[Ge]=[Te] GPMBECJIPQBCKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 6
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 3
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 2
- 230000000737 periodic Effects 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 210000002381 Plasma Anatomy 0.000 description 1
- 150000004770 chalcogenides Chemical class 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000000313 electron-beam-induced deposition Methods 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 230000002441 reversible Effects 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 230000003595 spectral Effects 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000002207 thermal evaporation Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Полезная модель относится к оптическому приборостроению, в частности к устройствам, позволяющим производить высокоскоростную перестраиваемую модуляцию электромагнитного излучения среднего инфракрасного диапазона длин волн, и может быть использована во всех областях промышленности, науки, техники, где используются методы управления интенсивностью света с помощью поглощения.The utility model relates to optical instrumentation, in particular to devices that allow high-speed tunable modulation of electromagnetic radiation in the mid-infrared wavelength range, and can be used in all areas of industry, science, technology, where light intensity control methods are used using absorption.
Техническим результатом является снижение потерь проходящего электромагнитного излучения.EFFECT: reduced losses of passing electromagnetic radiation.
Многослойная структура с просветленными пленками фазоизменяемых материалов, содержащая теплопроводящую пластину, основные и дополнительные пленки. При этом каждая основная пленка размещена между дополнительными пленками, одна из сторон одной из дополнительных пленок прилегает к теплопроводящей пластине, а одна из сторон другой дополнительной пленки находится в контакте с воздухом. Основные пленки выполнены из фазоизменяемого материала с изменяемыми показателем преломления в диапазоне от 4 до 8 и коэффициентом экстинкции в диапазоне от 0 до 5, а дополнительные пленки выполнены из диэлектрического материала с постоянным показателем преломления в диапазоне от 2 до 4 и нулевым коэффициентом экстинкции, при этом оптическая толщина дополнительных пленок составляет одну или больше четвертей длины волны электромагнитного излучения, изменение коэффициента пропускания многослойной структуры происходит в результате поглощения электромагнитного излучения основной пленкой в кристаллическом состоянии.Multilayer structure with anti-reflective films of phase-change materials, containing a heat-conducting plate, main and additional films. In this case, each main film is placed between additional films, one of the sides of one of the additional films is adjacent to the heat-conducting plate, and one of the sides of the other additional film is in contact with air. The main films are made of a phase-changing material with a variable refractive index in the range from 4 to 8 and an extinction coefficient in the range of 0 to 5, and additional films are made of a dielectric material with a constant refractive index in the range of 2 to 4 and a zero extinction coefficient, while the optical thickness of the additional films is one or more quarters of the wavelength of electromagnetic radiation, the change in the transmittance of the multilayer structure occurs as a result of the absorption of electromagnetic radiation by the main film in the crystalline state.
В качестве материала основной пленки могут быть использованы либо селениды, либо сульфиды, либо теллуриды, либо антимониды, либо оксиды переходных металлов, либо халькогениды переходных металлов. В качестве материала пластины и дополнительных пленок могут быть использованы либо кремний, либо нитрид кремния, либо селенид цинка, либо сульфид цинка, либо фторид магния, либо оксиды переходных металлов. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.
Description
Полезная модель относится к оптическому приборостроению, в частности к устройствам, позволяющим производить высокоскоростную перестраиваемую модуляцию электромагнитного излучения среднего инфракрасного диапазона длин волн, и может быть использована во всех областях промышленности, науки, техники, где используются методы управления интенсивностью света с помощью поглощения.The utility model relates to optical instrumentation, in particular to devices that allow high-speed tunable modulation of electromagnetic radiation in the mid-infrared wavelength range, and can be used in all areas of industry, science, technology, where light intensity control methods are used using absorption.
Известны способы спектральной фильтрации оптического излучения, основанные на явлении интерференции при взаимодействии светового потока с многослойными структурами с периодически меняющимся значением коэффициента преломления от слоя к слою. При этом показатели преломления слоев постоянные, поэтому оптическая характеристика пропускания покрытия меняется только при изменении угла падения на такие фильтры путем смещения спектра, за счет чего и создаются большинство устройств фильтрации, которые используют в своей конструкции различные электромеханические преобразователи. Подобные устройства реализованы в составных интерференционных фильтрах с изменяемым пропусканием RU2512089C2 [1]. Недостатком такой конструкции является прямая зависимость скорости изменения величины и полосы пропускания от параметров электромеханических устройств, осуществляющих изменение угла.Known methods of spectral filtering of optical radiation, based on the phenomenon of interference in the interaction of light flux with multilayer structures with a periodically changing value of the refractive index from layer to layer. At the same time, the refractive indices of the layers are constant, so the optical transmission characteristic of the coating changes only when the angle of incidence on such filters changes by shifting the spectrum, due to which most filtering devices are created that use various electromechanical converters in their design. Such devices are implemented in composite interference filters with variable transmission RU2512089C2 [1]. The disadvantage of this design is the direct dependence of the rate of change of magnitude and bandwidth on the parameters of electromechanical devices that change the angle.
Данный недостаток возможно устранить, используя фазоизменяемые материалы, которые меняют свои электрические и оптические свойства при обратимых фазовых переходах из аморфного в кристаллическое состояние за счет нагрева. При этом нагрев может осуществляться контактно за счет электродов или термических нагревателей, как это описано в патенте WO2017134506A1 [2], так и бесконтактно за счет лазерного импульсного индуцирования. Недостатком контактного термического воздействия на тонкие пленки является необходимость использования дополнительных пленок электроизоляционных и теплорассеивающих материалов между фазоизменяемой пленкой и нагревательным элементом, свойства которых также влияют на оптические характеристики устройства.This drawback can be eliminated by using phase-changing materials that change their electrical and optical properties during reversible phase transitions from an amorphous to a crystalline state due to heating. In this case, heating can be carried out contact by electrodes or thermal heaters, as described in patent WO2017134506A1 [2], and non-contact by laser pulsed induction. The disadvantage of contact thermal action on thin films is the need to use additional films of electrically insulating and heat-dissipating materials between the phase-changing film and the heating element, the properties of which also affect the optical characteristics of the device.
При разработке таких устройств необходимо учитывать оптические свойства тонких (порядка длины волны) пленок, а именно показатель преломления п и коэффициент экстинкции А: и их влияние на изменение коэффициентов отражения R, пропускания Т и поглощения А всей многослойной структуры. Для аморфной и кристаллической фазы показатель преломления большинства фазоизменяемых материалов в два-три раза больше относительно подложек, на которые они наносятся, поэтому на границах тонких пленок с подложками или воздухом может отражаться до половины светового потока из-за разницы показателей преломления и интерференции на тонкой пленке. Именно на изменении показателя преломления и как следствие отражения часто реализуются оптические модуляторы подобно патенту US9952096B2 [3], но создание оптических устройств, которые изменяют интенсивность проходящего света, позволит масштабировать оптические элементы в различных схемах модуляции электромагнитного излучения за счет изменения поглощения.When developing such devices, it is necessary to take into account the optical properties of thin (on the order of a wavelength) films, namely, the refractive index n and the extinction coefficient A: and their influence on the change in the reflection coefficients R, transmission T, and absorption A of the entire multilayer structure. For the amorphous and crystalline phase, the refractive index of most phase-changing materials is two to three times higher relative to the substrates on which they are applied, therefore, up to half of the light flux can be reflected at the boundaries of thin films with substrates or air due to the difference in refractive indices and interference on a thin film . It is on the change in the refractive index and, as a result of reflection, that optical modulators are often implemented like the patent US9952096B2 [3], but the creation of optical devices that change the intensity of transmitted light will allow scaling optical elements in various electromagnetic radiation modulation schemes due to a change in absorption.
Переключаемые поглощающие фильтры возможно реализовать за счет термотропных поляризаторов, описанных в патенте US7755829B2 [4] и используемых в жидкокристаллических дисплеях. Недостатком устройства является необходимость постоянного воздействия электрического или магнитного поля на жидкие кристаллы для сохранения заданного уровня пропускной способности в отличие от фазоизменяемых материалов, основным свойством которого является энергонезависимость.Switchable absorbing filters can be implemented using thermotropic polarizers described in US7755829B2 [4] and used in liquid crystal displays. The disadvantage of the device is the need for constant exposure to an electric or magnetic field on liquid crystals to maintain a given level of throughput, in contrast to phase-change materials, the main property of which is energy independence.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является изобретение US9543510B2 [5]. Многослойный материал с фазовым переходом, содержащий: многослойную пленочную структуру, указанная многослойная пленочная структура, состоящая из множества периодических элементов, при этом указанные периодические элементы содержат первый однослойный пленочный материал с фазовым переходом и второй однослойный пленочный материал с фазовым переходом, при этом: указанный первый однослойный пленочный материал с фазовым переходом и указанный второй однослойный пленочный материал с фазовым переходом поочередно уложены друг на друга и находятся в контакте друг с другом; каждый из указанных первый однослойный пленочный материал с фазовым переходом и указанный второй однослойный пленочный материал с фазовым переходом могут переходить из аморфного состояния в кристаллическое состояние посредством первого электрического импульса и могут переходить из кристаллического состояния в аморфное состояние посредством второго электрического импульса; указанный первый однослойный пленочный материал с фазовым переходом состоит из первого множества химических компонентов; упомянутый второй однослойный пленочный материал с фазовым переходом состоит из второго множества химических компонентов; указанное первое множество химических компонентов такое же, как указанное второе множество химических компонентов, процентного соотношения химического состава указанного первого множества отличается от процентного соотношения химического состава упомянутого второго множества химических компонентов; кристаллическая структура упомянутого первого однослойный пленочного материала с фазовым переходом и кристаллическая структура указанного второго однослойного пленочного материала с фазовым переходом принадлежит к одной и той же решетчатой системе; а также рассогласование решетки между упомянутым первым однослойным пленочным материалом с фазовым переходом и упомянутым вторым однослойным пленочным материалом с фазовым переходом составляет менее 10%.The closest to the proposed utility model is the invention US9543510B2 [5]. A multilayer material with a phase change, containing: a multilayer film structure, the specified multilayer film structure, consisting of a plurality of periodic elements, while these periodic elements contain the first single-layer film material with a phase change and the second single-layer film material with a phase change, while: the specified first the single layer phase change film material and said second single layer phase change film material are alternately stacked and in contact with each other; each of said first monolayer phase change film material and said second single layer phase change film material can be changed from an amorphous state to a crystalline state by a first electrical pulse, and can be changed from a crystalline state to an amorphous state by a second electrical pulse; said first single layer phase change film material is comprised of a first plurality of chemical components; said second single layer phase change film material is comprised of a second plurality of chemical components; the specified first set of chemical components is the same as the specified second set of chemical components, the percentage of the chemical composition of the specified first set is different from the percentage of the chemical composition of the said second set of chemical components; the crystal structure of said first single layer phase change film material and the crystal structure of said second single layer phase change film material belong to the same lattice system; and also the lattice mismatch between said first single layer phase change film material and said second single layer phase change film material is less than 10%.
Общими признаками прототипа и полезной модели является использование в составе многослойной структуры комбинации пленок фазоизменяемых материалов различного химического состава. Отличительным признаком предлагаемой полезной модели является использование в многослойной структуре основы в виде теплопроводящей пластины, на одной стороне или на обеих сторонах которой расположены основные пленки из фазоизменяемого материала и дополнительные пленки из диэлектрического материала, при этом оптическая толщина дополнительных пленок составляет одну или больше четвертей длины волны электромагнитного излучения, чем обеспечивается эффективное просветление многослойной структуры в аморфном и кристаллическом фазовых состояниях основной пленки, а изменение коэффициента пропускания многослойной структуры происходит за счет поглощения электромагнитного излучения основной пленкой в кристаллическом состоянии. Оптическая толщина - это произведение геометрической толщины пленки на ее показатель преломления.Common features of the prototype and the utility model is the use of a combination of films of phase-changing materials of different chemical composition as part of a multilayer structure. A distinctive feature of the proposed utility model is the use in a multilayer structure of the base in the form of a heat-conducting plate, on one side or on both sides of which there are main films of a phase-changing material and additional films of a dielectric material, while the optical thickness of the additional films is one or more quarters of a wavelength electromagnetic radiation, which ensures effective enlightenment of the multilayer structure in the amorphous and crystalline phase states of the main film, and the change in the transmittance of the multilayer structure occurs due to the absorption of electromagnetic radiation by the main film in the crystalline state. Optical thickness is the product of the geometric thickness of a film and its refractive index.
Технической задачей полезной модели является создание многослойной структуры с просветленными пленками фазоизменяемых материалов, обеспечивающей снижение потерь проходящего электромагнитного излучения.The technical task of the utility model is to create a multilayer structure with anti-reflective films of phase-change materials, which reduces the losses of transmitted electromagnetic radiation.
Предлагаемая конструкция позволяет изменять пропускание основного излучения в режиме высокого быстродействия со скоростью, которая зависит только от параметров длительности воздействующего лазерного импульса и поглощающих свойств используемого фазоизменяемого материала. Для минимизации нежелательного отражения на границах используют просветляющие пленки материалов с промежуточным коэффициентом преломления подобно патенту WO1998033077A2 [6]. Такой подход позволяет повысить уровень пропускания и осуществлять контролируемую модуляцию электромагнитного излучения.The proposed design allows you to change the transmission of the main radiation in the high-speed mode at a rate that depends only on the parameters of the duration of the acting laser pulse and the absorbing properties of the phase-changing material used. To minimize unwanted reflection at the boundaries, antireflection films of materials with an intermediate refractive index are used, similar to patent WO1998033077A2 [6]. This approach makes it possible to increase the level of transmission and carry out controlled modulation of electromagnetic radiation.
Техническим результатом является улучшение конструкции, поскольку многослойная структура с просветленными пленками фазоизменяемых материалов снижает потери проходящего электромагнитного излучения за счет минимизации отражения и снижает пропускание только за счет поглощения при фазовом переходе основного слоя в кристаллическое состояние.The technical result is an improved design, since a multilayer structure with anti-reflective films of phase-change materials reduces the loss of transmitted electromagnetic radiation by minimizing reflection and reduces transmission only due to absorption during the phase transition of the main layer to the crystalline state.
Указанный технический результат достигается в результате того, что в многослойной структуре с просветленными пленками фазоизменяемых материалов, содержащей, по крайней мере, одну основную и дополнительные пленки, дополнительно введена теплопроводящая пластина, каждая из основных пленок размещена между дополнительными пленками, к одной или обеим сторонам пластины прилегает одна из сторон дополнительной пленки, одна из сторон каждой из дополнительных пленок, не прилегающих к пластине, находится в контакте с воздухом.This technical result is achieved due to the fact that in a multilayer structure with anti-reflective films of phase-change materials, containing at least one main and additional films, a heat-conducting plate is additionally introduced, each of the main films is placed between additional films, to one or both sides of the plate one of the sides of the additional film adjoins, one of the sides of each of the additional films not adjacent to the plate is in contact with air.
Основные пленки выполнены из фазоизменяемого материала с изменяемыми показателем преломления в диапазоне от 4 до 8 и коэффициентом экстинкции в диапазоне от 0 до 5, а дополнительные пленки выполнены из диэлектрического материала с постоянным показателем преломления в диапазоне от 2 до 4 и нулевым коэффициентом экстинкции, при этом оптическая толщина дополнительных пленок составляет одну или больше четвертей длины волны электромагнитного излучения, изменение коэффициента пропускания многослойной структуры происходит в результате поглощения электромагнитного излучения основной пленкой в кристаллическом состоянии.The main films are made of a phase-changing material with a variable refractive index in the range from 4 to 8 and an extinction coefficient in the range of 0 to 5, and additional films are made of a dielectric material with a constant refractive index in the range of 2 to 4 and a zero extinction coefficient, while the optical thickness of the additional films is one or more quarters of the wavelength of electromagnetic radiation, the change in the transmittance of the multilayer structure occurs as a result of the absorption of electromagnetic radiation by the main film in the crystalline state.
В качестве материала основной пленки используют либо селениды, либо сульфиды, либо теллуриды, либо антимониды, либо оксиды переходных металлов, либо халькогениды переходных металлов. В качестве материала пластины и дополнительных пленок используют либо кремний, либо нитрид кремния, либо селенид цинка, либо сульфид цинка, либо фторид магния, либо оксиды переходных металлов.Either selenides, or sulfides, or tellurides, or antimonides, or transition metal oxides, or transition metal chalcogenides are used as the base film material. As the material of the plate and additional films, either silicon, or silicon nitride, or zinc selenide, or zinc sulfide, or magnesium fluoride, or transition metal oxides are used.
На второй стороне пластины может быть нанесена, по крайней мере, одна дополнительная пленка для эффективного просветления на границе пластина-воздух. Кроме того, на второй стороне пластины возможно нанесение, по крайней мере, одной основной и двух дополнительных пленок. Основные признаки и преимущества полезной модели следуют из приведенного ниже описания исполнения, основанного на прилагаемых фигурах.On the second side of the plate, at least one additional film can be applied for effective enlightenment at the plate-air interface. In addition, at least one main and two additional films can be applied on the second side of the plate. The main features and advantages of the utility model follow from the following description of the implementation, based on the attached figures.
Полезная модель поясняется схематическими рисунками, представленными на фигурах.The utility model is illustrated by schematic drawings presented in the figures.
Фиг. 1 - схематическое изображение многослойной структуры, включающая на одной стороне пластины основную и дополнительные пленки;Fig. 1 is a schematic representation of a multilayer structure, including on one side of the plate the main and additional films;
фиг. 2 - схематическое изображение многослойной структуры, включающая на второй стороне пластины дополнительные пленки;fig. 2 is a schematic representation of a multilayer structure, including additional films on the second side of the plate;
фиг. 3 - схематическое изображение многослойной структуры, включающая на двух сторонах пластины основные и дополнительные пленки.fig. 3 is a schematic representation of a multilayer structure, which includes main and additional films on two sides of the plate.
Структура содержит основную пленку 1, дополнительные пленки 2, пластину 3, при этом основная пленка из фазоизменяемого материала с изменяемым показателем преломления в диапазоне от 4 до 8 и коэффициентом экстинкции в диапазоне от 0 до 5 всегда находится в контакте с пластиной и воздухом через дополнительные пленки из материала с постоянным показателем преломления в диапазоне от 2 до 4, при этом материалы и толщины основных и дополнительных пленок выбраны так, что изменение показателя преломления и поглощения основных пленок приводит к изменению пропускания всей многослойной структуры с минимизацией отражения (фиг. 1).The structure contains the
Многослойная структура, включающая на одной стороне пластины 3 основную пленку 1 и дополнительные пленки 2, со второй стороны пластины просветляется, по крайней мере, одной дополнительной пленкой (фиг. 2).The multilayer structure, which includes the
Также многослойная структура может включать на двух сторонах пластины 3 основные пленки 1 и дополнительные пленки 2, при этом основная пленка всегда находится в контакте с пластиной и воздухом через дополнительные пленки (фиг. 3).Also, the multilayer structure can include on both sides of the
Заявленное техническое решение обеспечивает быстрое изменение пропускания многослойной структуры за счет использования просветленных пленок фазоизменяемых материалов с изменяемым показателем преломления. Заявляемая полезная модель является промышленно применимой, так как при ее реализации используют известные и апробированные компоненты, такие как оптические покрытия и фазоизменяемые материалы.The claimed technical solution provides a rapid change in the transmission of a multilayer structure through the use of antireflection films of phase-change materials with a variable refractive index. The claimed utility model is industrially applicable, since its implementation uses well-known and proven components, such as optical coatings and phase-changing materials.
В качестве фазоизменяемых материалов могут использоваться селениды, сульфиды, теллуриды, антимониды, а также оксиды и халькогениды переходных металлов. В качестве материалов пластины и дополнительных пленок могут использоваться фторид магния, нитрид кремния, селенид цинка, сульфид цинка или оксиды переходных металлов.Selenides, sulfides, tellurides, antimonides, as well as oxides and chalcogenides of transition metals can be used as phase-changing materials. Magnesium fluoride, silicon nitride, zinc selenide, zinc sulfide or transition metal oxides can be used as materials for the plate and additional films.
Геометрические толщины всех пленок рассчитываются программными средствами для оптимизации пропускной способности в заданном диапазоне оптического излучения. В различных вариантах толщина основных слоев выбирается исходя из поглощения в кристаллическом состоянии, а оптическая толщина дополнительных пленок может составлять одну или больше четвертей длины волны электромагнитного излучения.The geometric thicknesses of all films are calculated by software to optimize the throughput in a given range of optical radiation. In various embodiments, the thickness of the main layers is selected based on the absorption in the crystalline state, and the optical thickness of the additional films can be one or more quarters of the wavelength of electromagnetic radiation.
Пленки по настоящему техническому решению можно сформировать с помощью любого приемлемого способа, известного в данной области, например, с помощью способов химического или физического осаждения из паровой фазы, таких как вакуумное термическое испарение, напыление электронно-лучевыми или ионно-плазменными источниками.The films of the present technical solution can be formed using any suitable method known in the art, for example, using chemical or physical vapor deposition methods, such as vacuum thermal evaporation, electron beam deposition or ion plasma sources.
Например, для фазоизменяемого материала теллурида германия (GeTe) на длине волны 1550 нм показатель преломления пленки увеличивается с 4 до 6,5, поэтому отражение на границах с пластиной из диоксида кремния (SiO2) с показателем преломления, равным 1,5 из-за разницы в показателях преломления может достигать 50%. При переходе в кристаллическую фазу коэффициент экстинкции пленки GeTe увеличивается с 0,05 до 0,45, вследствие этого поглощение в двух состояниях различаются значительно и зависят, в том числе, от толщины пленки. Материалом для эффективного просветления может быть сульфид цинка (ZnS) с показателем преломления, равным примерно 2,28, и высокой прозрачностью. Для такой многослойной структуры толщины пленок ZnS составляют 170 нм, толщины пленок GeTe 100 и 200 нм. Первая структура с аморфной пленкой GeTe толщиной 100 нм, просветленной с двух сторон пленками ZnS, на пластине из SiO2 обеспечивает поглощение 4%, отражение 1% и пропускание 95%. При переходе в кристаллическое состояние поглощение увеличивается до 30%, отражение до 5%, а пропускание снижается до 65%. Вторая структура с аморфной пленкой GeTe толщиной 200 нм обеспечивает поглощение 8%, отражение 3% и пропускание 89%, но при фазовом переходе поглощение увеличивается до 51%, отражение до 6% и пропускание снижается до 43%.For example, for a phase change material germanium telluride (GeTe) at a wavelength of 1550 nm, the refractive index of the film increases from 4 to 6.5, so the reflection at the boundaries with a silicon dioxide (SiO 2 ) plate with a refractive index of 1.5 due to the difference in refractive indices can reach 50%. Upon transition to the crystalline phase, the extinction coefficient of the GeTe film increases from 0.05 to 0.45; as a result, the absorption in the two states differs significantly and depends, among other things, on the film thickness. The effective antireflection material may be zinc sulfide (ZnS) with a refractive index of about 2.28 and high transparency. For such a multilayer structure, the thicknesses of the ZnS films are 170 nm, the thicknesses of the GeTe films are 100 and 200 nm. The first structure with an amorphous GeTe film 100 nm thick, antireflection coated on both sides with ZnS films, on a SiO 2 plate provides 4% absorption, 1% reflection, and 95% transmission. Upon transition to the crystalline state, absorption increases to 30%, reflection to 5%, and transmission decreases to 65%. The second structure with an amorphous GeTe film 200 nm thick provides absorption of 8%, reflection of 3%, and transmission of 89%, but during the phase transition, absorption increases to 51%, reflection to 6%, and transmission decreases to 43%.
Хотя данное техническое решение описано конкретным примером его реализации, это описание не является ограничивающим, но приведено лишь для иллюстрации и лучшего понимания существа технического решения, объем которого определяется прилагаемой формулой.Although this technical solution is described by a specific example of its implementation, this description is not limiting, but is provided only to illustrate and better understand the essence of the technical solution, the scope of which is determined by the attached formula.
Источники информации:Sources of information:
1. RU2512089C2, Составной интерференционный фильтр с изменяемым пропусканием, МПК G02B 5/28, 10.04.2014.1. RU2512089C2, Composite interference filter with variable transmission, IPC G02B 5/28, 04/10/2014.
2. WO2017134506A1, Optical device with thermally switching phase change material, МПК G02F 1/0147, 04.02.2016.2. WO2017134506A1, Optical device with thermally switching phase change material, IPC
3. US9952096B2, Ultra-thin optical coatings and devices and methods of using ultra-thin optical coatings, МПК G01J 3/0205, 05.06.2012.3. US9952096B2, Ultra-thin optical coatings and devices and methods of using ultra-thin optical coatings, IPC
4. US7755829B2, Thermally switched reflective optical shutter, МПК E06B 9/24, 11.07.2007.4. US7755829B2, Thermally switched reflective optical shutter, IPC E06B 9/24, 07/11/2007.
5. US9543510B2, Multi-layer phase change material, МПК H01L 45/06, 17.12.2010.5. US9543510B2, Multi-layer phase change material, IPC H01L 45/06, 12/17/2010.
6. WO1998033077A2, Coatings, methods and apparatus for reducing reflection from optical substrates, МПК C03C 17/30, 27.01.1997.6. WO1998033077A2, Coatings, methods and apparatus for reducing reflection from optical substrates, IPC C03C 17/30, 01/27/1997.
Claims (3)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU214103U1 true RU214103U1 (en) | 2022-10-12 |
Family
ID=
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU26140U1 (en) * | 2002-05-24 | 2002-11-10 | Институт проблем лазерных и информационных технологий РАН | INTERFERENCE COATING |
| US8314991B2 (en) * | 2008-10-31 | 2012-11-20 | Cpfilms Inc. | Variable transmission composite interference filter |
| RU203242U1 (en) * | 2020-12-04 | 2021-03-29 | Федеральное государственное учреждение "Федеральный научно-исследовательский центр "Кристаллография и фотоника" Российской академии наук" | Composite interference filter |
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU26140U1 (en) * | 2002-05-24 | 2002-11-10 | Институт проблем лазерных и информационных технологий РАН | INTERFERENCE COATING |
| US8314991B2 (en) * | 2008-10-31 | 2012-11-20 | Cpfilms Inc. | Variable transmission composite interference filter |
| RU203242U1 (en) * | 2020-12-04 | 2021-03-29 | Федеральное государственное учреждение "Федеральный научно-исследовательский центр "Кристаллография и фотоника" Российской академии наук" | Composite interference filter |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Delaney et al. | A new family of ultralow loss reversible phase‐change materials for photonic integrated circuits: Sb2S3 and Sb2Se3 | |
| Scalora et al. | Transparent, metallo-dielectric, one-dimensional, photonic band-gap structures | |
| CN112147733A (en) | Optical filter | |
| Deng et al. | Pulsed laser deposition of refractive-index-graded broadband antireflection coatings for silicon solar cells | |
| EP3356869B1 (en) | Nano bi-material electromagnetic spectrum shifter | |
| CN113376870A (en) | Space light type electro-optical modulation device based on phase change material and manufacturing method thereof | |
| CN111897145B (en) | Thermal control phase modulator based on sub-wavelength grating super-surface | |
| Wang et al. | Non-volatile tunable optics by design: from chalcogenide phase-change materials to device structures | |
| RU214103U1 (en) | Multilayer structure with anti-reflective films of phase-change materials | |
| Abdelraouf et al. | All‐Optical Switching of Structural Color with a Fabry–Pérot Cavity | |
| Simpson et al. | Phase change material photonics | |
| CN112162405B (en) | Resonant cavity film system with nonvolatile property, multi-structure color, multi-gear and high transmittance contrast and preparation method thereof | |
| JP2023181285A (en) | Polarizer, optical apparatus, and method for manufacturing polarizer | |
| WO2020245582A1 (en) | Optical device with tuneable optical properties | |
| CN118837982A (en) | Adjustable absorber | |
| RU2078358C1 (en) | Narrow-band thin-film fabry-perot interferometer | |
| Sarangan | Design and nanophotonic thin film devices using phase change materials | |
| RU203242U1 (en) | Composite interference filter | |
| Santos Perodia | Dispositivos reconfigurables fotónicos basados en materiales de cambio de fase no convencionales | |
| Pluta | 2.6 Optical properties and applications of thin soot layers in phase contrast and amplitude contrast microscopy | |
| US20220100009A1 (en) | Thermally tuned optical devices containing chalcogenide thin films | |
| Heßler et al. | Ultra-Thin Tunable Absorbers Based on Lossy Phase-Change Materials | |
| CN118444497A (en) | Ge-based material8Sb2Te11Planar multilayer film with dynamic tinting properties | |
| Badoual et al. | 2.5 Opitcal control device for multiple layer films of any thickness | |
| Daudé | 2.10 Optical properties, in the far ultraviolet, of aluminum and magnesium films evaporated and studied under ultrahigh vacuum |