RU2379728C1

RU2379728C1 - Optical nanogenerator

Info

Publication number: RU2379728C1
Application number: RU2008147995/28A
Authority: RU
Inventors: Владислав Валерьевич Каменский (RU); Владислав Валерьевич Каменский; Сергей Викторович Соколов (RU); Сергей Викторович Соколов
Original assignee: Владислав Валерьевич Каменский; Сергей Викторович Соколов
Priority date: 2008-12-04
Filing date: 2008-12-04
Publication date: 2010-01-20

Abstract

FIELD: nanotechnologies.

SUBSTANCE: invention is related to computer equipment. Optical nanogenerator consists of source of permanent optical signal, inlet optical nanofibrous Y-splitter, four-port optical nanofibrous Y-splitter, outlet optical nanofibrous Y-splitter and two telescopic nanotubes.

EFFECT: device provides for solution of task to generate periodical optical signals with efficiency that is potentially possible for optical circuits.

1 dwg

Description

Изобретение относится к средствам вычислительной техники и может быть использовано в оптических устройствах обработки информации при разработке и создании оптических вычислительных машин и приемопередающих устройств.The invention relates to computer aids and can be used in optical information processing devices in the development and creation of optical computers and transceivers.

Наиболее близким по техническому исполнению к предложенному устройству является оптический мультивибратор, содержащий источник постоянного оптического сигнала [патент №2024898, Россия, 1994. Оптический мультивибратор./ Соколов С.В.].The closest in technical execution to the proposed device is an optical multivibrator containing a constant optical signal source [patent No. 2024898, Russia, 1994. Optical multivibrator. / Sokolov SV].

Недостатками данного устройства являются его сложность, а также невозможность реализации в наноразмерном исполнении.The disadvantages of this device are its complexity, as well as the inability to implement in nanoscale execution.

Заявленное устройство направлено на решение задачи генерации оптических сигналов с быстродействием, потенциально возможным для оптических устройств, а также задачи наноразмерного исполнения устройства.The claimed device is aimed at solving the problem of generating optical signals with a speed that is potentially possible for optical devices, as well as the task of nanoscale execution of the device.

Поставленная задача возникает при разработке и создании оптических вычислительных наномашин или приемо-передающих наноустройств, обеспечивающих обработку информации в тера- и гигагерцовом диапазонах.The problem arises in the development and creation of optical computing nanomachines or transceiver nanodevices that provide information processing in the tera and gigahertz ranges.

Заявленное устройство строится на основе оптических нановолокон, варианты технического исполнения которых описаны в [Оптика наноструктур. / Под редакцией А.В. Федорова: СПб. «Недра», 2005 г.; Krenn J.R., Dereux A., Weeber J.C., et al. Squeezing the optical near-field zone by plasmon coupling of metal nanoparticles. Physical Review Letters, 1999, 82, 12, 2590], и телескопических нанотрубок, под которыми понимается пара вложенных одна в другую нанотрубок [Multiwalled Carbon Nanotubes as Gigahertz Oscillators / Quanshui Zheng, Qing Jiang // Phys. Rev. Lett. 88, 045503, 28 January, 2002].The claimed device is built on the basis of optical nanofibers, technical options for which are described in [Optics of nanostructures. / Edited by A.V. Fedorova: St. Petersburg. Nedra, 2005; Krenn J.R., Dereux A., Weeber J.C., et al. Squeezing the optical near-field zone by plasmon coupling of metal nanoparticles. Physical Review Letters, 1999, 82, 12, 2590], and telescopic nanotubes, which are understood as a pair of nanotubes embedded in each other [Multiwalled Carbon Nanotubes as Gigahertz Oscillators / Quanshui Zheng, Qing Jiang // Phys. Rev. Lett. 88, 045503, 28 January, 2002].

Сущность изобретения состоит в том, что устройство содержит источник постоянного оптического сигнала, группу оптических волноводов, входной оптический нановолоконный Y-разветвитель, четырехвыходной оптический нановолоконный Y-разветвитель, выходной оптический нановолоконный Y-разветвитель, две телескопические нанотрубки - внутренняя и внешняя, выход источника постоянного оптического сигнала подключен ко входу входного оптического нановолоконного Y-разветвителя, первый выход которого оптически связан со входом выходного оптического нановолоконного Y-разветвителя, а второй выход подключен ко входу четырехвыходного оптического нановолоконного Y-разветвителя, первый, второй и третий выходы которого являются поглощающими, при этом телескопические нанотрубки расположены между четвертым выходом четырехвыходного оптического нановолоконного Y-разветвителя и вторым выходом выходного оптического нановолоконного Y-разветвителя по оси распространения их выходных оптических сигналов, а первый выход выходного оптического нановолоконного Y-разветвителя является выходом устройства.The invention consists in that the device comprises a constant optical signal source, a group of optical waveguides, an input optical nanofiber Y-splitter, a four-output optical nanofiber Y-splitter, an output optical nanofiber Y-splitter, two telescopic nanotubes - internal and external, the output of a constant source the optical signal is connected to the input of the input optical nanofiber Y-splitter, the first output of which is optically connected to the input of the output optical nanofiber Y-splitter, and the second output is connected to the input of the four-output optical nanofiber Y-splitter, the first, second and third outputs of which are absorbing, while the telescopic nanotubes are located between the fourth output of the four-output optical nanofiber Y-splitter and the second output of the output optical nanofiber Y the splitter along the propagation axis of their output optical signals, and the first output of the output optical nanofiber Y-splitter is the output of construction.

На фиг.1 представлена функциональная схема оптического наногенератора.Figure 1 presents a functional diagram of an optical nanogenerator.

Устройство состоит из источника постоянного оптического сигнала 1, входного оптического нановолоконного Y-разветвителя 2₁, четырехвыходного оптического нановолоконного Y-разветвителя 2₂, выходного оптического нановолоконного Y-разветвителя 2₃, двух телескопических нанотрубок 3_i, _i=1,2, (3₁ - внутренняя нанотрубка, 3₂ внешняя нанотрубка).The device consists of a constant optical signal source 1, an input optical nanofiber Y-splitter 2 ₁ , a four-output optical nanofiber Y-splitter 2 ₂ , an output optical nanofiber Y-splitter 2 ₃ , two telescopic nanotubes 3 _i , _{i = 1,2} , (3 ₁ - inner nanotube, 3 ₂ outer nanotube).

Выходом устройства является первый выход выходного оптического нановолоконного Y-разветвителя 2₃.The output of the device is the first output of the output optical nanofiber Y-splitter 2 ₃ .

Выход источника постоянного оптического сигнала 1 подключен ко входу входного оптического нановолоконного Y-разветвителя 2₁, первый выход которого оптически связан со входом выходного оптического нановолоконного Y-разветвителя 2₃, а второй выход подключен ко входу четырехвыходного оптического нановолоконного Y-разветвителя 2₂. Первый, второй и третий выходы четырехвыходного оптического нановолоконного Y-разветвителя 2₂ являются поглощающими.The output of the constant optical signal source 1 is connected to the input of the input optical nanofiber Y-splitter 2 ₁ , the first output of which is optically connected to the input of the output optical nanofiber Y-splitter 2 ₃ , and the second output is connected to the input of the four-output optical nanofiber Y-splitter 2 ₂ . The first, second and third outputs of the four-output optical nanofiber Y-coupler 2 ₂ are absorbing.

Телескопические нанотрубки 3₁, 3₂ расположены между четвертым выходом четырехвыходного оптического нановолоконного Y-разветвителя 2₃ и вторым выходом выходного оптического нановолоконного Y-разветвителя 2₃ по оси распространения их выходных оптических сигналов. В крайнем левом положении внутренней нанотрубки 3₁ разрывается оптическая связь между первым выходом входного оптического нановолоконного Y-разветвителя 2₁ и входом выходного оптического нановолоконного Y-разветвителя 2₃.Telescopic nanotubes 3 ₁ , 3 ₂ are located between the fourth output of the four output optical nanofiber Y-splitter 2 ₃ and the second output of the output optical nanofiber Y-splitter 2 ₃ along the propagation axis of their output optical signals. In the leftmost position of the inner nanotube 3 ₁ , the optical connection is broken between the first output of the input optical nanofiber Y-splitter 2 ₁ and the input of the output optical nanofiber Y-splitter 2 ₃ .

Под воздействием разности давлений световых потоков (разность оптических мощностей 1-5 ватт создает разность давлений 5-15 нН), внутренняя нанотрубка 3₁ будет перемещаться в сторону оптического потока с меньшей интенсивностью (при этом необходимо иметь в виду, что минимально необходимое давление для перемещения нанотрубки составляет аттоньютоны [Multiwalled Carbon Nanotubes as Gigahertz Oscillators / Quanshui Zheng, Qing Jiang // Phys. Rev. Lett. 88, 045503,28 January, 2002]).Under the influence of the pressure difference of the light fluxes (the optical power difference of 1-5 watts creates a pressure difference of 5-15 nN), the inner nanotube 3 ₁ will move towards the optical stream with a lower intensity (it must be borne in mind that the minimum necessary pressure to move nanotubes are attonewtons [Multiwalled Carbon Nanotubes as Gigahertz Oscillators / Quanshui Zheng, Qing Jiang // Phys. Rev. Lett. 88, 045503.28 January, 2002]).

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Оптический сигнал от источника постоянного оптического сигнала 1 с интенсивностью 8·I условных единиц (усл. ед), пройдя через входной оптический нановолоконный Y-разветвитель 2₁ и уменьшившись по интенсивности в два раза, поступает на вход четырехвыходного оптического нановолоконного Y-разветвителя 2₂. С четвертого выхода четырехвыходного оптического нановолоконного Y-разветвителя 2₂ оптический сигнал с интенсивностью I оказывает световое давление с левой стороны на внутреннюю нанотрубку 3₁.An optical signal from a source of constant optical signal 1 with an intensity of 8 · I conventional units (conventional units), passing through the input optical nanofiber Y-splitter 2 ₁ and decreasing in intensity by half, is fed to the input of a four-output optical nanofiber Y-splitter 2 ₂ . From the fourth output of the four-output optical nanofiber Y-splitter 2 _{2, an} optical signal with intensity I exerts light pressure from the left side onto the inner nanotube 3 ₁ .

Оптический сигнал с первого выхода входного оптического нановолоконного Y-разветвителя 2₁ с интенсивностью 4·I поступает на вход выходного оптического нановолоконного Y-разветвителя 2₃, с первого выхода которого оптический сигнал, уменьшившись по интенсивности еще в два раза, поступает на выход устройства «Q». Со второго выхода оптического нановолоконного Y-разветвителя 2₃ оптический сигнал с интенсивностью 2·I оказывает световое давление с правой стороны на внутреннюю нанотрубку 3₁.The optical signal from the first output of the input optical nanofiber Y-splitter 2 ₁ with an intensity of 4 · I is fed to the input of the output optical nanofiber Y-splitter 2 ₃ , from the first output of which the optical signal, having decreased in intensity by another two times, is fed to the output of the device Q. " From the second output of the optical nanofiber Y-splitter 2 _{3, an} optical signal with an intensity of 2 · I exerts light pressure on the right side on the inner nanotube 3 ₁ .

Под действием разности световых давлений внутренняя нанотрубка 3₁ перемещается влево (в направлении меньшего светового давления), пока не перекроет оптическую связь между первым выходом входного оптического нановолоконного Y-разветвителя 2₁ и входом выходного оптического нановолоконного Y-разветвителя 2₃.Under the influence of the light pressure difference, the inner nanotube 3 ₁ moves to the left (in the direction of lower light pressure) until it blocks the optical connection between the first output of the input optical nanofiber Y-coupler 2 ₁ and the input of the output optical nanofiber Y-coupler 2 ₃ .

В результате оптические сигналы на втором выходе выходного оптического нановолоконного Y-разветвителя 2₃, перемещающий внутреннюю нанотрубку 3₁ влево и оптический сигнал на выходе устройства "Q" станут равными 0. Под давлением оптического потока с четвертого выхода четырехвыходного оптического нановолоконного Y-разветвителя 2₂ с интенсивностью I внутренняя нанотрубка 3₁ переместится вправо и восстановится оптическая связь между первым выходом входного оптического нановолоконного Y-разветвителя 2₁ и входом выходного оптического нановолоконного Y-разветвителя 2₃.As a result, the optical signals at the second output of the output optical nanofiber Y-splitter 2 ₃ , which moves the inner nanotube 3 _{1 to the} left and the optical signal at the output of the Q device, will become 0. Under the pressure of the optical flow from the fourth output of the four-output optical nanofiber Y-splitter 2 ₂ with intensity I, the inner nanotube 3 ₁ moves to the right and the optical connection between the first output of the input optical nanofiber Y-splitter 2 ₁ and the input of the output optical nanowave is restored window Y-splitter 2 ₃ .

Период колебаний внутренней нанотрубки 3₁ определяется массой внутренней нанотрубки 3₁(≈10^-15-10^-16 г), силой трения при ее движении (≈10^-9 н) и составляет ≈10^-9-10^-10 c).The oscillation period of the inner nanotube 3 ₁ is determined by the mass of the inner nanotube 3 ₁ (≈10 ^-15 -10 ^-16 g), the friction force during its movement (≈10 ^-9 n) and is ≈10 ^-9 -10 ^-10 s).

Простота данного оптического наногенератора и возможность наноразмерного исполнения делают его весьма перспективным при разработке и создании оптических вычислительных наномашин и приемопередающих наноустройств.The simplicity of this optical nanogenerator and the possibility of nanoscale execution make it very promising in the development and creation of optical computing nanomachines and transceiver nanodevices.

Claims

An optical nanogenerator containing a source of constant optical signal, characterized in that an input optical nanofiber Y-splitter, a four-output optical nanofiber Y-splitter, an output optical nanofiber Y-splitter, two telescopic nanotubes - internal and external, an output of a constant optical signal source are introduced into it connected to the input of the input optical nanofiber Y-splitter, the first output of which is optically connected to the input of the output optical nanofiber o of the Y-splitter, and the second output is connected to the input of the four-output optical nanofiber Y-splitter, the first, second and third outputs of which are absorbing, while the telescopic nanotubes are located between the fourth output of the four-output optical nanofiber Y-splitter and the second output of the optical Y-fiber nanofiber the splitter along the propagation axis of their output optical signals, and the first output of the output optical nanofiber Y-splitter is the output of the device.