RU2773871C2 - Оптический модулятор - Google Patents
Оптический модулятор Download PDFInfo
- Publication number
- RU2773871C2 RU2773871C2 RU2021110558A RU2021110558A RU2773871C2 RU 2773871 C2 RU2773871 C2 RU 2773871C2 RU 2021110558 A RU2021110558 A RU 2021110558A RU 2021110558 A RU2021110558 A RU 2021110558A RU 2773871 C2 RU2773871 C2 RU 2773871C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- light source
- radiation
- laser
- emission
- source
- Prior art date
Links
- 230000003287 optical Effects 0.000 title claims abstract description 21
- 230000000051 modifying Effects 0.000 title claims abstract description 17
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 12
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 6
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims abstract description 4
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000000835 fiber Substances 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 12
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 6
- 230000003595 spectral Effects 0.000 description 3
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 2
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 108010082845 Bacteriorhodopsins Proteins 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000027455 binding Effects 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 238000009114 investigational therapy Methods 0.000 description 1
- 239000003446 ligand Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000006011 modification reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- -1 oxygen ions Chemical class 0.000 description 1
- 230000002441 reversible Effects 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
Images
Abstract
Изобретение может быть использовано в нелинейной, интегральной и волоконной оптике. Оптический модулятор света содержит источник света, лазер, расширительные коллиматоры пучков их излучений, установленные на пути распространения последних к выполненному в виде нанесенной на оптически прозрачную подложку пленки активному элементу с функцией исключения пропускания излучения от источника света при попадании на него при работе устройства направленного через светоделительный куб излучения лазера, а также фильтр. Источником света является источник излучения в диапазоне длин волн 520-610 нм. Лазер является источником инфракрасного излучения, пленка активного элемента выполнена из металл-органического каркаса Cu3(1,3,5-(CO2H2)3С6Н3)2(H2O)3 толщиной около 100 нм и нанесена на оптически прозрачную подложку из диоксида кремния методом послойного осаждения. Фильтр расположен на выходе устройства с возможностью пропускания излучения источника света. Технический результат - повышение быстродействия устройства. 1 ил.
Description
Изобретение относится к области нелинейной интегральной и волоконной оптики, а точнее к области полностью оптических модуляторов и может быть использована в оптических логических схемах, источниках излучения и в других областях техники, где требуется полностью оптическое управление модуляцией излучения.
Известен оптический модулятор света, выполненный в виде оптического волокна, состоящего из сердцевины и оболочки содержащей фотохромные элементы (Патент WO 2010/120257, МПК G02B 6/02 (2006.01), дата приоритет 14.04.2009 дата публикации 21.10.2010). Путем воздействия электромагнитного излучения на фотохромные вещества становится возможным переводить их в фотоиндуцированное состояние, спектр поглощения которого отличен от изначального, тем самым изменяется прозрачность оболочки и нарушается условие полного внутреннего отражения в волокне и обеспечивается модуляция оптического излучения, проходящего по волокну. Недостатком данного изобретения является сложность изготовления и контроля выходных параметров излучения.
В качестве прототипа выбран оптический модулятор на основе активного элемента, выполненного в виде фотохромной пленки, содержащей бактериородопсин, расположенной на оптически прозрачной подложке (Патент США №6366388, МПК G02F 1/0126, дата приоритета 15.07.1999, дата публикации 27.01.2000). Модуляция в нем осуществляется из-за изменения молекулярной структуры фотохромных агентов при лазерном облучении с узкой спектральной шириной, отсекаемой дополнительным оптическим элементом - фильтром. Недостатком такого устройства является большое время перестройки лиганда, которое может достигать нескольких минут, а также сложность конструкции, вызывающая при изготовлении необходимость совмещения тонких оптических пленок с минимальным зазором между ними и обеспечения требуемых значений коэффициентов отражения, пропускания модулируемого и контрольного излучений.
В основу изобретения поставлена задача создания модулятора оптического излучения, отличающегося сравнительно высокой скоростью, изменения оптических свойств активного элемента на базе использования класса материалов - металл-органических каркасов.
Поставленная задача решается за счет достижения технического результата, заключающегося в повышении быстродействия устройства.
Данный технический результат достигается за счет того, что оптический модулятор света, содержащий источник света, лазер, расширительные коллиматоры пучков их излучений, установленные на пути распространения последних к выполненному в виде нанесенной на оптически прозрачную подложку пленки активному элементу с функцией исключения пропускания излучения от источника света при попадании на него при работе устройства направленного через светоделительный куб излучения лазера, а также фильтр, отличается тем, что источником света является источник излучения в диапазоне длин волн 520-610 нанометров. Лазер является источником инфракрасного излучения. Пленка активного элемента выполнена из металл-органического каркаса Cu3(1,3,5-(CO2H2)3С6Н3)2(H2O)3 толщиной около 100 нм и нанесена на оптически прозрачную подложку из диоксида кремния методом послойного осаждения. Фильтр расположен на выходе устройства с возможностью пропускания излучения источника света.
Сущность предлагаемого оптического модулятора поясняется фиг. 1, на которой представлена его блок-схема.
Устройство состоит из активного элемента выполненного в виде пленки 1 из металл-органического каркаса Cu3(1,3,5-(CO2H2)3С6Н3)2(H2O)3 толщиной около 100 нм, нанесенной методом послойного осаждения на подложку 2 изготовленной из диоксида кремния. По ходу распространения инфракрасного излучения лазера 3 установлен расширительный коллиматор из линз 4 и 5, а по ходу распространения излучения от источника света 6 в диапазоне длин волн 520-610 нанометров - коллиматор из линз 7 и 8. Активный элемент расположен между линзой 8 и светоделительным кубом 9, предназначенным для направления излучения от лазера 3 к пленке 1 через подложку 2 активного элемента. На выходе устройства расположен фильтр 10 с возможностью пропускания излучения источника света 6.
Устройство работает следующим образом. При освещении активного элемента управляющим излучением ИК диапазона лазера 3, пучок которого расширяется при помощи коллиматора на основе линз 4 и 5, происходит изменение оптических свойств пропускания пленки 1 из металл-органического каркаса Cu3(1,3,5-(CO2H2)3С6Н3)2(H2O)3, нанесенной на подложку 2, за счет разрыва химической связи между ионами меди и кислорода в результате чего вода удаляется из каркаса за время порядка 35 мс, что сопровождается исключением пропускания сквозь пленку 1 расширенного при помощи линз 7 и 8 пучка излучения от источника света 6 со спектральным диапазоном от 520 до 610 нм. Одновременная засветка пленки 1 управляющим инфракрасным излучением от лазера 3 и проходящим светом от источника света 6 реализуется при помощи светоделительного куба 9. Измерения показали, что проходящее излучение от источника 6 оказалось промодулировано по интенсивности в указанном спектральном диапазоне на величину порядка 20 дБ. При выключении излучения лазера 3 пленка 1 начинает абсобировать воду из воздуха (при нормальных условиях и длинах волн инфракрасного лазера 3 равных как 800 так и 1050 нм.), что сопровождается восстановлением оптических свойств поглощения пленки. Фильтр 10, расположенный на выходе устройства исключает возможность пропускания излучения лазера 3.
Активный элемент может быть также выполнен в виде одиночных кристаллов Cu3(1,3,5-(CO2H2)3С6Н3)2(H2O)3 с геометрическими размерами не превышающими 150 мкм по трем измерениям [N.K. Kulachenkov и др. Photochromic Free MOF-Based Near-Infrared Optical Switch // Angew. Chem. Int. Ed. 10.1002/anie. 202004293], закрепленных на оптически прозрачной подложке. Однако более высокая степень модуляции оказалась при использовании в предлагаемом устройстве указанной пленочной модификаци металл-органического каркаса в сочетании с прозрачной подложкой [Vitalie Stavila и др. Kinetics and mechanism of metal-organic framework thin film growth: systematic investigation of HKUST-1 deposition on QCM electrodes // Chem. Sci, 2012,3, 1531-154].
Существенное отличие предложенного оптического модулятора света, на основе металл-органического каркаса Cu3(1,3,5-(CO2H2)3С6Н3)2(H2O)3, обладающего свойствами обратимого переключения оптических свойств, состоит в том, что в его структуре не содержится фотохромных элементов, что на три порядка снижает время переключения, и дорогих редких материалов.
К техническим преимуществам предлагаемого оптического модулятора также относится простота конструкции, высокая скорость переключения, достигающая 35 мс и возможность функционирования в электропроводящей среде, в сильных электрических полях.
Claims (1)
- Оптический модулятор света, содержащий источник света, лазер, расширительные коллиматоры пучков их излучений, установленные на пути распространения последних к выполненному в виде нанесенной на оптически прозрачную подложку пленки активному элементу с функцией исключения пропускания излучения от источника света при попадании на него при работе устройства направленного через светоделительный куб излучения лазера, а также фильтр, отличающийся тем, что источником света является источник излучения в диапазоне длин волн 520-610 нм, лазер является источником инфракрасного излучения, пленка активного элемента выполнена из металл-органического каркаса Cu3(1,3,5-(CO2H2)3С6Н3)2(H2O)3 толщиной около 100 нм и нанесена на оптически прозрачную подложку из диоксида кремния методом послойного осаждения, при этом фильтр расположен на выходе устройства с возможностью пропускания излучения источника света.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021110558A RU2773871C2 (ru) | 2020-06-15 | Оптический модулятор |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021110558A RU2773871C2 (ru) | 2020-06-15 | Оптический модулятор |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2021110558A RU2021110558A (ru) | 2021-12-15 |
| RU2021110558A3 RU2021110558A3 (ru) | 2022-05-04 |
| RU2773871C2 true RU2773871C2 (ru) | 2022-06-14 |
Family
ID=
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6366388B1 (en) * | 1998-07-15 | 2002-04-02 | Norbert Hampp | Light modulator comprising a photochromic layer |
| US6366389B1 (en) * | 1999-08-17 | 2002-04-02 | Michael Wraback | High contrast, ultrafast optically-addressed ultraviolet light modulator based upon optical anisotropy |
| CN109143655A (zh) * | 2018-09-18 | 2019-01-04 | 中国科学院福建物质结构研究所 | 一种包括金属有机框架薄膜的智能调光玻璃及其制备方法和应用 |
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6366388B1 (en) * | 1998-07-15 | 2002-04-02 | Norbert Hampp | Light modulator comprising a photochromic layer |
| US6366389B1 (en) * | 1999-08-17 | 2002-04-02 | Michael Wraback | High contrast, ultrafast optically-addressed ultraviolet light modulator based upon optical anisotropy |
| CN109143655A (zh) * | 2018-09-18 | 2019-01-04 | 中国科学院福建物质结构研究所 | 一种包括金属有机框架薄膜的智能调光玻璃及其制备方法和应用 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TWI226456B (en) | Optical path switching device and method | |
| KR100807007B1 (ko) | 촬상 장치 | |
| US7542669B2 (en) | Diffraction display device and viewfinder display device | |
| JP2005292382A (ja) | 光学素子及びその製造方法並びに光学装置 | |
| WO1999008149A1 (fr) | Element optique, procede et appareil de commande optique et procede de fabrication dudit element optique | |
| US6265708B1 (en) | Method and apparatus for controlling photointensity and/or luminous flux density of a signal light | |
| TW202021215A (zh) | 雷射光源及具有雷射光源之雷射投影器 | |
| RU2773871C2 (ru) | Оптический модулятор | |
| US20030099437A1 (en) | Variable optical filter and devices applying such filter | |
| Bader et al. | Polymer-based waveguides and optical switching | |
| RU2718643C1 (ru) | Управляемый защитный фильтр от лазерного излучения в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах | |
| Pender et al. | Nonlinear absorption in polydiacetylene waveguides | |
| JP3504069B2 (ja) | 光制御方法および光制御装置 | |
| JP3504418B2 (ja) | 光制御方法および光制御装置 | |
| JP3504422B2 (ja) | トリアリールメタン系色素を含有する光応答性組成物から成る光学素子を用いることを特徴とする光制御方法 | |
| JP3471188B2 (ja) | 光制御方法および光制御装置 | |
| RU2701186C1 (ru) | Селективное зеркало | |
| JP4196019B2 (ja) | 薄膜光素子およびそれを用いる光制御方法および光制御装置 | |
| CN109976064B (zh) | 一种基于超材料谐振腔的太赫兹马赫-曾德干涉仪 | |
| RU2273039C2 (ru) | Противоослепляющие очки | |
| FR2745214A1 (fr) | Systeme optique pour le traitement des materiaux | |
| KR20110028819A (ko) | 광변조기 및 광변조 방법 | |
| JP2022098134A (ja) | 表示装置 | |
| US6647167B1 (en) | Solid state optical switch and router | |
| RU2021110558A (ru) | Оптический модулятор |