Оптическое бистабильное устройство

 

Использование: в качестве оптического логического элемента. Сущность изобретения: на пересечении двух оптических осей расположен нанесенный на оптически прозрачную подложку упорядоченный ассоциат многоатомных молекул, характеризующийся оптически управляемым сдвигом полосы поглощения и эффектом люминесценции. На первой оптической оси расположены источник излучения накачки и первый фотоприемник , на второй оптической оси - источник полихроматического излучения либо излучения на частоте люминесценции и второй фотоприемник. 2 ил.

С0103 СОВЕТСКИХ

СОцИЛЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я>s 6 02 Г 3/02

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4846295/25 (22) 04.07.90 (46) 30.12.92. Бюл. М 48 (71) Саратовский филиал Института радиотехники и электроники АН СССР (72) В.В.Гусев (56) М!Пег 0.A. Optical bistabiiityand gain

resulting from absorption increasing with

excitation. — J.Opt,Soc, Amer,1984, ч.1, N 6, р.857-864. Емельянов В.И., Зохди 3. Бистабильность и гистерезис статической поляризации, возникающей при освещении кристалла-лазерным излучением. — Квантовая электроника, 1980, т.7, N7,,c,1510—

1515.

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для создания элементной базы оптических. вычислительных машин таких, как элементы памяти и переключающие устройства, Известны безрезонаторные оптические бистабильные устройства, в которых оптическая бистабильность (ОБ) возникает в результате увеличения поглощейия полупроводниковых материалов при возрастании входной интенсивности. В таких устройствах поглощение зависит от температуры, плотности носителей, которые зависят от уровня оптического возбуждения, Переключение из одного состояния в другое осуществляется изменением интенсивности возбуждающего излучения.

К недостаткам таких устройств следует отнести тепловую нелинейность полупроводниковых элементов, приводящую к сложности фиксации температуры, соответ,5U 1784938 А1 (54) ОПТИЧЕСКОЕ БИСТАБИЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО (57) Использование; в качестве оптического логйческого элемента. Сущность изобретения: на пересечении двух оптических осей расположен нанесенный на оптически прозрачную подложку упорядочен Йый ассоциат многоатомных молекул, характеризующийся оптически управляемым сдвигом полосы поглощения и эффектом люминесценции.

На первой оптической оси расположены источник излучения накачки и первый фотоприемник, на второй оптической оси— источник полихроматического излучения либо излучения на частоте люминесценции и второй фатоприемник, 2 ил. ствующей рабочей точке переключающего элемента, Наиболее близким к изобретению является оптическое бистабильное устройство, основанное на принципе создания бистабильности статической поляризации B сис- 4 теме нецентросимметрических Ю двухуровневых атомов, ориентированных в Дь одном направлении. Устройство включает ьО источник излучения накачки (лазер), безре-, (,) зонаторный оптический элемент и фотопри-:. Ог . емник. О 1тический элемент представляет собой молекулярный кристалл, например

ЫМЬОз ЫТаОз с примесными ионами Сг или Nd . Переключения,т.е. переход из одного устойчивого состояния в другое. производят путем изменения интенсивности лазерного излучения, возбуждающего оптический элемент.

Недостатком прототипа является сужение функциональных возможностей устройства за счет узкой области применения

1784938 используемых материалов, т.к. в качестве ность испускания молекулами кванта люмипримесей в кристаллах оптического элемен- несценции) для того, чтобы система перета используются ионы, атомы которых an- шла в стационарное состояние. роксимируются . двухуровневыми Частота источника 1 излучения накачки энергетическими системами. В частности, 5 должна быть такой; чтобы центр полосы иэпрототип не позволяет осуществить управ- лучения находился бы на крыле полосы поление одним световым лучом другого; . глощения молекулярного ассоциата, Цель изобретейия"- расширение функ- входящего в состав оптического элемента; циональных возможностей за счет реализа- сдвиг максимума полосы поглощения молеции оптического -- управления 10 кулярногоассоциата приувеличенииинтенпереключением моно- и полихроматическо- сивности накачки, обусловленный

f o излучения прМ уменьшении габаритов.. диполь-дипольным взаимодействием меж-.

Указанная цель достигается тем, что в ду молекулами ассоциата, происходил по устройстве, содержащем последовательна полосе частот в сторону частоты излучения оптическй связанные источник излучения 15 накачки, в результате чего уменьшалась бы накачки, безрезонаторный оптический эле- (компенсировалась) расстройка резонанса. мент и фотоприемник, оптический элемент Пример 1. Оптический элемент 2

- выполнен в виде упорядоченного ассоциата. может быть выполнен в виде подложки, промногоатомных молекул, нанесенйых на on- зрачной для оптйческого излучения, с нанетически прозрачную подложку и характери- 20 сенным на ее поверхность молекулярным зующихся оптически управляемым сдвигом...:. димером — комплексом из двух одинаковых полосы поглощения и эффектом люминес-. многоатомныхлюминесцирующих молекул, ценции, а в устройство введены. источник образованный, например, из амфильных полихроматического излучения или источ- красителей под действием электройного луник излученйя на частоте люминесценции.25 ча или в растворе при соответствующем ассоциата многоатомных молекул и второй подборе концентрации молекул красителей. фотоприемник, которые расположены на При изготовлении димеров необходимо исодной оптической оси с оптическим элемен-. ключйть взаимно перпендикулярную ориентом, но по разные стороны от последнего. тацию молекулярных диполей в дймере, т.к.

На фиг.1 представлено устройство; на 30 при этом энергия диполь-дипольного взаи-. фиг,2 — энергетическая схема индивидуаль- модействия равна нулю и локальные поля,. ной молекулы упорядоченного ассоциата приводящими к"сдвигам.уровней ассоциата, многоатомных молекул; входящего в состав отсутствуют. Вовсехостальныхслучаяхориоптического элемента. . ентации диполей реализация бистабильноУстройство содержит источник 1 излу- 35 го режима работй достигается подбором чения накачки, безрезонаторный оптиче- такой частоты накачки, чтобы при возбуждеский элемент 2, источник 3 излучения на . нии ассоциата уменьшалась расстройка речастоте люминесценции ассоциата много- . зонанса с накачкой. атомных молекул(или источник полихрома- Пример 2. Оптйческий элемент 2 .тического излучения) и фотоприемники 4, 5. 40 может быть выполнен в виде подложки, проИсточник возбуждающего ойтического зрачной для Оптического излучения, с нанеизлучения накачки 1 представляет собой сенной на ее поверхность пленкой из мощную (с мощностью - 10 -10 Вт/см ) многоатомйых люминесцирующих-молекул, 4 б 2 лампу,сфокусированноеизлучение которой образованную по методике Ленгмюрапропущено через интерференционные 45 Блоджет, либо J-агрегат, в котором молекуфильтры, или лазер со сфокусированным из- лы упакованы по типу кирпичной кладки. лучением. Мощность излучения накачки установлена исходя: из условия Для пленок Ленгмюра-Блоджет из несоизмеримости скорости вынужденного пе- центросимметричных молекул сдвиг максирехода 1-4 и скорости электронной релак- 50 мума поглощения при варьировании

f сации, т.е.и юз (фиг.2).: . интенсивности накачки; а, следовательно, и

Необходймо, чтобы ширина полосы ча- создание ОБ устройства. возможен лишь стот излучения накачки источника 1 была тогда, когда диполи выстроены в одном насоизмерима или меньше ширины полосы правлении,т.е. вслояхХи2типов,иневоз-. частот поглощения молекул ассоциата. вхо- 55 можно для пленок Лен гмюра-Блоджет дящего в ойтический элемент, Если источ- Y-типа, где происходит компенсация стати. ник оптического излучения накачки — ческогоЛоренцевскогополяиуширениепо импульсный. то длительность его импульса лосы поглощения. мультислоев по должна превышать время электронной ре- сравнению с полосой поглощения индивилаксации молекул ассоциата (т.е. длитель- дуальных молекул.

1784938

Пример 3. В общем случае оптический полихроматического светового потока с поэлемент 2 может представлять собой под- лосами частот, попадающими в полосы положку, прозрачную для оптического излуче- глощения и люминесценции возбуждаемого ния, с нанесенным на ее поверхность молекулярного ассоциата, Использование ансамблем димеров, отличающихся по сво- 5 полихроматических световых потоков, кажим оптическим параметрам, или многослой- дая спектральная компонента которых буные ленгмюровские пленки, в которых дет независимо переключаться оптическим молекулы в разных слоях отличаются по сва- элементом, позволяет проводить паралим оптическим параметрам. В этом случае лельную обработку информации. световое излучение, провзаимодействовав- 10 Изобретение по сравнению с прототишее с одним димером или мономолекуляр- пом обладает более широкими функционым слоем, будет являться управляющим нальными возможностями. Так, для последующего, примыкающего к нему способность к люминесценций, а также шимолекулярного ассоциата, рокополосность спектров поглощения и исДля молекул ассоциата разница стати- 15 пускания многоатомных молекул позволяет ческих дипольных моментов в возбужден- . осуществить управление одним световым ном и основном энергетических состояниях лучом другого, а также переключать полине должна равняться дипольному моменту хроматические световые потоки. Кроме топерехода 1-4 (фиг.2), т.е. необходимо ис- го. устройство позволяет использовать для пользовать ассоциаты либо из сильно по- 20 создания молекулярных ассоциатов нетольглощающих центросимметричных молекул, ко нецентросимметричные, но и неполярлибо из слабопоглощающих нецентросиМ-: ные молекулы, что зйачительно расширяет метричных молекул. класс используемых молекул. Кроме того, Устройство работает следующим обра- устройство (оптический триггер) обладает зом. ::..:. . 25 меньшими размерами rio сравнению с извеИзлучение от источнйка излучения,на- . стными, поскольку его габариты фактически качки 1 пропускается через безрезонатор- " определяются размерами молекулярных ный оптический элемент 2 и принимается . пленок или димеров; которые значительно фотоприемником 5. Одновременно излуче- меньше по размерам любых объемных приние на частоте люминесценции ассоциата 30 месных или молекулярных кристаллов, Мимногоатомных молекул от источника 3 так- ниатюрность данного оптического триггера же пропускается через безрезонаторный позволяет создавать компактные оптичеоптический элемент 2,и принимается фото- " ские процессоры или устройствадинамичеприемником 4. Переключение оптического: ской памяти с плотной упаковкой элемента из одного устойчивого (исходного) 35 элементов. состояния в другое (конечное) осуществля- Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я ется увеличением интенсивности излучения Оптическое бистабильное устройство, накачки, а обратный переход (возврат в ис- ."содержащее йоследовательно оптически ходное состояние) — уменьшением интен- .: связанные источник излучения накачки, . сивности излучения накачки. Таким 40 безрезонаторныйоптическийэлементифообразом, можно переключать интейсивно-: топрйемйик, о т л и ч а ю щ 8 6 с я тем, что, сти следующих излучений, проходящих че- с целью расширения функциональнйх возрез оптический элемент; излучения . можностей путем реализаций оптического люминесценции молекулярного ассоциата" " управления переключейием моно- и полина оптическом элементе, когда световой по- 45 хроматического излучения при уменьшении ток на частоте люминесценции отсутствуе1; габаритов, оптический элемент выполнен в . низкоинтенсивных моно- и полихроматиче- виде упорядоченного ассоциата мйогоатомских потоков с частотами, попадающими в . ных молекул, нанесейных на оптически прополосу люминесценции молекулярного ас- . зрачную подложку и характеризующихся социата; излучения накачки и низкоинтен-. 50 оптическч управляемым сдвигом полосы по- сивного полихроматического вветового . глощения и эффектом люмйнесценции, а.в потока, частоты излучения которого попада- устройство введены источник полихроматиютв полосупоглощения возбуждаемогомо- ческого излучения или источник излучения лекулярного ассоциата, на частоте люминесценции ассоциата мно55 гоатомных молекул и второй фотоприемник, При этом варьированием интенсивно- которые расположены на одной оптической сти излучения накачки можно управлять ин- оси с оптическим элементом, но по разные тенсивностью (модулировать) моно- ui стороны от последнего, 1784938

Шиа7

Составитель В;Гусев

Техред М.Моргентал

Корректор Е,Папп

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 4363 Тираж Подписное

ВНИИПИ Гцсударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5