Оптический нанокоммутатор


 


Владельцы патента RU 2432590:

Аллес Михаил Александрович (RU)
Соколов Сергей Викторович (RU)
Донченко Анатолий Анатольевич (RU)
Донченко Максим Анатольевич (RU)

Изобретение относится к оптическим наноустройствам переключения и может быть использовано в волоконно-оптических системах передачи информации для коммутации каналов передачи информации. Согласно изобретению устройство содержит группу n адресных оптических нановолноводов, группу n+1 информационных оптических нановолноводов, n пар телескопических нанотрубок, оптический нановолноводный n-выходной разветвитель, источник постоянного излучения и n оптических нановолноводных Y-объединителей. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей устройства за счет обеспечения управляемой коммутации информационных оптических потоков, поступающих из n+1 каналов передачи информации, на выход устройства при его реализации в наноразмерном исполнении. 1 ил.

 

Изобретение относится к оптическим наноустройствам переключения и может быть использовано в волоконно-оптических системах передачи (ВОСП) информации для коммутации каналов передачи информации.

Известен оптический коммутатор - фотонный коммутатор на основе нелинейного оптического зеркала, предназначенный для коммутации оптического потока в ВОСП [Маккавеев В. Фотонные коммутаторы / В. Маккавеев // Компоненты и технологии. - 2006. - №2. - С.142-146, страница 144, рисунок 3] и содержащий нелинейный интерферометр Саньяка, оптические волноводы.

Существенный признак аналога, общий с заявляемым устройством, - оптические волноводы.

Недостатком данного аналога является сложность устройства, определяемая необходимостью использования интерферометра Саньяка, и невозможность наноразмерного исполнения.

Известен также оптический коммутатор - фотонный коммутатор на основе электрооптического кристалла теллура кадмия, предназначенный для коммутации оптического потока в ВОСП [Маккавеев В. Фотонные коммутаторы / В.Маккавеев // Компоненты и технологии. - 2006. - №2. - С.142-146, страница 144, рисунок 4] и содержащий полупроводниковый оптический кристалл теллура кадмия, диэлектрический слой, металлические электроды, источник внешнего электрического напряжения, оптический поляризатор, оптический анализатор, микрообъективы, оптические волноводы.

Существенный признак аналога, общий с заявляемым устройством, - оптические волноводы.

Недостатками данного аналога являются сложность конструкции устройства и невозможность наноразмерного исполнения.

Наиболее близким по техническому исполнению к заявленному устройству является оптический нанокомпаратор [патент №2357275, РФ. Оптический нанокомпаратор / Соколов С.В., Каменский В.В. 2009 г. БИ №15], содержащий входные и выходные оптические нановолноводы, телескопические нанотрубки, источник постоянного сигнала.

Существенные признаки прототипа, общие с заявляемым устройством, - входные оптические нановолноводы, телескопические нанотрубки, источник постоянного сигнала.

Недостатком прототипа является невозможность управляемой коммутации каналов передачи информации в ВОСП.

Задачами изобретения являются создание оптического нанокоммутатора, позволяющего выполнять управляемое переключение информационных оптических потоков, поступающих из n+1 каналов передачи информации, на выход устройства, а также упрощение конструкции устройства и реализация его в наноразмерном исполнении.

Заявленное устройство строится на основе оптических нановолноводов, 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 // Phvs. Rev. Lett. 88. 045503, 28 January, 2002].

Техническим результатом является расширение возможностей устройства за счет обеспечения управляемой коммутации информационных оптических потоков, поступающих из n+1 каналов передачи информации, на выход устройства при реализации последнего в наноразмерном исполнении.

Оптический нанокоммутатор - оптическое переключательное наноустройство, предназначенное для коммутации информационных оптических потоков, поступающих из n+1 каналов передачи информации на выход устройства.

Сущность изобретения состоит в том, что оптический нанокоммутатор содержит группу n адресных оптических нановолноводов, группу n+1 информационных оптических нановолноводов, n пар телескопических нанотрубок, оптический нановолноводный n-выходной разветвитель, источник постоянного излучения, n оптических нановолноводных Y-объединителей, i-м адресным входом оптического нанокоммутатора является вход i-го оптического нановолновода из группы n адресных оптических нановолноводов (i=1,2,…,n), i-м информационным входом оптического нанокоммутатора является вход i-го оптического нановолновода из группы n+1 информационных оптических нановолноводов (i=0,1,…,n+1), выход i-го оптического нановолновода из группы n+1 информационных оптических нановолноводов подключен к первому входу (i+1)-го оптического нановолноводного Y-объединителя (i=0,1,…,n-1), выход n-го оптического нановолновода из группы n+1 информационных оптических нановолноводов подключен ко второму входу n-го оптического нановолноводного Y-объединителя, i-ая пара телескопических нанотрубок расположена между выходом i-го оптического нановолновода из группы n адресных оптических нановолноводов и i-м выходом оптического нановолноводного n-выходного разветвителя (i=1,2,…,n) по оси распространения их выходных оптических сигналов таким образом, что в крайнем левом положении внутренняя нанотрубка n-й пары телескопических нанотрубок разрывает оптические связи между выходом n-го оптического нановолновода из группы n+1 информационных оптических нановолноводов и вторым входом n-го оптического нановолноводного Y-объединителя, при этом присутствует оптическая связь между выходом (n-1)-го оптического нановолновода из группы n+1 информационных оптических нановолноводов и первым входом n-го оптического нановолноводного Y-объединителя, а внутренняя нанотрубка i-й пары телескопических нанотрубок в крайнем левом положении разрывает оптические связи между выходом (i+1)-го оптического нановолноводного Y-объединителя и вторым входом i-го оптического нановолноводного Y-объединителя, при этом присутствует оптическая связь между выходом (i-1)-го оптического нановолновода из группы n+1 информационных оптических нановолноводов и первым входом i-го оптического нановолноводного Y-объединителя (i=1,2,…,n-1), выход источника излучения подключен ко входу оптического нановолноводного n-выходного разветвителя, выход первого оптического нановолноводного Y-объединителя является выходом устройства.

Функциональная схема оптического нанокоммутатора показана на чертеже.

Оптический нанокоммутатор содержит:

- 11, 12, …, 1n - группу n адресных оптических нановолноводов;

- 20, 21, …, 2n - группу n+1 информационных оптических нановолноводов;

- 311, 312, 321, 322, …, 3n1, 3n2 - n пар телескопических нанотрубок;

- 4 - оптический нановолноводный n-выходной разветвитель;

- 5 - источник постоянного излучения с интенсивностью k×n усл(овных) ед(иниц);

- 61, 62, …, 6n - n оптических нановолноводных Y-объединителей.

Оптический нанокоммутатор имеет n+1 информационных входов и n адресных входов, где i-м информационным входом оптического нанокоммутатора является вход i-го оптического нановолновода 2i из группы n+1 информационных оптических нановолноводов 20, 21, …, 2n (i=0,1,…,n), a i-м адресным входом оптического нанокоммутатора является вход 1-го оптического нановолновода 1i из группы n адресных оптических нановолноводов 11, 12, …, 1n (i=1,2,…,n).

Выход i-го оптического нановолновода 2i из группы n+1 информационных оптических нановолноводов 20, 21, …, 2n подключен к первому входу (i+1)-го оптического нановолноводного Y-объединителя 6i+1 (i=0,1,…,n-1). Выход n-го оптического нановолновода 2n из группы n+1 информационных оптических нановолноводов 20, 21, …,2n подключен ко второму входу n-го оптического нановолноводного Y-объединителя 6n; i-ая пара телескопических нанотрубок 3i1, 3i2 расположена между выходом i-го оптического нановолновода 1i из группы n адресных оптических нановолноводов 1i, 12, …, 1n и i-м выходом 4i оптического нановолноводного n-выходного разветвителя 4 по оси распространения их выходных оптических сигналов.

Под воздействием разности сил, обусловленных давлениями световых потоков (разность оптических мощностей 1-5 ватт создает разность сил 5-15 нН), внутренняя нанотрубка 3i1 i-й пары телескопических нанотрубок 3i1, 3i2 будет перемещаться в сторону оптического потока с меньшей интенсивностью (при этом необходимо иметь в виду, что минимально необходимая сила для перемещения нанотрубки составляет аттоньютоны [Multiwalled Carbon Nanotubes as Gigahertz Oscillators / Quanshui Zheng, Qing Jiang // Phys. Rev. Lett. 88, 045503. 28 January, 2002].

В крайнем левом (исходном) положении внутренняя нанотрубка 3n1 n-й пары телескопических нанотрубок 3n1, 3n2 разрывает оптические связи между выходом n-го оптического нановолновода 2n из группы n+1 информационных оптических нановолноводов 20, 21,…,2n и вторым входом n-го оптического нановолноводного Y-объединителя 6n, при этом присутствует оптическая связь между выходом (n-1)-го оптического нановолновода 2n-1 из группы n+1 информационных оптических нановолноводов 20, 21,…,2n и первым входом n-го оптического нановолноводного Y-объединителя 6n.

В крайнем левом положении внутренняя нанотрубка 3i1 i-й пары телескопических нанотрубок 3i1, 3i2 разрывает оптическую связь между выходом (i+1)-го оптического нановолноводного Y-объединителя 6i+1 и вторым входом i-го оптического нановолноводного Y-объединителя 6i (i=1,2,…,n-1), при этом присутствует оптическая связь между выходом (i-1)-ого оптического нановолновода 2i-1 из группы n+1 информационных оптических нановолноводов 20, 21, …, 2n и первым входом i-го оптического нановолноводного Y-объединителя 6i (i=0,1,…,n-1).

Выход источника постоянного излучения 5 подключен ко входу оптического нановолноводного n-выходного разветвителя 4.

Выход первого оптического нановолноводного Y-объединителя 61 является выходом устройства.

Работа устройства протекает следующим образом.

С выхода источника постоянного излучения 5 оптический поток с интенсивностью излучения k×n усл.ед. поступает на вход оптического нановолноводного n-выходного разветвителя 4, на каждом выходе 41, 42,…,4n которого формируется оптический поток с интенсивностью k усл.ед.

До подачи на адресные входы оптического нанокоммутатора управляющих оптических потоков устройство находится в начальном (исходном) состоянии - каждая i-я внутренняя нанотрубка 3i1 i-й пары телескопических нанотрубок 3i1, 3i2 находится в крайнем левом (исходном) положении, что обеспечивается воздействием оптического потока с интенсивностью k усл.ед., поступающего с i-го выхода 4i оптического нановолноводного n-выходного разветвителя 4 (i=1,2,…,n).

Следовательно, ни один из информационных потоков, поступающих на информационные входы 1, 2,…,n оптического нанокоммутатора (с выходов информационных оптических нановолноводов 21, 22, …,2n) не поступит на выход устройства - на выход устройства поступит информационный поток с 0-го информационного входа (т.к. присутствует оптическая связь между выходом оптического нановолновода 20 и первым входом оптического нановолноводного Y-объединителя 61).

При коммутации информационного оптического потока с i-го информационного входа оптического нанокоммутатора на его выход одновременно подаются на каждый - 1, 2, …, i-й, адресный вход оптического нанокоммутатора управляющие оптические потоки с интенсивностью m>k усл.ед. При появлении на адресных входах этих потоков внутренние нанотрубки 311, 321, …, 3i1 пар телескопических нанотрубок 311, 312, 321, 322, …, 3i1, 3i2 начнут перемещаться вправо вследствие появления разности сил, обусловленных давлениями световых потоков. При этом исчезнут оптические связи между выходом (j-1)-го оптического нановолновода 2j-1 из группы n+1 информационных оптических нановолноводов 20, 21, …, 2n и первым входом j-го оптического нановолноводного Y-объединителя 6j (j=1,2,…,i). Кроме того, возникнет канал оптической связи по цепи: выход i-го оптического нановолновода 2i - первый вход (i+1)-го оптического нановолноводного Y-объединителя 6i+1 - выход (i+1)-го оптического нановолноводного Y-объединителя 6i+1 - второй вход i-го оптического нановолноводного Y-объединителя 6i - выход i-го оптического нановолноводного Y-объединителя 6i-… - выход первого оптического нановолноводного Y-объединителя 61.

Следовательно, оптический поток, поступающий на i-й информационный вход, появится на выходе устройства. Все остальные внутренние нанотрубки 3(i+1)1, 3(i+2)1, …, 3n1 пар телескопических нанотрубок 3(i+1)1, 3(i+1)2, 3(i+1)1, 3(i+1)2, …, 3n1, 3n2 останутся в крайнем левом положении, не пропуская оптические потоки с (i+1)-го, (i+2)-го, … n-го информационных входов оптического нанокоммутатора на выход устройства.

Таким образом, осуществляется коммутация информационных оптических потоков, поступающих из n+1 каналов передачи информации, на выход устройства.

Быстродействие оптического нанокоммутатора определяется массой внутренней нанотрубки (≈10-15-10-16 г), силой трения при ее движении (≈10-10 н), разностью интенсивностей оптических сигналов и составляет ≈10-9 с. Для существующих волоконно-оптических систем передачи информации подобное быстродействие обеспечивает их функционирование практически в реальном масштабе времени.

Оптический нанокоммутатор, содержащий оптические нановолноводы, телескопические нанотрубки, источник постоянного сигнала, отличающийся тем, что в него введены оптический нановолноводный n-выходной разветвитель, n оптических нановолноводных Y-объединителей, i-м адресным входом оптического нанокоммутатора является вход i-го оптического нановолновода из группы n адресных оптических нановолноводов (i=1,2,…,n), i-м информационным входом оптического нанокоммутатора является вход i-го оптического нановолновода из группы n+1 информационных оптических нановолноводов (i=0,1,…,n+1), выход i-го оптического нановолновода из группы n+1 информационных оптических нановолноводов подключен к первому входу (i+1)-го оптического нановолноводного Y-объединителя (i=0,1,…,n-1), выход n-го оптического нановолновода из группы n+1 информационных оптических нановолноводов подключен ко второму входу n-го оптического нановолноводного Y-объединителя, i-я пара телескопических нанотрубок расположена между выходом i-го оптического нановолновода из группы n адресных оптических нановолноводов и i-м выходом оптического нановолноводного n-выходного разветвителя (i=1,2,…,n) по оси распространения их выходных оптических сигналов таким образом, что в крайнем левом положении внутренняя нанотрубка n-й пары телескопических нанотрубок разрывает оптические связи между выходом n-го оптического нановолновода из группы n+1 информационных оптических нановолноводов и вторым входом n-го оптического нановолноводного Y-объединителя, при этом присутствует оптическая связь между выходом (n-1)-го оптического нановолновода из группы n+1 информационных оптических нановолноводов и первым входом n-го оптического нановолноводного Y-объединителя, а внутренняя нанотрубка i-й пары телескопических нанотрубок в крайнем левом положении разрывает оптические связи между выходом (i+1)-го оптического нановолноводного Y-объединителя и вторым входом i-го оптического нановолноводного Y-объединителя, при этом присутствует оптическая связь между выходом (i-1)-го оптического нановолновода из группы n+1 информационных оптических нановолноводов и первым входом i-го оптического нановолноводного Y-объединителя (i=1,2,…,n-1), выход источника излучения подключен ко входу оптического нановолноводного n-выходного разветвителя, выход первого оптического нановолноводного Y-объединителя является выходом устройства.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к активным элементам волоконно-оптических систем связи. .

Изобретение относится к системам оптической обработки информации. .

Изобретение относится к активным элементам волоконно-оптических систем связи, элементам интегральной оптики, системам оптической обработки сигналов. .
Изобретение относится к медицине, а именно к ортопедической стоматологии, и может быть использовано для фиксации несъемных конструкций зубных протезов. .

Изобретение относится к экспериментальной медицине и может быть использовано в онкологии для неинвазивного качественного и количественного определения магнитоуправляемых нанопрепаратов (МН) и оценки их функций в реальном времени у экспериментальных животных.
Изобретение относится к медицине и может быть использовано для производства жидких составов наружного применения, обладающих антимикробными свойствами и предназначенных для профилактики и лечения заболеваний кожных покровов у людей, лечения ран и язв, для стимулирования регенерации и заживления раневой поверхности при синдроме диабетической стопы.
Изобретение относится к профилактической мази для диабетической стопы, которая содержит антисептические агенты, такие как водный раствор полигексанида с полиэтиленгликолем 4000 и наноструктурный порошок бентонита, интеркалированный ионами серебра (Ag+).

Изобретение относится к области нанотехнологий, в частности к сканирующим туннельным микроскопам. .

Изобретение относится к медицине, а именно к лазерной медицине, и может быть использовано для лазерной сварки биологических тканей. .

Изобретение относится к области фармацевтики, а именно к способу получения капсулированной формы антибиотиков рифамицинового ряда для лечения туберкулеза. .

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано в оптических устройствах обработки информации при разработке и создании оптических вычислительных машин и приемо-передающих устройств, обеспечивающих обработку информации в тера- и гигагерцовом диапазонах.

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано в оптических устройствах обработки информации при разработке и создании оптических вычислительных машин и приемо-передающих устройств, обеспечивающих обработку информации в тера- и гигагерцовом диапазонах.

Изобретение относится к медицине и касается нанолипосомы, включающей липосомную мембрану, содержащей этерифицированный лецитин, и один или более физиологически активных ингредиентов, заключенных во внутреннем пространстве липосомной мембраны, способа получения таковой, а также композиции для профилактики или лечения кожных заболеваний, содержащей нанолипосому.

Изобретение относится к оптическим наноустройствам переключения и может быть использовано в волоконно-оптических системах передачи (ВОСП) информации для коммутации каналов передачи информации

Изобретение относится к средствам вычислительной техники и может быть использовано в оптических устройствах обработки информации при разработке и создании оптических вычислительных наномашин и приемопередающих наноустройств

Изобретение относится к области нанотехнологии и может быть использовано при изготовлении изделий, содержащих теплообменные поверхности с микро- и нанорельефом с целью интенсификации теплообмена, уменьшения гидравлического сопротивления и отложений
Изобретение относится к области медицины, а именно к ортопедической стоматологии, и может быть использовано для изготовления съемных пластиночных протезов

Изобретение относится к области химии углеродных материалов, в частности к получению углеродных наноматериалов, содержащих многостенные углеродные нанотрубки и углеродные нановолокна, которые могут быть использованы как добавки к бетонам, полимерам и существенно улучшающие их эксплуатационные свойства
Изобретение относится к области медицины, а именно к ортопедической стоматологии, и может быть использовано для фиксации несъемных зубных протезов

Изобретение относится к наноиндустрии и химической промышленности и может быть использовано при производстве нанопорошков оксида меди

Изобретение относится к нанопористым металлическим материалам и может быть использовано для изготовления ультрафильтрационных мембран и получения нанопористых изделий со сквозными порами
Наверх