Способ магнитооптической модуляции света с использованием поверхностных плазмонов



Способ магнитооптической модуляции света с использованием поверхностных плазмонов
Способ магнитооптической модуляции света с использованием поверхностных плазмонов
Способ магнитооптической модуляции света с использованием поверхностных плазмонов
Способ магнитооптической модуляции света с использованием поверхностных плазмонов

 

G02F1/00 - Устройства или приспособления для управления интенсивностью, цветом, фазой, поляризацией или направлением света, исходящего от независимого источника, например для переключения, стробирования или модуляции; нелинейная оптика (термометры с использованием изменения цвета или прозрачности G01K 11/12; с использованием изменения параметров флуоресценцией G01K 11/32; световоды G02B 6/00; оптические устройства или приспособления с использованием подвижных или деформируемых элементов для управления светом от независимого источника G02B 26/00; управление светом вообще G05D 25/00; системы визуальной сигнализации G08B 5/00; устройства для индикации меняющейся информации путем выбора или комбинации отдельных элементов G09F 9/00; схемы и устройства управления для приборов

Владельцы патента RU 2548046:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) (RU)

Изобретение относится к области физики, в частности к методикам модуляции интенсивности электромагнитного излучения видимого и ближнего ИК диапазонов посредством приложения магнитного поля. Способ модуляции света включает в себя создание магнитоплазмонного кристалла на основе периодически наноструктурированной диэлектрической матрицы, с пространственным периодом d, последующее напыление на нее слоев ферромагнитных и благородных металлов, а также диэлектриков, освещение магнитоплазмонного кристалла светом и приложение магнитного поля. Модуляция интенсивности ТМ-поляризованного отраженного света осуществляется с помощью периодически наноструктурированной пленки ферромагнитного металла толщиной h=50-200 нм. В качестве источника света используется ТМ-поляризованное электромагнитное излучение, падающее на поверхность магнитоплазмонного кристалла под углом, соответствующим возбуждению поверхностных плазмон-поляритонов. При этом переменное магнитное поле прикладывается в геометрии экваториального магнитооптического эффекта Керра. Технический результат - уменьшение толщины магнитооптического модулятора. 4 ил.

 

Изобретение относится к области физики, в частности к методикам модуляции интенсивности электромагнитного излучения видимого и ближнего ИК диапазонов посредством приложения магнитного поля. Изобретение может быть использовано для модуляции интенсивности света в оптоволоконной и интегральной оптике, биосенсорике и фотонике.

Известно устройство по модулированию фазы отраженного светового сигнала на основе эффекта Керра (US 4246549, G02B 5/30, опубл. 21.02.2013). Устройство реализует управляемый контроль над фазой отраженного сигнала при отражении от слоя ферромагнитного или ферримагнитного граната, помещенного на высокоотражающую поверхность с коэффициентом отражения предпочтительно свыше 95%, которой может быть, например, набор диэлектрических слоев. В устройстве используется усовершенствование, связанное с тем, что предыдущие аналогичные устройства используют железный слой для эффекта Керра, который обладает высоким поглощением и склонностью к окислению.

Данное устройство обладает большей толщиной, включающей необходимую толщину магнитного граната, а также, отражающий слой. Также в устройстве не используется механизмов существенного усиления магнитооптического эффекта Керра.

Известно также устройство (US 5477376, G02F 1/09, опубл. 19.11.1995) для модулирования интенсивности прошедшего излучения на основе магнитооптического эффекта Фарадея, методом изменения намагниченности магнитного гранатового слоя при помощи электромагнита, либо механически смещаемого постоянного магнита. Устройство включает в себя структуру с чередующимися доменами намагниченности, с чередованием в направлении, перпендикулярном распространению модулируемого излучения. В отсутствии магнитного поля, домены с противоположным направлением намагниченности образуют дифракционную решетку, отводя часть энергии основного пучка в дифргировавшие пучки. Таким образом достигается модуляция, либо ослабление исходного пучка.

Данное устройство не обладают выраженной селективностью по длинам волн, а также трудно приспосабливаемо для применения в качестве отражательного модулирующего магнитооптического элемента интегральной фотоники, обладает большими размерами, в частности толщиной, и не использует эффект существенного усиления магнитооптического эффекта Керра.

Известны устройства по считыванию магнитной информации с носителей, основанные на магнитооптическом эффекте Керра, использующие эффекты Керра (US 3545840 G02F 1/34, опубл. 8.11.1970), Фарадея (US 4609961, G11B 5/127 опубл. 2.09.1986), а также использующие оба этих эффекта для повышения чувствительности (EP 0965986 A2, G11B 11/105 опубл. 22.11.1999).

Данные устройства реализуют вариацию пробного сигнала на основе магнитооптического эффекта Керра или Фарадея, а также в них не применяется существенное усиление магнитооптического сигнала, присущее использованию перекачивания излучения в поверхностные плазмоны.

Известно устройство по управлению оптическим сигналом на основе перекачивания оптической энергии в поверхностный плазмон-поляритон (US 20130148186, G02F 1/00, опубл. 13.06.2013), в устройстве применена активная среда, оптические свойства которой могут варьироваться, в зависимости от внешнего электрического или магнитного поля. Для управления с помощью магнитного поля используется диэлектрик с примесями магнитных металлов (Ni, Co), либо ферромагнитных гранатов.

Данное устройство используется в геометрии модулируемого излучения "на пропускание" и не пригодно для использования в качестве модулирующего отражательного элемента. Кроме того, устройство обладает большими геометрическими размерами, по сравнению с теми, которые возможно обеспечить методом, утверждающимся в настоящей работе.

Наиболее близким предлагаемому методу является метод усиления магнитооптического эффекта Керра за счет применения фотоннокристаллических периодических структур на поверхности (US 20130141773, G02F 1/09, опубл. 06.06.2013) и перекачки энергии падающего излучения в поверхностные плазмоны. Утверждается по крайней мере пятикратное усиление экваториального эффекта Керра по сравнению с неструктурированным материалом. Экваториальный магнитооптический эффект Керра позволяет модулировать интенсивность отраженного сигнала. В отличие от предлагаемой методики, в данном методе для усиления магнитооптического эффекта Керра используется фотоннокристаллическая структура толщиной порядка 300 нм. В этом методе не было получено значительной величины магнитооптической модуляции интенсивности, ввиду использования никеля в качестве ферромагнитного металла в основе. Данный метод ограниченно позволяет использовать, например, железо для магнитооптической модуляции. Также, рассматриваемая в данном методе двумерная упорядоченная наноструктура ограниченно позволяет управлять положением плазменного резонанса и сложнее интегрируется в существующие элементы фотоники, чем предлагаемая одномерная.

В процессе проведенных экспериментов было выявлено новое явление по влиянию поверхностных плазмон-поляритонов на изменение величины экваториального магнитооптического эффекта Керра, в зависимости от длины волны и угла падения излучения.

Задачей изобретения является создание способа модуляции интенсивности оптического излучения с использованием тонкопленочных наноструктур толщиной менее 200 нм.

Решение этой задачи, то есть создание более тонких, чем существующие на сегодняшний день магнитооптических модуляторов, возможно за счет использования экваториального магнитооптического эффекта Керра, усиленного возбуждением поверхностных плазмон-поляритонов, на поверхности периодически нано структурированного металла.

Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.

Настоящее изобретение поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.

Для реализации данного способа используется магнитоплазмонный кристалл, схема которого показана на Фиг.1. Данный магнитоплазмонный кристалл представляет собой диэлектрическую периодическим образом наноструктурированную матрицу (1) с периодом d, лежащем в диапазоне от 300 до 3000 нм, на которую нанесены слои (2) ферромагнитных металлов (железо, никель, кобальт) и благородных металлов (золото, серебро) суммарной толщиной до 150 нм, и покрытые слоем (3) пассивирующего диэлектрика (например диоксида кремния) толщиной до 50 нм. Данные наноструктуры позволяют эффективно возбуждать на их поверхности поверхностные плазмон-поляритоны, при попадании на них ТМ-поляризованного оптического излучения с длиной волны λ=400-3000 нм под углом θ, позволяющим выполнить условия фазового синхронизма между проекцией волнового вектора падающего оптического излучения, вектором поверхностного плазмон-поляритона и вектором обратной решетки магнитоплазмонного кристалла. Данное условие описывается следующей формулой: λ=d(nspp+sinθ), где nspp=(εm/(1+εm))0.5, где εm - диэлектрическая проницаемость металла. Длина волны резонансного возбуждения поверхностных плазмон-поляритонов определяется периодом структуры и углом падения света. Возбуждение поверхностных плазмонов на поверхности металла приводит к появлению минимума в спектре отражения, соответствующего перераспределению энергии между падающим и отраженным лучами, а также к усилению магнитооптического эффекта Керра в узком спектральном диапазоне. Экваториальный магнитооптичесий эффект Керра заключается в изменении интенсивности и фазы отраженного от поверхности света. Однако типичные значения данных эффектов малы для использования тонкопленочных ферромагнитных наноструктур в качестве оптических модуляторов. Усиление данного эффекта путем возбуждения поверхностных плазмон-поляритонов позволяет достичь уровня заданного прикладными применениями. На Фиг.2 показано изображение образца магнитоплазмонного кристалла на основе железа с пространственным периодом наноструктурирования d=320 нм, слоем железа толщиной h=100 нм, покрытого сверху 10-нанометровым пассивирующим слоем диоксида кремния, полученное с помощью электронного микроскопа. Напыление металлов производилось методом магнетронного распыления.

На Фиг.3 представлена оптическая схема метода модуляции интенсивности оптического излучения. Для модуляции оптического отклика используется переменное магнитное поле амплитудой порядка 100 Э, лежащее в плоскости тонкой пленки и направленное перпендикулярно плоскости падения света.

На Фиг.4 показан спектр отражения ТМ-поляризованного света от изготовленного магнитоплазмонного кристалла, при угле падения света θ=65 град (сплошная линия). Минимум в спектре отражения при λ=625 нм носит название аномалии Вуда и появляется вследствие возбуждения поверхностных плазмон-поляритонов. Его спектральное положение определяется выполнением условий фазового синхронизма для возбуждения поверхностных плазмон-поляритонов. Спектры магнитооптической относительной модуляции коэффициента отражения δ для магнитоплазмонного кристалла (заполненные круги) и плоской пленки железа толщиной h=100 нм (штриховая линия) показаны на Фиг.4. Из графиков видно, что при возбуждении поверхностных плазмон-поляритонов происходит значительное усиление магнитооптического эффекта Керра в узкой спектральной области. На длине волны λ=625 нм значение экваториального магнитооптического эффекта Керра достигает значения δ=5%, где δ=(I(H)-I(-H))/I(0), H - величина напряженности приложенного магнитного поля, I(H) - величина интенсивности отраженного света при приложении магнитного поля величиной H, I(0) - величина интенсивности отраженного света без приложения магнитного поля. Таким образом приложение магнитного поля позволяет изменить интенсивность отраженного света на 5%.

Таким образом, создаются возможности формирования нового способа регулирования интенсивности электромагнитного излучения, который заключается в направлении волны электромагнитного излучения на периодически наноструктурированную поверхность набора слоев ферромагнитных и благородных металлов (магнитоплазмонный кристалл), при необходимости покрытую пассивирующим слоем диэлектрика, с периодом, определяемым рабочей длиной волны излучения и приложением магнитного поля, лежащего в плоскости образца, и перпендикулярного плоскости падения света. Изменение интенсивности отраженного света меняется изменением величины и знака приложенного магнитного поля.

Данный способ позволяет в прикладном плане получить возможность эффективного управления интенсивностью электромагнитного излучения при помощи устройства, активная часть которого имеет толщину менее половины длины волны используемого излучения.

Способ модуляции света, включающий создание магнитоплазмонного кристалла на основе периодически наноструктурированной диэлектрической матрицы с пространственным периодом d, с последующим напылением на нее слоев ферромагнитных и благородных металлов, освещение магнитоплазмонного кристалла светом и приложение магнитного поля, отличающийся тем, что модуляция интенсивности ТМ-поляризованного отраженного света оптического и ближнего ИК диапазонов осуществляется с помощью магнитного поля, приложенного к периодически наноструктурированной пленке ферромагнитного металла толщиной h=50-200 нм в геометрии экваториального магнитооптического эффекта Керра, при угле падения света, соответствующем возбуждению поверхностных плазмон-поляритонов.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к оптоэлектронике. Способ генерации электромагнитного излучения в терагерцовом диапазоне заключается во взаимодействии направленного возбуждающего излучения с активной средой образца и получении вторичного электромагнитного излучения.
Изобретение относится к оптической технике, а именно к способу изготовления тонированного изделия для прозрачных поверхностей с возможностью регулирования степени их светопропускания.

Изобретение относится к области генерации электромагнитного излучения в субтерагерцовом и терагерцовом диапазонах частот. Генератор субтерагерцового и терагерцового излучения включает источник лазерного излучения, электрическую цепь с источниками напряжения и импедансной нагрузкой, и оптически активный элемент.

Изобретение относится к системам боковой подсветки. Система боковой подсветки содержит источник излучения в виде, по меньшей мере, одного светодиода; нижнее зеркало с зеркальным покрытием; верхнюю зеркально-диффузную пленку, расположенную выше нижнего зеркала и боковые зеркала, расположенные с четырех сторон и образующие совместно с нижним зеркалом и верхней зеркально-диффузионной пленкой воздушный волновод.

Объединенная система видения и отображения содержит формирующий отображаемое изображение слой; детектор изображения, выполненный с возможностью визуализации инфракрасного излучения в узком диапазоне углов относительно нормали к поверхности отображения и включающий в себя отражение от одного или более объектов на поверхности отображения или вблизи нее; излучатель системы видения, выполненный с возможностью излучения инфракрасного излучения для освещения объектов; пропускающий видимое и инфракрасное излучение световод, имеющий противолежащие верхнюю и/или нижнюю поверхности, выполненный с возможностью приема инфракрасного излучения от излучателя системы видения, проведения инфракрасного излучения посредством TIR от верхней и нижней поверхностей и проецирования инфракрасного излучения на объект за пределами узкого диапазона углов относительно нормали к поверхности отображения.

Система сканирования коллимированного света содержит оптический волновод, систему ввода света в первый конец оптического волновода и контроллер для управления местоположением вдоль первого конца оптического волновода.

Изобретение относится к области электротехники и оптики и касается способа получения инфракрасного излучения. Для получения инфракрасного излучения электрический сигнал подают на вход блока предыскажений.

Группа изобретений относится к области светотехники. Техническим результатом является предотвращение или исключение неравномерной яркости света, испущенного из светопроводящей пластины.

Изобретение относится к генераторам импульсного широкополосного электромагнитного излучения терагерцового диапазона частот. Многоэлементный генератор терагерцового излучения содержит исследуемый образец, фемтосекундный лазер, многоэлементный эмиттер, в котором элементарный эмиттер представляет собой слой кристаллического полупроводника с напыленной металлической маской, формирующей резкий градиент освещенности слоя кристаллического полупроводника лазерным излучением.

Изобретение относится к устройствам предохранения фоточувствительных элементов оптических и оптоэлектронных систем от разрушающего воздействия мощного излучения.

Изобретение относится к печатной плате и к устройству, содержащему такую печатную плату. Технический результат - обеспечение повышения эффективности производства устройства, содержащего светодиодную цепь для обеспечения окружающего света для дисплея, улучшение конструктивных характеристик. Достигается тем, что печатная плата (1) удлиненного размера содержит светодиодную схему (2, 3). Части печатной платы (1) являются гибкими, по меньшей мере, в одном направлении. Предпочтительно печатная плата (1) может сгибаться по направлению длины и ширины и не требует отверстий для шурупов. Светодиодная схема (2, 3) может содержать светодиодные цепи (2) со светодиодами и другую схему (3), такую как возбудитель для возбуждения светодиодных цепей (2) индивидуально для обеспечения окружающего света для дисплея (5). 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 15 ил.

Изобретение относится к области светотехники. Техническим результатом является снижение потока направленного ослепляющего света. Технический результат достигается за счет того, что в светильнике (1), содержащем кожух (2), имеющий по меньшей мере одну боковую стеночную часть (3) и нижнюю стеночную часть (5), источник света (7), расположенный в кожухе (2), и оптически прозрачный лист (10), указанный оптически прозрачный лист (10) выполнен искривленным и имеет множество удлиненных призматических структур с прямыми верхними углами (16) на ее вогнутой поверхности. Упомянутая поверхность обращена в сторону, противоположную источнику света (7). 9 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к дисплейному устройству и способу отображения, в которых обеспечивается бесшовный экран с использованием дисплейных панелей. Устройство отображает изображение на основании сигналов изображения и содержит дисплейную панель с дисплейной областью, в которой в виде матрицы расположены дисплейные элементы. На краю дисплейной панели расположена рамочная область, не содержащая дисплейных элементов. Устройство также содержит подсвечивающее устройство, испускающее свет в форме плоско распространяющегося излучения в направлении задней поверхности, противоположной дисплейной поверхности дисплейной области, и световод, который установлен на дисплейной панели и способен изменять световой путь части света, испускаемого дисплейными элементами. Указанная часть света направляется в рамочную область, при этом яркость на единицу площади на испускающей свет поверхности подсвечивающего устройства выше на краю дисплейной области, содержащем световод, чем в нормальной области изображения, не содержащей световод за пределами дисплейной области. Технический результат - повышение качества отображения. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 18 ил.

Изобретение относится к светоизлучающему модулю и к светоизлучающему устройству, содержащему множество таких светоизлучающих модулей. Технический результат - повышение плотности упаковки, легкости монтажа, улучшение рассеяния тепла, увеличение яркости, уменьшение стоимости. Это достигается тем, что светоизлучающее устройство (3a-c; 23; 26; 33a-c) содержит множество источников (12a-e; 27a-h) света, скомпонованных в по меньшей мере первом и втором столбцах (18a-b; 28a-c), расположенных бок о бок и проходящих вдоль первого направления расширения (х1) светоизлучающего модуля (3a-c; 23; 26; 33a-c); и множество пар (13a-b, 14a-b, 15a-b, 16a-b 17a-b) соединительных клемм, каждая из которых электрически подключена к соответствующей паре источников (3a-c; 23; 26; 33a-c) света для обеспечения подачи электрической энергии. Каждая пара (13a-b, 14a-b, 15a-b, 16a-b, 17a-b) соединительных клемм содержит первую соединительную клемму (13a, 14a, 15a, 16a, 17a) и вторую соединительную клемму (13b, 14b, 15b, 16b, 17b), которые расположены на противоположных сторонах светоизлучающего модуля (3a-c; 23; 26; 33a-c). Источники (12a-e; 27a-h) света скомпонованы в предопределенной последовательности источников света вдоль первого направления расширения (X1) светоизлучающего модуля (3a-c; 23; 26; 33a-c), и пары (13a-b, 14a-b, 15a-b, 16a-b 17a-b) соединительных клемм, электрически подключенные к соответствующим источникам (12a-e; 27a-h) света, скомпонованы в предопределенной последовательности источников света вдоль первого направления расширения (х1) светоизлучающего модуля таким образом, что соотношение между светящейся площадью и общей площадью светоизлучающего модуля больше 25%. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к подложке для исследований усиленного поверхностью комбинационного рассеяния. Подложка содержит полупроводниковую поверхность с формированными на ней нитевидными кристаллами, покрытыми пленкой металла, выбранного из группы, состоящей из серебра, золота, платины, меди и/или их сплавов. В качестве материала для полупроводниковой поверхности использован смешанный нитрид алюминия, галлия и индия. Каждый сформированный нитевидный кристалл имеет внутри линейный дефект. Плотность поверхности нитевидных кристаллов, имеющих внутри линейный дефект, составляет от 108/см2 до 1010/см2, их длина нитевидных кристаллов составляет от 0,2 мкм до 2,0 мкм, а диаметр нитевидных кристаллов - от 40 нм до 150 нм. Отношение длины нитевидных кристаллов, имеющих внутри линейный дефект, к их диаметру составляет от 5 до 50, а толщина пленки металла на полупроводниковой поверхности составляет от 50 нм до 150 нм. 12 з.п. ф-лы, 9 ил., 3 пр.

Изобретение относится к модуляции света методами управления интенсивностью и фазовыми характеристиками светового потока и может найти применение для лазерных источников света общего назначения, в том числе для подавления спекла. Спеклоподавитель содержит модулятор, содержащий нанесенные на первую прозрачную подложку прозрачный электропроводящий слой, покрытый прозрачным гелеобразным слоем, и систему из i штук параллельных ленточных электродов заземления и управления, размещенных с зазором над прозрачным гелеобразным слоем и соединенных электрически с устройством управления. Устройство управления содержит, по крайней мере, один регистр сдвига заземления и один регистр сдвига управления, электрически соединенные с электродами заземления и электродами управления соответственно, а также блоки обратной связи, тактовый генератор, делитель частоты и блок обнуления. Технический результат - повышение качества спеклоподавления. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к установочной конструкции оптического датчика, которая применяется в дисплейном устройстве показа изображений и в которой устранен промежуток между отражательным листом и трубчатым амортизатором для предотвращения поступления внешнего света в оптический датчик, благодаря чему может быть точно измерено количество света от подсветки. Жидкокристаллическое дисплейное устройство 1 показа изображений включает в себя оптический датчик 12, который измеряет свет от задней поверхности отражательного листа 104, подложку 11, имеющую на себе оптический датчик 12, и трубчатый амортизатор 13 для предотвращения поступления внешнего света в оптический датчик 12. Передняя поверхность трубчатого амортизатора 13 прикреплена к отражательному листу 104, а его задняя поверхность прикреплена к подложке 11. 4 н. и 6 з.п. ф-лы, 22 ил.
Наверх