Способ регулирования интенсивности инфракрасной поверхностной электромагнитной волны на плоскогранной структуре

Изобретение относится к области информационно-коммуникационных технологий и касается способа регулирования интенсивности инфракрасной поверхностной электромагнитной волны на плоскогранной структуре. Способ включает в себя преобразование на ребре структуры поверхностной электромагнитной волны в объемную, размещение в дальней волновой зоне излучающего участка ребра структуры другой плоскогранной волноведущей структуры, на ребре которой осуществляют обратное преобразование объемной волны в поверхностную. Регулирование интенсивности поверхностной волны осуществляют за счет изменения величины зазора, разделяющего волноведущие структуры. Технический результат заключается в упрощении и повышении оперативности способа. 2 ил.

 

Изобретение относится к области информационно-коммуникационных технологий, в которой сбор, обработка и перенос информации осуществляется поверхностными электромагнитными волнами (ПЭВ), в частности поверхностными плазмон-поляритонами (ППП), инфракрасного (ИК) и терагерцового (ТГц) диапазонов, направляемыми плоской проводящей поверхностью, и может найти применение в интерферометрах, спектрометрах и других устройствах сбора и обработки информации с использованием ПЭВ.

Основными областями применения ПЭВ ИК и ТГц диапазонов являются оптические методы исследования поверхности твердого тела и слоев субволновой толщины на такой поверхности (спектроскопия, микроскопия, эллипсометрия, рефрактометрия), а также устройства сенсорного и информационно-коммуникационного назначения. Благодаря большой длине распространения ППП ИК и ТГц диапазонов (достигающей 103÷104 длин волн λ) созданы плазменные аналоги оптических контрольно-измерительных устройств (интерферометры, спектрометры, рефрактометры, каналы связи и др.), в которых важным условием является возможность оперативного регулирования интенсивности поверхностной волны (Maier S.A. Plasmonics: Fundamentals and Applications // Springer, Springer Science + Business Media LLC, 2007. p. 89-106).

Известен способ регулирования интенсивности пучка ИК поверхностных плазмонов, основанный на факте перераспределения поля ППП из окружающей среды в материал образца (как правило, металлического), включающий нанесение на участок поверхности плоскогранной проводящей структуры диэлектрического покрытия субволновой толщины (Жижин Г.Н., Никитин А.К., Богомолов Г.Д., Завьялов В.В., Джонг Юнг Ук, Ли Банг Чол, Сеонг Хи Пак, Хек Джин Ча. Поглощение поверхностных плазмонов терагерцового диапазона в структуре "металл-покровный слой-воздух" // Оптика и спектроскопия, 2006, Т. 100, №5, с. 798-802). Наличие на поверхности слоя диэлектрика приводит к увеличению тепловых потерь и, как следствие этого, к уменьшению (по сравнению с поверхностью, не содержащей такого слоя) интенсивности пучка ППП и его длины распространения. Существенными недостатками способа являются невозможность оперативного изменения интенсивности пучка, а также необходимость значительных трудозатрат на процедуры нанесения и последующего удаления слоя.

Технический результат изобретения направлен на обеспечение возможности оперативного регулирования интенсивности ИК ПЭВ и на снижение трудозатрат для реализации такого процесса.

Технический результат достигается тем, что способ регулирования интенсивности инфракрасной поверхностной электромагнитной волны на плоскогранной структуре включает преобразование на ребре структуры поверхностной электромагнитной волны в объемную, размещение в дальней волновой зоне излучающего участка ребра структуры другой плоскогранной волноведущей структуры, на ребре которой осуществляют обратное преобразование объемной волны в поверхностную, а регулирование интенсивности поверхностной волны реализуют, изменяя величину зазора, разделяющего структуры.

Теоретической основой заявляемого изобретения является способность монохроматических ИК ППП преодолевать макроскопические царапины (шириной до 100λ) в непрозрачной металлической пленке (Жижин Г.Н., Москалева М.А., Шомина Е.В., Яковлев В.А. Краевые эффекты при распространении поверхностных электромагнитных волн ИК диапазона вдоль поверхности металла // Письма в ЖЭТФ, 1979, т. 29, вып. 9, с. 533-536). Переход ППП с одной подложки на другую, разделенных макроскопическим воздушным зазором, наблюдали и в ТГц диапазоне (Jeon T.-I., and Grischkowsky D. THz Zenneck surface wave (THz surface plasmon) propagation on a metal sheet // Applied Physics Letters, 2006, v. 88, 061113). Это явление обусловлено малой расходимостью объемной волны, порождаемой ГОШ на прямоугольном ребре проводящего образца (Zon V.B. Surface plasmons on a right angle metal wedge // J. Optics (A): Pure and Applied Optics, 2007, v. 9, p. S476-S480; Gerasimov V.V., Knyazev B.A., Kotelnikov LA., Nikitin A.K., Cherkassky V.S., Kulipanov G.N., Zhizhin G.N. Surface plasmon polaritons launched using a terahertz free electron laser: propagating along a gold-ZnS-air interface and decoupling to free waves at the surface tail end // J. Opt. Soc. Am. (B), 2013, v. 30, p. 2182-2190), a также аффинностью распределения поля такой объемной волны и поля ППП.

Изобретение поясняется чертежами: на рис. 1 представлена схема устройства, реализующего способ; на рис. 2 - зависимость относительной интенсивности I/I0 пучка ППП с длиной волны λ=140 мкм от величины воздушного зазора l, разделяющего две волноведущие структуры "золото - слой ZnS толщиной 0,75 мкм - воздух".

Предлагаемый способ может быть реализован с использованием устройства, схема которого приведена на рис. 1, где цифрами обозначены: 1 первая плоскогранная волноведущая структура, прямоугольное ребро которой преобразует ПЭВ в объемную волну; 2 вторая плоскогранная волноведущая структура, прямоугольное ребро которой преобразует объемную волну в ПЭВ; 3 зазор между структурами, заполненный окружающей средой.

Способ реализуется следующим образом. Две плоскогранные структуры 1 и 2, способные направлять ПЭВ, располагают в окружающей среде таким образом, чтобы их волноведущие грани лежали в параллельных плоскостях. Исходную ПЭВ направляют на ребро структуры 1. В результате дифракции на нем, ПЭВ трансформируется в объемную волну (ОВ), имеющую узкую диаграмму направленности, максимум которой направлен под небольшим углом (примерно 1,5°) к плоскости грани структуры 1. ОВ преодолевает зазор 3, разделяющий структуры 1 и 2. Взаимодействуя с прямоугольным ребром структуры 2, ОВ преобразуется в ПЭВ, направляемую гранью этой структуры. Интенсивность вторичной ПЭВ меньше интенсивности исходной ПЭВ вследствие обратно пропорциональной зависимости эффективности преобразования ОВ в ПЭВ от величины зазора 3, что и позволяет достичь искомой цели заявляемого изобретения - оперативного регулирования интенсивности ИК ПЭВ без значительных трудозатрат, необходимых для этого процесса.

Аналитическая модель, позволяющая рассчитать зависимость интенсивности пучка ПЭВ от величины l зазора 3, может быть составлена с учетом того факта, что эффективность преобразования объемной волны в ПЭВ η определяется интегралом перекрытия их полей, пропорциональному отношению глубины проникновения поля ПЭВ δ в окружающую среду к поперечному размеру D диаграммы направленности (углового распределения интенсивности) объемной волны на расстоянии l от ребра структуры 1:

где δ=[Re(ko·κ)]-1, k=2π/λ, κ - показатель преломления ППП, α0,5 - угловая ширина диаграммы направленности ОВ, порожденной ПЭВ при дифракции на ребре структуры 1, на уровне 0,5 от ее максимальной интенсивности. Отметим, что диаграмма направленности такой ОВ имеет в дальней волновой зоне лоренцову форму и описывается формулой (1).

Тогда интенсивность вторичной ПЭВ I, порожденной дифрагированной объемной волной на ребре структуры 2, определяется выражением:

где I0 - интенсивность ПЭВ на крае (ребре) структуры 1.

В качестве примера применения заявляемого способа рассмотрим возможность регулирования интенсивности ППП с λ=140 мкм, направляемую структурой "золотая подложка - слой ZnS толщиной 0,75 мкм - воздух". Длина распространения таких ППП составляет 34 см, глубина проникновения поля в воздух δ=0,7 мм, угловая ширина диаграммы направленности α0,5=3,6°≈0,0628 рад, а дальняя волновая зона начинается с l=33 мм. Подставив эти значения δ и α0,5 в выражение (2), получим нормированную зависимость I/I0(l), представленную на рис. 2. Видно, что, изменяя величину зазора l от 33 мм до 100 мм, можно изменять интенсивность пучка ППП I на ребре структуры 2 в пределах от 0,3367 до 0,1111 соответственно.

Рассмотренный пример наглядно демонстрирует возможность оперативного регулирования интенсивности ИК ПЭВ без необходимости трудозатрат на нанесение и последующее удаление вспомогательного диэлектрического слоя на поверхность структуры, направляющей ПЭВ.

Применение заявляемого способа позволит осуществлять оперативное регулирование интенсивности ПЭВ, что необходимо при выборе оптимального режима функционирования ПЭВ-интерферометров, измерении длины распространения ПЭВ на пространственно ограниченных образцах, в плазмонных спектрометрах абсорбционного типа, при оптимизации сопряжения плазменных каналов связи и работы иных устройств, в которых сенсором внешнего воздействия и носителем информации являются поверхностные плазмон-поляритоны или ПЭВ иного класса.

Способ регулирования интенсивности инфракрасной поверхностной электромагнитной волны на плоскогранной структуре, включающий преобразование на ребре структуры поверхностной электромагнитной волны в объемную, размещение в дальней волновой зоне излучающего участка ребра структуры другой плоскогранной волноведущей структуры, на ребре которой осуществляют обратное преобразование объемной волны в поверхностную, а регулирование интенсивности поверхностной волны реализуют, изменяя величину зазора, разделяющего структуры.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к оптическому устройству для формирования и наблюдения динамических и статических трехмерных изображений типа голограмм, содержащему, по меньшей мере, один лазерный источник излучения, по меньшей мере, один световод и голографические оптические элементы, расположенные на поверхности световода.

Изобретение относится к оптической и оптоэлектронной технике, а именно к устройствам предохранения фоточувствительных элементов оптических и оптоэлектронных систем от разрушающего воздействия мощного излучения.

Группа изобретений относится к области сельского хозяйства, а именно к методам электромагнитного воздействия на растения видимым диапазоном волн и к устройствам, реализующим эти методы.

Изобретение относится к оптической и оптоэлектронной технике, а именно к устройствам предохранения фоточувствительных элементов оптических и оптоэлектронных систем от разрушающего воздействия мощного излучения.

Изобретение относится к области управления интенсивностью, цветом, фазой, поляризацией или направлением света. Сущность способа состоит в том, что угловой спектр генерируемого оптического двухфотонного излучения меняют в зависимости от пространственного профиля изменения интенсивности лазерной накачки.

Изобретение относится к области оптической локации и лазерной техники. Способ выделения части сигнала с максимальным значением интенсивности включает использование целого числа пар, состоящих из нулевого и первого туннельно-связанных нелинейно-оптических волноводов (ТСНОВ).

Изобретение относится к области оптической спектроскопии и может быть применено при разработке новых методов нестационарной оптической спектроскопии, позволяющих исследовать свойства неоднородной плазмы в области аномальной дисперсии.

Изобретение относится к области оптики и касается устройства управления параметрами лазерного излучения. Устройство включает в себя источник лазерного излучения, поляризатор, вращающийся оптический элемент и цепь обратной связи.

Изобретение относится к светорегулирующему термохромному устройству, включающему по меньшей мере две светопропускающих подложки и по меньшей мере один термохромный слой, обратимо изменяющий пропускание световых и тепловых потоков при изменении его температуры в видимой и/или ближней ИК областях спектра.

Изобретение относится к источнику импульсного лазерного излучения, который включает в себя последовательно оптически связанные между собой лазер с непрерывным излучением, оптический коммутатор, блок согласования, средство оптической задержки, оптическое средство суммирования излучения, фокусирующую систему.

Изобретение относится к оптической технике и предназначено для получения линейно поляризованного света. Светополяризующий элемент на основе анизотропии рассеяния содержит ориентированную одноосным растяжением полимерную пленку, обладающую тангенциальным сцеплением, с капсулированными в ней каплями нематического жидкого кристалла, имеющими вытянутую эллипсоидальную форму с длинной осью, параллельной направлению растяжения пленки. Компоненты для композиции “полимер - нематический жидкий кристалл” подобраны так, что n⊥=np. В качестве жидкого кристалла используют смесь нематического жидкого кристалла с поверхностно-активным веществом, инициирующим гомеотропное и наклонное сцепление нематического жидкого кристалла с полимером. В каплях нематического жидкого кристалла образовано однородное упорядочение директора вдоль направления растяжения композитной пленки. Техническим результатом изобретения является увеличение коэффициента пропускания (уменьшение светорассеяния) композитных полимер-нематических пленок для прямо проходящего излучения, поляризованного перпендикулярно направлению их растяжения. 1 ил.

Изобретение относится к электрохромному устройству, включающему: (а) электрохромный слой, включающий электрохромный материал, который выполнен с возможностью подвергаться первому электрохромному переходу; и (б) слой противоэлектрода, включающий материал противоэлектрода, который выполнен с возможностью подвергаться второму электрохромному переходу. При этом устройство не содержит гомогенного по составу слоя электроизолирующего, ионопроводящего материала между электрохромным слоем и слоем противоэлектрода, и при этом по меньшей мере один из электрохромного слоя и слоя противоэлектрода содержит литий. Также изобретение относится к способу изготовления устройства и установке для изготовления устройства. Материалы и микроструктура электрохромных устройств обеспечивают улучшение эксплуатационных характеристик и надежности по сравнению с традиционными устройствами. 3 н. и 25 з.п. ф-лы, 1 пр., 16 ил.

Оптическое устройство для формирования изображений дополненной реальности содержит источник света, конденсор, микродисплей. Дополнительно оно содержит световод со встроенным средством ввода. Средство ввода обеспечивает формирование двух ортогонально поляризованных пучков. Вывод информации обеспечивает средство вывода, которое содержит два поляризационных светоделителя, фокусирующий оптический элемент, четвертьволновую пластину. Технический результат заключается в увеличении поля зрения и уменьшении толщины. 14 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к электромеханическим системам. Устройство для отображения изображения содержит по меньшей мере один интерферометрический модулятор, имеющий множество состояний, переключатель возбуждения, связывающий по меньшей мере один интерферометрический модулятор с шиной напряжения возбуждения при адресации посредством шины адресации возбуждения, и переключатель сброса, связывающий по меньшей мере один интерферометрический модулятор с шиной напряжения сброса при адресации посредством шины адресации сброса. Каждое из указанных состояний соответствует одному из множества уровней заряда, приложенного к по меньшей мере одному интерферометрическому модулятору и включает в себя по меньшей мере первое состояние и второе состояние. Емкость интерферометрического модулятора выше в первом состоянии, чем во втором состоянии. Шина напряжения сброса выполнена с возможностью установления по меньшей мере одного интерферометрического модулятора в первое состояние, когда связана с по меньшей мере одним интерферометрическим модулятором. Технический результат - уменьшение потребления энергии. 4 н. и 24 з.п. ф-лы, 17 ил.

Защитный элемент для ценного документа, который включает в себя светофильтрующую решетку. Причем решетка имеет связанный высокопреломляющий, металлический, базовый слой (3), который задает плоскость решетки. Над базовым слоем (3) расположены выступы с высокопреломляющими, металлическими поверхностными элементами (5), которые формируют двумерно-регулярный узор (6) и простираются параллельно плоскости решетки и соответственно удалены от базового слоя (3) за счет промежуточного диэлектрика (4) на расстояние, которое больше толщины базового слоя (3) и поверхностных элементов (5). Причем регулярный узор (6) по меньшей мере в двух направлениях, которые проходят параллельно плоскости решетки, имеет периодичность (p1, p2) от 100 нм до 800 нм, предпочтительным образом от 200 нм до 500 нм. Технический результат заключается в создании защитного элемента с двумерно-периодической светофильтрующей решеткой, которая, с одной стороны, имеет хорошие светофильтрующие свойства, а с другой стороны, упрощение способа тиражирования. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 15 ил., 1 табл.

Изобретение относится к нанотехнологиям и может быть использовано для оценки количества гидроксильных групп на внутренней поверхности стеклянных фотонно-кристаллических волноводов с полой сердцевиной (ФКВ с ПС), в том числе с селективно запаянными внешними оболочками, используемых для изготовления конструктивных элементов сенсоров, при химической модификации их внутренней поверхности. Способ оценки количества поверхностных гидроксильных групп на внутренней поверхности стеклянных ФКВ с ПС основан на измерении положения локальных максимумов спектра пропускания образца ФКВ с ПС, последующей химической модификации внутренней поверхности образца до полного насыщения внутренней поверхности поверхностными гидроксильными группами. Затем осуществляют измерение новых положений локальных максимумов спектра пропускания модифицированного образца и построение линейной зависимости положения локального максимума от количества поверхностных гидроксильных групп для локального максимума, изменившего свое положение на большую абсолютную величину, чем другие, присутствующие в спектре пропускания образца. Затем оценивают количество поверхностных гидроксильных групп для аналогичного образца по построенной линейной зависимости при измерении спектра пропускания. Техническим результатом являются уменьшение времени подготовки образцов ФКВ с ПС, простота и повышение чувствительности процесса и использование стандартного оборудования для измерения спектров пропускания ФКВ с ПС. 3 ил.

Изобретение относится к технике генерации импульсов терагерцовой частоты. Генератор плазмонных импульсов терагерцовой частоты включает спазер в режиме пассивной модуляции добротности на основе активной среды, помещенной в резонансную структуру, образованную в тонкой пленке металла, размещенной на подложке, средства накачки активной среды, средства вывода генерируемых плазмонных импульсов. Резонансная структура представляет собой канал со скругленным дном, в котором размещена активная среда в виде квантовых точек. Средство накачки активной среды выполнено в виде источника ультрафиолетового излучения. При этом одна часть квантовых точек открыта к излучению указанного источника, а другая часть экранирована. Технический результат заключается в обеспечении возможности генерации оптических плазмонных импульсов с терагерцовой частотой с последующей возможностью интеграции в перспективные плазмонные схемы. 9 з.п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к материалам для поляризационных оптических устройств, которые могут быть использованы для получения линейно-поляризованного света в оптико-электронных приборах: поляриметрах, эллипсометрах, дихрометрах, фотоэлектрических автоколлиматорах, модуляторах световых потоков, устройств индикации, отображения и хранения информации, элементов памяти. Кристалл LiBa12(BO3)7F4, характеризуемый наличием эффекта избирательного поглощения - эффектом дихроизма в видимой области спектра, выращен из раствор-расплава исходных компонентов, взятых в соотношении 0,30 ВаСО3 : 0,30 BaF2 : 0,30 Н3ВО3 : 0,10 Li2CO3 на затравку методом снижения температуры раствор-расплава от 910°С до 888°С при скорости снижения температуры 1,2-1,5°С/сут и одностороннем вращении кристалла со скоростью 1,0-2,0 об/мин. Технический результат заключается в получении эффективной среды для линейной дихроичной поляризации, оптическое качество которого обеспечивает изготовление пластин, обеспечивающих получение поляризованного света в видимой области спектра. 4 ил., 1 пр.

Изобретение относится к технологии получения декоративных покрытий при окраске металлических изделий в различные цвета и создания высокотехнологичных оптоэлектронных устройств с применением элементов, способных отражать или пропускать свет с определенной настраиваемой длиной волны. Способ получения декоративного покрытия с изменяющимся цветом при изменении угла наблюдения заключается в формировании одномерного фотонного кристалла с фотонной запрещенной зоной в видимом диапазоне с помощью анодирования поверхности вентильного металла или сплава на его основе с содержанием вентильного металла не менее 50% при циклически изменяющихся параметрах: тока и напряжения, причем каждый цикл состоит из двух стадий: на первой стадии анодирование проводят при стабилизации тока в интервале от 0,1 до 50 мА/см2 в течение времени, обеспечивающего протекание заряда от 0,05 до 5 Кл/см2; на второй стадии анодирование проводят при стабилизации напряжения, повышая его от значения напряжения в конце первой стадии до значения, лежащего в диапазоне от 10 до 200 В, с уменьшающейся скоростью подъема напряжения от 5 В/с до 0 В/с, и выдерживают при этом значении в течение времени, обеспечивающего протекание заряда от 0,05 до 5 Кл/см2, обеспечивая соотношение максимального напряжения на второй стадии к минимальному напряжению на первой стадии более 1,4, при этом металлическая поверхность в процессе получения декоративного покрытия служит в качестве анода, а в качестве катода используют инертный материал, при этом заряд анодирования на первой и второй стадиях сокращают на 0,01-10% на каждом последующем цикле анодирования, количество которых лежит в интервале от 20 до 300. Изобретение позволяет получать цветные декоративные покрытия высокого качества простым и воспроизводимым способом, характеризующимся безопасностью и экологичностью за счет исключения из технологии ядовитых веществ. 8 з.п. ф-лы, 10 ил., 2 табл., 5 пр.

Изобретение относится к области оптического приборостроения и касается способа управления спектром пучка широкополосного терагерцевого излучения. Способ включает в себя размещение на пути пучка излучения селективно поглощающего фильтра в виде поверхности проводящей пластины, придание излучению p-поляризации, преобразование поляризованного излучения в пучок направляемых поверхностью поверхностных плазмон-поляритонов, преобразование плазмон-поляритонов после пробега ими по пластине макроскопического расстояния в объемные электромагнитные волны. При этом пучок плазмон-поляритонов отражают примыкающим к поверхности пластины и отклоненным в плоскости ее поверхности от нормали к треку пучка плоским зеркалом. Регулирование верхней границы спектра изменением расстояния пробега плазмон-поляритонов, а регулирование нижней границы спектра осуществляют изменением угла наклона зеркала к поверхности пластины. Технический результат заключается в обеспечении возможности оперативного управления как верхней, так и нижней границами спектра терагерцевого излучения. 3 ил.
Наверх