Вещество для активного светоуправляемого оптического затвора ультрафиолетового диапазона спектра



Вещество для активного светоуправляемого оптического затвора ультрафиолетового диапазона спектра
Вещество для активного светоуправляемого оптического затвора ультрафиолетового диапазона спектра
Вещество для активного светоуправляемого оптического затвора ультрафиолетового диапазона спектра
Вещество для активного светоуправляемого оптического затвора ультрафиолетового диапазона спектра
G02F1/3551 - 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 2654390:

федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет" (ФГАОУ ВО КФУ) (RU)

Изобретение относится к области нелинейной оптики, а именно к оптическим материалам, обладающим способностью к изменению пропускания ультрафиолетового излучения при воздействии на них управляющего излучения. Вещество для активных светоуправляемых оптических затворов на основе кристалла с примесью ионов неодима в качестве основы содержит либо фторид кальция с равномерно распределенной по объему примесью ионов неодима Nd3+ с концентрацией не более 1 ат. %, либо фторид стронция с равномерно распределенной по объему примесью ионов неодима Nd3+ с концентрацией не более 1 ат. %, либо двухкомпонентный твердый раствор фторида натрия и фторида иттрия с общей формулой Na0,4Y0,6F2,2 с равномерно распределенной по объему примесью ионов неодима Nd3+ с концентрацией не более 5 ат. %, либо двухкомпонентный твердый раствор фторида калия и фторида иттрия с общей формулой KY3F10 с равномерно распределенной по объему примесью ионов неодима Nd3+ с концентрацией не более 5 ат. %. Технический результат – укорочение рабочей длины волны излучения, которое запирается веществом затвора. 4 н.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области нелинейной оптики, а именно к оптическим материалам, обладающим способностью к изменению пропускания ультрафиолетового излучения при воздействии на них управляющего излучения, и может быть использовано в лазерной технике, в фотолитографии, передаче информации и в других областях человеческой деятельности, где требуется модуляция лазерного излучения.

Технология современной фотолитографии (ФЛ) развивается в сторону уменьшения размеров топологических элементов микросхем. В ее основе для засветки фоторезиста, нанесенного на заготовках, лежит использование светового излучения ламп, а в последнее время лазеров.

Дальнейшее развитие ФЛ исследователями видится в освоении технологии с использованием лазеров с еще более короткими длинами волн - 193 и 157 нм, т.к. указанный диапазон является более перспективным в силу того, что чем короче длина волны, тем более четким и резким возможно получить требуемое изображение топологических элементов.

В настоящее время лазеры с длиной волны 193 нм начали использоваться все более активно. В связи с этим, для многих технологических задач ФЛ возникла проблема в управлении их излучением, а именно требуется быстрое прерывание его пучка в нужные моменты времени, например для смены фотошаблонов, заготовок и т.п., что обеспечивает возможность повышения производительности процесса ФЛ.

Прерывание излучения простым выключением лазера непригодно, так как указанное выключение лазера ведет к изменению теплового режима работы лазера, после чего (выключения) требуется время для выхода лазера на рабочий режим, т.е. до достижения необходимого модового состава его излучения.

Поэтому проблема создания простых устройств, способных быстро переключать излучение лазера с длиной волны 193 нм, не вмешиваясь в его (лазера) работу непосредственно, в настоящее время является весьма актуальной.

Из исследованного заявителем уровня техники выявлены аналоги, которые направлены на управление излучением лазера без вмешательства в его работу.

Известен оптический затвор для управления оптическим излучением, основанный на эффекте Керра, описанный в статье [AN ULTRAFAST LIGHT GATE (Сверхбыстрый оптический затвор) M.A. Duguay and J.W. Hansen Citation: Applied Physics Letters 15, 192 (1969); doi: 10.1063/1.1652962] [1]. Сущностью известного технического решения является светоуправляемый оптический затвор, принцип действия которого заключается в наведении двулучепреломления в нелинейной среде, представленной различными органическими жидкостями, при воздействии сильного электрического поля, источником которого служит импульс управляющего лазера. Данный затвор функционирует на длинах волн, не поглощающихся его нелинейной средой, быстродействие его лежит в пикосекундной области времен.

Недостатками известного технического решения являются необходимость в кювете для нелинейной жидкости, при этом имеют место потери мощности управляемого излучения на поляризаторах. Также для известного светоуправляемого затвора требуется высокая пиковая мощность управляющего излучения, необходимая для возникновения нелинейного эффекта в веществе затвора, что можно отнести к главному его недостатку.

Из исследованного уровня техники заявителем выявлено изобретение по патенту US 5408480 A «Лазер с оптически управляемым модулятором добротности» [2]. Сущностью известного технического решения является лазер, управляемый лазерным затвором (модулятором добротности), содержащий лазерный резонатор с помещенной внутри ячейкой затвора, активной средой и подведенным источником накачки, подобранные таким образом, чтобы при достижении инверсной населенности осуществилась генерация на требуемой длине волны. Оптически управляемый затвор с известной полосой поглощения, внерезонаторный источник управляющего оптического излучения с длиной волны, существенно отличной от генерируемой резонатором, атомы или молекулы затвора, подобранные таким образом, чтобы для генерируемого излучения среда затвора являлась высоко поглощающей, таким образом осуществляется прекращение генерации за счет поглощения излучения внутри резонатора, при этом при воздействии управляющего внешнего излучения на затвор его атомы или молекулы переходят в основное состояние и затвор становится прозрачным для генерируемого излучения.

В описании изобретения по известному патенту приводится два примера реализации такого способа управления генерацией лазера с использованием для этого двух классов веществ, а именно органических красителей и паров металлов.

Принцип работы известного затвора по первому примеру заключается в изменении поглощательных свойств молекул красителя (вещества) при их внешнем облучении, а именно наведении полосы поглощения в диапазоне около одного микрона.

Конструктивно затвор с этим веществом представляет собой кювету с прозрачными окнами для управляемого и управляющего излучений, заполненную раствором смеси органических красителей в органическом растворителе, который и представляет собой это вещество. По мере работы затвора, под действием интенсивного управляемого излучения, молекулы красителя деградируют. При этом со временем в растворе образуются хлопья, поглощающие и рассеивающие оба излучения в рабочем спектральном диапазоне затвора.

Таким образом, конструкция затвора на основе раствора органических красителей усложняется наличием кюветы, окон, которые должны быть прозрачны в рабочем спектральном диапазоне вещества затвора и потребностью в растворителе для смеси красителей. Главным недостатком вещества известного затвора является его фотодеградация, в связи с чем возникает необходимость его частой замены, промывки кюветы и окон.

К недостаткам известного технического решения также можно отнести необходимость в дополнительных элементах для его работы - кювете и растворителе. Рабочий диапазон вещества изветного затвора ограничен микронной областью спектра.

Принцип работы известного затвора по второму примеру реализован на основе вещества - паров натрия. Кювета, содержащая пары натрия, конструктивно должна представлять собой герметичную термостойкую полость, имеющую прозрачные, для управляемого и управляющего излучений, окна, а также устройство, поддерживающее натрий в паровой фазе.

Конструкция такого затвора является недостатком в применении данного вещества, то есть недостатками так же, как и в предыдущем случае, является наличие кюветы с окнами, а также потребность в устройстве поддержания в кювете паров металла. Спектральный рабочий диапазон вещества этого затвора, как и в предыдущем случае, также ограничен микронной областью.

Кюветы для веществ затворов, представленных выше, имеют свои недостатки, связанные с усложнением конструкции затворов из-за необходимости их герметизации для поддержания рабочего вещества в необходимой фазе.

К недостаткам кювет также можно отнести частичные потери на отражении, управляемого и управляющего излучений на границах сред воздух-окно и окно-вещество на входе и выходе из затвора, а также потери в материале окон кюветы.

Таким образом, в известном изобретении решается задача включения генерации лазера в инфракрасной области спектра при подаче управляющего излучения на затвор, но не решается задача по управлению уже генерирующимся ультрафиолетовым излучением в силу того, что вещество затвора работает в микронной области спектра, в то время когда УФ излучение находится в другой области, т.е. в области с более короткими длинами волн - 193 и 157 нм.

Наиболее совпадающим с заявленным техническим решением по принципу работы, выбранным заявителем в качестве прототипа, является активный светоуправляемый лазерный затвор, изготовленный из вещества на основе кристалла иттрий алюминиевого граната Y3Al5O12, активированного ионами неодима Nd3+ [Dubinskiy, М.A. Light-driven Optical Switch, Based on Excited-state Absorption in Activated Dielectric Crystals (Светоуправляемый оптический затвор, основанный на поглощении из возбужденного состояния в активированных диэлектрических кристаллах) / M.A. Dubinskiy // Journal of Modern Optics. - V. 38. - N. 11. - 1991. - P. 2323-2326] [3].

Конструктивными особенностями прототипа являются кристаллический затвор на основе кристалла иттрий-алюминиевого граната, который, как известно, является не гигроскопичным, в силу чего не требует какой-либо герметизации, либо устройств для поддержания температуры кристалла.

Управление излучением в нем выполняется за счет изменения населенностей уровней иона активатора, что позволяет осуществить регулировку управляемого излучения за счет использования управляющего излучения невысокого уровня мощности.

При этом кристаллический затвор вырезают из монокристалла такого размера, чтобы обеспечить необходимую апертуру, причем отполированные стороны кристалла используются в качестве окон непосредственно либо с нанесенными на них просветляющими покрытиями на заданную рабочую спектральную область.

В целом сущностью прототипа является вещество затвора на основе кристалла иттрий-алюминиевого граната, активированного ионами неодима, в котором ионы неодима изменяют свои спектральные свойства при облучении его внешним излучением, за счет наведенного поглощения излучения из возбужденного состояния.

Более подробно принцип работы затвора по прототипу можно изложить следующим образом.

На Фиг. 1 представлена упрощенная диаграмма энергетических состояний ионов неодима. Исходно система находится в основном состоянии 4I9/2 (1), при этом, как видно из Фиг. 1, верхние уровни не заселены.

Существует метастабильное состояние 4F3/2 (3), такое, что при возбуждении системы в состояние (4) (Фиг. 1) управляющими квантами (I) произойдут безызлучательные переходы в метастабильное состояние (3), где происходит накопление электронов.

Энергетический зазор между состоянием (3) и состоянием (5) равен энергии запираемого кванта, и в случае заселения состояния (3) происходит поглощение запираемых квантов, энергия которых равна энергетическому зазору 3-5. Это приводит к переходу системы из состояния (3) в состояния смешанной конфигурации 4f25d (5). В случае отсутствия населенности состояния (3) запираемые кванты не поглощается системой, так как от состояния 1 нет состояний, отстоящих по уровню энергии, равной энергии запираемого кванта.

Со временем, населенность состояния (3) уменьшается, как из-за поглощения запираемых квантов, так и за счет спонтанных переходов с излучением на нижележащее состояние 4I11/2 (2). Таким образом, за счет указанных процессов обеспечивается отпирание затвора.

Кроме того, быстрое отпирание затвора возможно за счет уменьшения населенности состояния (3) его принудительным обеднением, путем подачи отпирающих квантов (II), равных по энергии энергетическому зазору между состоянием (3) и состоянием (2).

Основываясь на изложенном, другими словами можно сказать, что принцип действия затвора на основе вещества по прототипу основан на наведенном поглощении из возбужденного состояния ионов неодима.

Главным недостатком вещества по прототипу является полоса прозрачности кристалла граната, а именно поглощение кристаллической основой оптического излучения в ультрафиолетовой области спектра с длинами волн короче 220 нм.

Принимая указанное во внимание, представляется возможность сделать вывод о том, что изобретение по прототипу использовать для целей решения задач по заявленному техническому решению невозможно.

Целью и техническим результатом заявленного технического решения является укорочение рабочей длины волны излучения, которое запирается веществом затвора.

Сущностью заявленного технического решения является вещество для активных светоуправляемых оптических затворов на основе кристалла с примесью ионов неодима, характеризующееся тем, что в качестве основы оно содержит фторид кальция с равномерно распределенной по объему примесью ионов неодима Nd3+ с концентрацией не более 1 ат. %. Вещество для активных светоуправляемых оптических затворов на основе кристалла с примесью ионов неодима, характеризующееся тем, что в качестве основы оно содержит фторид стронция с равномерно распределенной по объему примесью ионов неодима Nd3+ с концентрацией не более 1 ат. %. Вещество для активных светоуправляемых оптических затворов на основе кристалла с примесью ионов неодима, характеризующееся тем, что в качестве основы оно содержит двухкомпонентный твердый раствор фторида натрия и фторида иттрия с общей формулой Na0,4Y0,6F2,2 с равномерно распределенной по объему примесью ионов неодима Nd3+ с концентрацией не более 5 ат. %. Вещество для активных светоуправляемых оптических затворов на основе кристалла с примесью ионов неодима, характеризующееся тем, что в качестве основы оно содержит двухкомпонентный твердый раствор фторида калия и фторида иттрия с общей формулой KY3F10 с равномерно распределенной по объему примесью ионов неодима Nd3+ с концентрацией не более 5 ат. %.

Заявленная цель и технический результат достигаются тем, что ионы неодима Nd3+ помещаются в матрицу на основе кристаллов фторидов с кубической структурой, прозрачных в ультрафиолетовой и вакуумно-ультрафиолетовой областях спектра.

При реализации затвора для длин волн 190-200 нм используют фторидные кристаллы, так как они имеют границу окна прозрачности в области вакуумного ультрафиолета, которая лежит в области 100-120 нм, в то время как у оксидных кристаллов эта граница лежит в ультрафиолетовой области - 220-350 нм.

Для синтеза веществ затвора по заявленному техническому решению используют ростовые печи, реализующие метод Бриджмена, имеющие внутри трубчатый нагреватель, шток с управляемой скоростью перемещения, на котором устанавливают тигель с исходными компонентами синтезируемого вещества таким образом, чтобы шток имел выбор такого исходного положения, при котором тигель находился внутри нагревателя. Температура нагревателя регулируется в пределах 100-1500°C и поддерживается с точностью 1°C.

Принимая во внимание довольно простые конструктивные решения, используемые для выращивания кристаллов методом Бриджмена, который хорошо описан в литературе и применяется для выращивания заявленных веществ, в приведенных материалах заявки заявителем не представлена общая конструктивная схема оборудования для получения заявленных веществ и не приведена отдельно конструктивная схема ростовой печи и ее конструктивные особенности.

Исходные компоненты в виде порошков фторидов перед синтезом хранят в вакуумном шкафу. Непосредственно перед выращиванием производят дополнительное фторирование каждой из компонент вещества путем их плавления и кристаллизации в атмосфере особо чистого аргона с добавлением газообразного тетрафторметана.

Полученные таким образом закристаллизованные компоненты вещества дробят, смешивают в необходимой пропорции и засыпают в графитовый тигель. После этого тигель помещают либо в вакуумируемый шкаф для хранения, либо в ростовую печь (ростовая печь Бриджмена), для непосредственно синтеза вещества.

Синтез веществ по каждому из четырех пунктов заявленного технического решения проводят по следующей общей методике:

- берут тигель со смесью компонентов, который устанавливается на шток ростовой печи Бриджмена и сдвигают внутрь нагревателя таким образом, чтобы тигель был размещен во внутренней части нагревателя;

- производят откачку печи до давления не выше 10-3 мбар при подогреве тигля с веществом до 100-200°C;

- в печь напускают особо чистый аргон до достижения атмосферного давления;

- добавляют тетрафторметан до достижения избыточного давления 0.2-0.3 бар;

- смесь в тигле нагревают до расплавления и выдерживают до полного перемешивания ее компонент в течение 1-2 часов;

- включают двигатель для перемещения штока печи вниз, и тигель с расплавом опускается из горячей зоны печи в холодную, со скоростью 1-10 мм/ч;

- после охлаждения из тигля вынимают готовый кристалл заявленного вещества.

Полученные кристаллы обладают прозрачностью в требуемом диапазоне, имеют оптическую однородность и в некоторых случаях несущественную разориентацию блоков, которая не имеет каких-либо негативных последствий для реализации поставленных целей.

Низкие напряжения в полученных описанным выше способом кристаллах позволяют произвести нарезку и абразивную обработку поверхностей кристаллов до высокого оптического качества без их растрескивания.

Концентрацию примеси ионов Nd3+ в веществах выбирали в диапазоне 0.1-5% из соображений максимального поглощения на переходе, соответствующем управляющей длине волны, но при этом выбранные концентрации ионов активатора (Nd3+) не ухудшают качество кристалла.

Для изготовления затвора на основе заявленного вещества полученный кристалл обрезают в форме куба, с размерами окон соответственно требуемой апертуре, например 5×5×5 мм. Три торца куба полируют таким образом, чтобы два противолежащих торца образовывали канал для прохода запираемого излучения и еще один торец, перпендикулярный предыдущим торцам, позволяет вводить в кристалл запирающее излучение.

Заявленное техническое решение иллюстрируется Фиг. 1-3.

На Фиг. 1 приведена упрощенная диаграмма энергетических уровней иона Nd3+,

где 1 - основное состояние 4I9/2,

2 - возбужденное состояние 4I11/2,

3 - метастабильное состояние 4F3/2,

4 - группа уровней конфигурации 4f3,

5 - состояния смешанной конфигурации 4f25d,

I - канал закрытия затвора,

II - канал принудительного открытия затвора.

На Фиг. 2 приведены спектры поглощения кристалла CaF2:Nd3+ в ультрафиолетовой области спектра:

6 - при накачке состояния 4F3/2 ионов Nd3+ управляющим излучением с длиной волны 800 нм;

7 - без накачки состояния 4F3/2 ионов Nd3+;

Δ - значение приращения поглощения кристалла на длине волны 193 нм.

На Фиг. 3 приведена Таблица с полученными параметрами веществ затворов.

Далее приведены примеры конкретного осуществления заявленного технического решения.

Пример 1. Получение заявленного вещества на основе фторида кальция.

Берут порошкообразный фторид кальция и смешивают его в агатовой ступке с трифторидом неодима в пропорциях, ат. %: CaF2 - 99, NdF3 - 1.

Полученную смесь в соответствии с приведенной выше общей методикой помещают в графитовый тигель и в инертной атмосфере нагревают до плавления всех компонент.

Далее тигель с расплавом опускают из горячей зоны со скоростью 2 мм/ч, в результате чего расплав кристаллизуется. Получают кристалл заявленного вещества на основе фторида кальция.

Далее изготавливают затвор, для чего от синтезированного кристалла отрезают куб с длиной ребра 5 мм, две противолежащие грани куба и грань, расположенную перпендикулярно им, полируют.

У изготовленных затворов при помощи спектрометра с ПЗС линейкой производят измерение приращения поглощения в ультрафиолетовой области спектра под действием управляющего света.

Источником сплошного спектра в области 180-300 нм служит лазерная искра в воздухе. В качестве управляющего источника используют лазерный диод мощностью 4 Вт с длиной волны 800 нм и с возможностью ее перестройки в пределах ±5 нм.

Результаты представлены на Фиг. 2, на которой приведены спектры поглощения кристалла CaF2:Nd3+ в ультрафиолетовой области спектра:

6 - при накачке состояния 4F3/2 ионов Nd3+;

7 - без накачки состояния 4F3/2 ионов Nd3+.

В результате анализа спектров поглощения кристалла CaF2:Nd3+, представленного на Фиг. 2, выявлено приращение в спектре поглощения в диапазоне 190-217 нм при накачке состояния 4F3/2 ионов Nd3+. Так, на длине волны 193 нм приращение поглощения Δ составляет 2,5 см-1. Полученные данные представлены также в Таблице на Фиг. 3.

Указанное выше доказывает возможность реализации светоуправляемого оптического затвора ультрафиолетового диапазона спектра на заявленном веществе на основе фторида кальция с ионами неодима.

Пример 2. Получение заявленного вещества на основе фторида стронция.

Берут порошкообразный фторид стронция и смешивают его в агатовой ступке с трифторидом неодима в пропорциях, ат. %: SrF2 - 99, NdF3 - 1.

Полученную смесь в соответствии с приведенной выше общей методикой помещают в графитовый тигель и в инертной атмосфере ростовой печи Бриджмена нагревают до плавления всех компонент.

Далее тигель с расплавом опускают из горячей зоны в холодную со скоростью 2 мм/ч, в результате чего расплав кристаллизуется. Получают кристалл заявленного вещества на основе фторида стронция.

Далее изготавливают затвор, для чего от синтезированного кристалла отрезают куб с длиной ребра 5 мм, две противолежащие грани куба и грань, расположенную перпендикулярно им, полируют.

У изготовленных затворов при помощи спектрометра с ПЗС линейкой производят измерение приращения поглощения в ультрафиолетовой области спектра под действием управляющего света. Источником сплошного спектра в области 180-300 нм служит лазерная искра в воздухе. В качестве управляющего источника используют лазерный диод мощностью 4 Вт с длиной волны 800 нм и с возможностью ее перестройки в пределах ±5 нм.

Спектры поглощения кристалла, полученного по Примеру 2, имеют вид, схожий с представленным на Фиг. 2 по Примеру 1.

Прирост в спектре поглощения по Примеру 2 наблюдают в диапазоне 190-217 нм. Так, на длине волны 193 нм прирост поглощения Δ составляет 1,3 см-1.

Указанное выше доказывает возможность реализации светоуправляемого оптического затвора ультрафиолетового диапазона спектра на заявленном веществе на основе фторида стронция с ионами неодима.

Пример 3. Получение заявленного вещества на основе фторида калия и фторида иттрия.

Берут порошкообразные фторид калия и фторид иттрия и смешивают их в агатовой ступке с трифторидом неодима в пропорциях, ат. %: KF - 25, YF3 - 70, NdF3 - 5.

Полученную смесь в соответствии с приведенной выше общей методикой помещают в графитовый тигель и в инертной атмосфере ростовой печи Бриджмена нагревают до плавления всех компонент.

Далее тигель с расплавом опускают из горячей зоны в холодную со скоростью 2 мм/ч, в результате чего расплав кристаллизуется. Получают кристалл заявленного вещества на основе фторида калия и фторида иттрия с ионами неодима.

Далее изготавливают затвор, для чего от синтезированного кристалла отрезают куб с длиной ребра 5 мм, две противолежащие грани куба и грань, расположенную перпендикулярно им, полируют.

У изготовленного таким образом затвора при помощи спектрометра с ПЗС линейкой производят измерение приращения поглощения в ультрафиолетовой области спектра под действием управляющего света. Источником сплошного спектра в области 180-300 нм служит лазерная искра в воздухе. В качестве управляющего источника используют лазерный диод мощностью 4 Вт с длиной волны 800 нм и с возможностью ее перестройки в пределах ±5 нм.

Спектры поглощения кристалла, полученного по Примеру 3, имеют вид, схожий с представленным на Фиг. 2 по Примеру 1.

Прирост в спектре поглощения по Примеру 3 наблюдают в диапазоне 190-230 нм. Так, на длине волны 193 нм прирост поглощения Δ составляет 0,6 см-1. Полученные данные представлены в Таблице на Фиг. 3.

Указанное выше доказывает возможность реализации светоуправляемого оптического затвора ультрафиолетового диапазона спектра на заявленном веществе на основе фторида калия и фторида иттрия с ионами неодима.

Пример 4. Получение заявленного вещества на основе фторида натрия и фторида иттрия.

Берут порошкообразные фторид натрия и фторид иттрия и смешивают их в агатовой ступке с трифторидом неодима в пропорциях, ат. %: NaF - 40, YF3 - 55, NdF3 - 5.

Полученную смесь в соответствии с приведенной выше общей методикой помещают в графитовый тигель и в инертной атмосфере ростовой печи Бриджмена нагревают до плавления всех компонент.

Далее тигель с расплавом опускают из горячей зоны в холодную со скоростью 2 мм/ч, в результате чего расплав кристаллизуется. Получают кристалл заявленного вещества на основе фторида натрия и фторида иттрия.

Далее изготавливают затвор, для чего от синтезированного кристалла отрезают куб с длиной ребра 5 мм, две противолежащие грани куба и грань, расположенную перпендикулярно им, полируют.

У изготовленных затворов при помощи спектрометра с ПЗС линейкой производят измерение приращения поглощения в ультрафиолетовой области спектра под действием управляющего света. Источником сплошного спектра в области 180-300 нм служит лазерная искра в воздухе. В качестве управляющего источника используют лазерный диод мощностью 4 Вт с длиной волны 800 нм и с возможностью ее перестройки в пределах ±5 нм.

Спектры поглощения кристалла, полученного по Примеру 4, имеют вид, схожий с представленным на Фиг. 2 по Примеру 1.

Прирост в спектре поглощения по Примеру 4 наблюдают в диапазоне 190-230 нм. Так, на длине волны 193 нм прирост поглощения Δ составляет 2,0 см-1. Полученные данные представлены в Таблице на Фиг. 3.

Указанное выше доказывает возможность реализации светоуправляемого оптического затвора ультрафиолетового диапазона спектра на заявленном веществе на основе фторида натрия и фторида иттрия с ионами неодима.

Описанные выше опытные образцы затворов на основе заявленных веществ были изготовлены и апробированы в Лаборатории роста кристаллов Казанского (Приволжского) федерального университета.

Из Примеров 1-4 конкретного практического осуществления заявленного технического решения возможно сделать общий вывод, что заявленные вещества позволяют производить модуляцию управляемого лазерного излучения за счет поглощения из возбужденного состояния иона Nd3+ путем воздействия управляющего оптического излучения.

На Фиг. 3 представлена Таблица с полученными диапазонами длин волн управляемого излучения для заявленных веществ (варианты) и полученными приращениями поглощения на длине волны 193 нм.

Таблица состоит из пяти столбцов.

- В первом столбце представлены номера примеров из настоящего описания.

- Во втором столбце представлены химические формулы заявляемых веществ.

- В третьем столбце представлена концентрация иона Nd3+, составляющая 1 ат. % для веществ по Примерам 1, 2 и 5 ат. % для веществ по Примерам 3, 4.

- В четвертом столбце представлен диапазон запираемых длин волн, нм, равный 190-217 для веществ по Примерам 1, 2 и 190-230 для веществ по Примерам 3, 4.

- В пятом столбце представлен прирост поглощения на длине волны 193 нм, см-1, равный от 0,6 до 2,5 нм для различных вариантов заявленных веществ.

Анализ Таблицы 3 позволяет сделать следующие выводы:

- выращенное кристаллическое вещество CaF2:Nd3+ при концентрации ионов Nd3+ 1% обеспечивает приращение поглощения (запирание излучения) в диапазоне длин волн в 190-217 нм с приростом на длине волны 193 нм, равным 2,5 см-1;

- выращенное кристаллическое вещество SrF2:Nd3+ при концентрации ионов Nd3+ 1% обеспечивает приращение поглощения (запирание излучения) в диапазоне длин волн в 190-217 нм с приростом на длине волны 193 нм, равным 1,3 см-1;

- выращенное кристаллическое вещество Na0,4Y0,6F2,2:Nd3+ при концентрации ионов Nd3+ 5% обеспечивает приращение поглощения (запирание излучения) в диапазоне длин волн в 190-230 нм с приростом на длине волны 193 нм, равным 0,6 см-1;

- выращенное кристаллическое вещество KY3F10:Nd3+ при концентрации ионов Nd3+ 5% обеспечивает приращение поглощения (запирание излучения) в диапазоне длин волн в 190-230 нм с приростом на длине волны 193 нм, равным 2 см-1.

Таким образом, прирост поглощения на длине волны 193 нм для заявленных веществ составляет от 0,6 до 2,5 см-1. Это доказывает возможность реализации заявленного вещества в активном светоуправляемом оптическом затворе ультрафиолетового диапазона спектра.

Основываясь на полученных экспериментальных результатах, возможно сделать вывод о том, что выбранные кристаллические фторидные матрицы веществ не вносят значительных оптических потерь в спектральном диапазоне работы затвора 190-230 нм.

Из выращенных кристаллических веществ имеется возможность вырезать затвор необходимой апертуры и, при необходимости, нанести на его торцы просветляющие покрытия.

Таким образом, можно сделать вывод, что заявителем достигнут заявленный технический результат, а именно получены заявленные вещества для активного светоуправляемого оптического затвора ультрафиолетового диапазона спектра, с существенно укороченным диапазоном по сравнению с прототипом, от 190 до 230 нм длин волн управляемого излучения. Указанное обеспечивает возможность реализации поставленных целей, а именно обеспечено укорочение рабочего диапазона длин волн излучения, которое запирается веществом затвора.

Заявленные вещества могут быть использованы в качестве активных светоуправляемых оптических затворов ультрафиолетового диапазона спектра, для управления мощностью либо энергией лазерного излучения в целях его модуляции.

Заявленное техническое решение может быть использовано в лазерной технике, в фотолитографии, передаче информации и в других областях человеческой деятельности, где требуется модуляция лазерного излучения в диапазоне 190-230 нм.

Заявленное техническое решение соответствует критерию «новизна», предъявляемому к изобретениям, т.к. из исследованного уровня техники заявителем не выявлено технических решений, имеющих заявленную совокупность признаков.

Заявленное техническое решение соответствует критерию «изобретательский уровень», предъявляемому к изобретениям, так как не является очевидным для специалиста в анализируемой области техники.

Заявленное техническое решение соответствует критерию «промышленная применимость», предъявляемому к изобретениям, т.к. может быть реализовано посредством использования известных компонентов с применением стандартного оборудования и известных приемов.

Использованные источники

1. Duguay М.A. and Hansen J.W. An ultrafast light gate // Applied Physics Letters. 1969. 15 (192).

2. Hemmati H. Патент US 5408480A "Laser with optically driven Q-switch", заявка от 15 июля 1993.

3. Dubinskiy M.A. Light-driven Optical Switch, Based on Excited-state Absorption in Activated Dielectric Crystals // Journal of Modern Optics. 1991. 38 (11).

1. Вещество для активных светоуправляемых оптических затворов на основе кристалла с примесью ионов неодима, отличающееся тем, что в качестве основы оно содержит фторид кальция с равномерно распределенной по объему примесью ионов неодима Nd3+ с концентрацией не более 1 ат. %.

2. Вещество для активных светоуправляемых оптических затворов на основе кристалла с примесью ионов неодима, отличающееся тем, что в качестве основы оно содержит фторид стронция с равномерно распределенной по объему примесью ионов неодима Nd3+ с концентрацией не более 1 ат. %.

3. Вещество для активных светоуправляемых оптических затворов на основе кристалла с примесью ионов неодима, отличающееся тем, что в качестве основы оно содержит двухкомпонентный твердый раствор фторида натрия и фторида иттрия с общей формулой Na0,4Y0,6F2,2 с равномерно распределенной по объему примесью ионов неодима Nd3+ с концентрацией не более 5 ат. %.

4. Вещество для активных светоуправляемых оптических затворов на основе кристалла с примесью ионов неодима, отличающееся тем, что в качестве основы оно содержит двухкомпонентный твердый раствор фторида калия и фторида иттрия с общей формулой KY3F10 с равномерно распределенной по объему примесью ионов неодима Nd3+ с концентрацией не более 5 ат. %.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области преобразования солнечной энергии в электрическую в тонкопленочных полупроводниковых солнечных элементах. Способ контроля структурного качества тонких пленок для светопоглощающих слоев солнечных элементов заключается в том, что регистрируют излучение пленок при импульсном лазерном возбуждении, при этом уровень возбуждения устанавливают в диапазоне 10-200 кВт/см2 для возникновения стимулированного излучения с полушириной спектра Δλ~10 нм, и сравнивают интенсивности и полуширины спектров стимулированного излучения для определения относительного структурного качества пленок.

Изобретение относится к лазерной технике. Однопроходный гамма-лазер содержит материал активной среды в виде твердого вещества цилиндрической формы, с одной стороны которого установлена заглушка, и соленоид для создания сильного однородного продольного магнитного поля.

Изобретение относится к области создания источников когерентного гамма-излучения и может быть использовано в различных физических приложениях. Способ создания инверсной заселенности ядерных уровней в материале активной среды и инициирования однопроходного когерентного гамма-излучения включает в себя перевод некоторой доли ядер в возбужденное метастабильное состояние и заключается в том, что в качестве материала активной среды используется радионуклид, причем переход ядер из возбужденного метастабильного состояния осуществляется через гамма-излучение, в качестве материала активной среды используют радионуклид, в котором осуществляется бета-распад ядер вида X(A,Z)→Y(A,Z-1) с сохранением четности начального и промежуточного возбужденного состояний, радионуклид помещают в сильное продольное однородное магнитное поле такое, что уровни энергии материнских и дочерних ядер радионуклида приобретают в этом магнитном поле сверхтонкую энергетическую структуру с квантовыми характеристиками подуровней, обусловливающими избирательное ускорение процесса бета-распада для части материнских ядер и поддержание устойчивости промежуточных возбужденных состояний дочерних ядер, на время, не превышающее время жизни метастабильного состояния рабочего промежуточного уровня энергии дочерних ядер, но достаточное для создания необходимой инверсии заселенности этого уровня, инжектируют радиоимпульсы поперечного магнитного возбуждения в материал активной среды в следующей последовательности: подают π/2-радиоимпульс малой амплитуды, после окончания действия π/2-радиоимпульса следует четвертьпериод фазовой релаксации, по истечении четвертьпериода фазовой релаксации подают π-радиоимпульс малой амплитуды, после окончания действия π-радиоимпульса следует полупериод фазовой релаксации, по истечении полупериода фазовой релаксации подают короткий радиоимпульс большой амплитуды.

Способ возбуждения и регистрации оптических фононов включает в себя нанесение на острие иглы кантилевера АСМ слой активного материала. В нём производят возбуждение активирующим импульсом фемтосекундного лазера оптических фононов.

Использование: для получения когерентного излучения. Сущность изобретения заключается в том, что способ получения когерентного излучения, основанный на явлении вынужденных квантовых переходов, включает внешнее воздействие на активную квантовую систему с инверсной населенностью состояний резонансным излучением и в качестве активной среды применяют специально выбранные двух- или трехатомные молекулярные соединения, обладающие следующим отличительным свойством: атомное ядро, которое может быть образовано при полном слиянии ядер всех атомов, входящих в состав рассматриваемых молекул, должно иметь возбужденное резонансное состояние при энергии, близкой к полной энергии молекулярной системы; другими словами, энергия ядерного резонанса должна быть близка к порогу развала ядра на фрагменты, представляющие собой ядра атомов, образующих данную молекулу.

Изобретение относится к лазерной технике и может быть использовано в бортовых приемно-передающих терминалах лазерных систем передачи информации космических и летательных аппаратов.

Изобретение относится к ядерной и экспериментальной физике и может быть использовано в физике и технике прямого зажигания мишеней инерциального термоядерного синтеза.

Изобретение относится к лазерной технике и может быть использовано для получения направленного импульсного пучка когерентного гамма излучения. .

Изобретение относится к жидкокристаллическим дисплейным устройствам. Жидкокристаллическое дисплейное устройство содержит модуль управления, который регулирует яркость устройства подсветки с использованием ШИМ-затемнения.

Изобретение относится к технологии жидкокристаллических дисплеев. Жидкокристаллический дисплей, содержащий: компонент рамки; жидкокристаллическую панель, прикрепленную к одной стороне компонента рамки; печатную плату, прикрепленную к другой стороне компонента рамки; и чип на ленточном носителе, соединяющий жидкокристаллическую панель и печатную плату друг с другом, причем чип на ленточном носителе имеет удлиненную дорожку, которая является регулируемой.

Изобретение относится к области технологий создания жидкокристаллических дисплеев. Жидкокристаллическая панель включает модуль управления затвором, устройство отображения и несколько монтажных блоков.

Изобретение относится к области физики фемтосекундных лазеров, акустооптики и спектроскопии. Устройство для измерения переходных характеристик оптических лазерных усилителей включает в себя лазерный задающий осциллятор, генерирующий ультракороткие импульсы, стретчер, обеспечивающий чирпирование во времени по линейному закону лазерного импульса от задающего осциллятора до необходимой длительности, акустооптическую дисперсионную линию, выполненную на основе кристалла и осуществляющую формирование оптического тестового сигнала посредством дифракции входных лазерных импульсов при произвольной амплитудной и фазовой модуляции их оптических спектров за время нестационарного акустооптического взаимодействия, устройство регистрации переходных характеристик усилителей после усиления ими оптического тестового сигнала, содержащее пикосекундную стрик-камеру и цифровую камеру; систему синхронизации; программно-аппаратный управляющий комплекс: ВЧ-генератор сигналов произвольной формы и усилитель, которые адаптивно формируют в акустооптическом кристалле ультразвуковую фазовую дифракционную решетку с переменными периодом и глубиной модуляции, чтобы обеспечить необходимый временной профиль дифрагировавшего лазерного импульса (оптического тестового сигнала) для последующего измерения переходных характеристик оптических усилителей устройством регистрации.

Изобретение относится к источникам терагерцового (ТГц) излучения, а именно к конвертерам ТГц вибраций в ТГц электромагнитное излучение на основе золотых нанообъектов.

Изобретение относится к дисплейному устройству, содержащему дисплейную панель и подсветку, и к способу визуального отображения. Техническим результатом является повышение качества визуального воспроизведения подвижного изображения.

Изобретение относится к экранному узлу мобильного устройства и мобильному устройству. Технический результат заключается в повышении точности обнаружения состояния окружающего света, сохранении прочности экранного узла мобильного устройства, обеспечении более точного соответствия состояния собранного окружающего света фактическому состоянию для более точной регулировки яркости экрана.

Изобретение относится к технологии изготовления жидкокристаллических дисплеев с обеспечением схемы возбуждения светодиодной подсветки со схемой защиты от превышения потребляемого тока.

Изобретение относится к устройствам отображения. Подложка цветового фильтра включает множество областей субпикселов, упорядоченных в массив, и черные матрицы для отделения областей субпикселов друг от друга.

Изобретение относится к области оптики и оптоэлектроники. Его применение в устройствах и системах управления световыми пучками видимого и ИК-диапазона, в том числе в пространственных модуляторах света, в голографии, визуализации и отображении информации, в устройствах хранения, преобразования и обработки изображений позволяет расширить функциональные возможности за счет достижения в оптическом модуляторе бистабильного режима модуляции рассеяния света с увеличенным до 5 кГц интервалом частот модуляции, с эффективностью рассеяния света не менее 200:1 и запоминанием любого из двух оптических состояний в течение не менее десятка секунд при возможности его выключения за время менее 50 мкс.

Изобретение относится к области получения сегнетоэлектрических монокристаллов фторидов, применяемых в нелинейной оптике. Получен монокристаллический материал фторида SrMgF4, обладающий способностью к преобразованию лазерного излучения в ВУФ/УФ области спектра от длины волны 0,122 мкм до 11,8 мкм с коэффициентом нелинейности для моноклинной фазы dij=0.044 пм/В и характеризующийся наличием сегнетоэластического фазового перехода при 480 K.

Изобретение относится к области нелинейной оптики, а именно к оптическим материалам, обладающим способностью к изменению пропускания ультрафиолетового излучения при воздействии на них управляющего излучения. Вещество для активных светоуправляемых оптических затворов на основе кристалла с примесью ионов неодима в качестве основы содержит либо фторид кальция с равномерно распределенной по объему примесью ионов неодима Nd3+ с концентрацией не более 1 ат. , либо фторид стронция с равномерно распределенной по объему примесью ионов неодима Nd3+ с концентрацией не более 1 ат. , либо двухкомпонентный твердый раствор фторида натрия и фторида иттрия с общей формулой Na0,4Y0,6F2,2 с равномерно распределенной по объему примесью ионов неодима Nd3+ с концентрацией не более 5 ат. , либо двухкомпонентный твердый раствор фторида калия и фторида иттрия с общей формулой KY3F10 с равномерно распределенной по объему примесью ионов неодима Nd3+ с концентрацией не более 5 ат. . Технический результат – укорочение рабочей длины волны излучения, которое запирается веществом затвора. 4 н.п. ф-лы, 3 ил.

Наверх