Оптическое бистабильное устройство

(5)5 0 02 Г 3 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) ТЕН уетрою к ети применен ИСАНИЕ ИЗОБ ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1(71) Саратовский филиал Института радиотехники и электроники АН СССР(56) МПег О.А. Орсса ЬмаЬтуапс да)п гезцт)пд 1 гоп аЬзогр 1 оп псгеаз)пд вКЬ ехссабоп. - .).Орс,Яос, Ап 1 ег,1984, ч.1, М 6, . р.857-864.Емельянов В,И., Зохди 3. Бистабильность и гистерезис статической поляризации, возникающей при освещении кристалло-лазерным излучением. - Квантовая электроника, 1980, т,7, М 7, с,1510 - 1515,Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для создания элементнойбазы оптических вычислительных машин таких, как элементы памяти и переключающие устройства,Известны беэрезонаторные оптические бистабильные устройства, в которых оптическая бистабильность (ОБ) возникает в результате увеличения поглощейия полупроводниковых материалов при возрастании входной интенсивности, В таких устройствах поглощение зависит от температуры, плотности носителей, которые зависят от уровня оптического возбуждения, Переключение из одного состояния в другое осуществляется изменением интенсивности возбуждающего излучения.К недостаткам таких устройств след отнести тепловую нелинейность полуп водниковых элементов, приводящу сложности фиксации температуры, соотв 5 Ы 1784938 А 1(54) ОПТИЧЕСКОЕ БИСТАБИЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО(57) Использование, в качестве оптического логйческого элемента. Сущность изобретения: на пересечении двух оптических осей расположен нанесенный на оптически прозрачную подложку упорядоченйый ассоциат многоатомных молекул, характеризующийся оптически управляемьгм сдвигом полосы поглощения и эффектом люминесценции. На первой оптической оси расположены источник излучения накачки и первый фото- приемник, на второй оптической оси - источник полихроматического излучения либо излучения на частоте люминесценции и второй фотоприемник, 2 ил. ствующей рабочей точке переключающего элемента,Наиболее близким к изобретению является оптическое бистабильное устройство, основанное на принципе создания бистабильности статической поляризации в сис теме нецентросимметрических Ю двухуровневых атомов, ориентированных в Дь. одном направлении. Устройство включает ьО источник излучения накачки (лазер), безре- , (,) эонаторный оптический элемент и фотопри-:; (р емник. Оптический элемент представляет собой молекулярный кристалл, напримерМЬОз)ТаОз с примесными ионами Сгили Кб . Переключения,т.е. переход из одного устойчивого состояния в другое, производят путем изменения интенсивности лазерного излучения, возбуждающего оптический элемент.Недостатком прототипа является сужение функциональных возможностей устройства эа счет узкой област ияиспользуемых материалов, т.к. в качестве ность испускания молекулами кванта люми- примесей в кристаллах оптического элемен- несценции) для того, чтобы система перета используются ионы, атомы которых ап- шла в стационарное состояние.роксимируются . двухуровневыми Частота источника 1 излучения накачки энергетическими системами, В частности, 5 должна быть такой; чтобы центр полосы иэпрототип не позволяет осуществить управ- лучения находился бы на крыле полосы по- ление одним световым лучом другого;глощения молекулярного ассоциата,Цель изобретейия"-"расширение функ- входящего в состав оптического элемента; циональных возможностей за счет реализа- сдвиг максимума полосы поглощения молеции оптического "- "управления 10 кулярногоассоциата приувеличенииинтенпереключением моно- и полихроматическо- сивности накачки, обусловленный го излучения при уменьшении габаритов диполь-дипольным взаимодействием меж-.Указанная цель достигается тем, что в ду молекулами ассоциата, происходил по устройстве, содержащем последовательна полосе частот в сторону частоты излучения оптическй связанные источник излучения 15 накачки, в результате чего уменьшалась бы накачки, безрезонаторный оптический эле- (компенсировалась) расстройка резонанса.мент и фотоприемник, оптический элемент П р и м е р 1, Оптический элемент 2 "выполнен в виде упорядоченного ассоциата. может быть выполнен в виде подложки, промногоатомных молекул, нанесенйых на он-зрачной для оптйческого излучения, с нане- тически прозрачную подложку и характери сенным на ее поверхность молекулярным зующихся оптически управляемым сдвигом: :. димером - комплексом из двух одинаковых полосы поглощения и эффектом люминес-. многоатомныхлюминесцирующих молекул, .ценции, а в устройство введены. источникобразованный, например, из амфильных полихроматического излучения или источ- красителей под действием электройного луник излученйя на частоте люминесценции.25 ча или в растворе при соответствующем ассоциата многоатомных молекул и второй подборе концентрации молекул красителей, фотоприемник, которые расположены на При изготовлении димеров необходимо исодной оптической оси с оптическим элемен-. ключйть взаимноперпендикулярную.ориентом, но по разные стороны от последнего. тацию молекулярных диполей в дймере, т.к.На фиг.1 представлено устройство; на 30 при этом энергия диполь-дипольного взаи фиг,2 - энергетическая схема индивидуаль- модействия равна нулю и локальные поля,.ной молекулы упорядоченного ассоциатаприводящий к"сдвигам уровней ассоциата, многоатомных молекул; входящего в составотсутствуют. Вовсехостальныхслучаяхориоптического элемента.. ентации диполей реализация бистабильноУстройство содержит источник 1 излу го режима работй достигается подборомчениянакачки, безрезонаторный оптиче- такой частоты накачки, чтобы при возбуждеский элемент 2, источник 3 излучения на . нии ассоциата уменьшалась расстройка речастоте люминесценции ассоциата много- . зонанса с накачкой.атомных молекул(или источник полихрома- П р и м е р 2. Оптйческий элемент 2 .- тического излучения) и фотоприемники 4, 5. 40 может быть выполнен в виде подложки, проИсточник возбуждающего ойтического зрачной для Оптического излучения, с нане- .излучения накачки 1 представляет собой сенной на ее поверхность пленкой измощную (с мощностью 10 -10 Вт/см ) многоатомйых люминесцирующих-молекул,4 б 2лампу,сфокусированноеизлучение которой образованную по методике Ленгмюрапропущено через интерференционные 45 Блоджет, либо 3-агрегат; в котороммолекуфильтры, или лазер со сфокусированным из- лы упакованы по типу кирпичной кладки.лучением. Мощность излучения накачки установлена исходя: из условия Для пленок Ленгмюра-Блоджет из несоизмеримости скорости вынужденного пе- центросимметричных молекул сдвиг максирехода 1-4 и скорости электронной релак мума поглощения при варьировании сации, т.е,аазу (фиг.2).: . интенсивностинакачки; а, следовательно, иНеобходймо, чтобы ширина полосы ча- создание ОБ устройства. возможен лишьстот излучения накачки источника 1 была тогда, когда диполи выстроены в одном насоизмерима или меньше ширины полосы правлении,т.е, вслояхХиЕтипов,иневоз-.частот поглощения молекул ассоциата. вхо можно дляпленок Лен гмюра-Блоджет дящего в ойтический элемент,Если источ-У-типа, где происходиткомпенсация стати. ник оптического излучения накачки - ческогоЛоренцевскогополяиуширениепо- импульсный.то длительность его импульса лосы поглощения. мультислоев по должна превышать время электронной ре- сравнению с полосой поглощения индивилаксации молекул ассоциата (т.е. длитель- дуальных молекул.П р и м е р 3. В общем случае оптический полихроматического светового потока с по- элемент 2 может представлять собой под- лосами частот, попадающими в полосы по- ложку, прозрачную для оптического излуче- глощения и люминесценции возбуждаемогония, с нанесенным на ее поверхность молекулярного ассоциата, Использованиеансамблем димеров, отличающихся по сво полихроматических световых потоков, кажим оптическим параметрам, или многослой- дая спектральная компонента которых буные ленгмюровские пленки, в которых дет независимо переключаться оптическиммолекулы в разных слоях отличаются по сва- элементом, позволяет проводить паралим оптическим параметрам. В этом случае лельную обработку информации,световое излучение, провзаимодействовав Изобретение по сравнению с прототишее с одним димером или мономолекуляр- пом обладает более широкими функционым слоем, будет являться управляющим нальными возможностями. Так, для последующего, примыкающего к нему способность к люминесценций, а также шимолекулярного ассоциата, рокополосность спектров поглощения и исДля молекул ассоциата разница стати пускания многоатомных молекул позволяетческих дипольных моментов в возбужден- . осуществить управление одним световымном и основном энергетических состояниях лучом другого, а также переключать полине должна равняться дипольному моменту хроматические световые потоки, Кроме топерехода 1-4 (фиг.2), т.е. необходимо ис- го, устройство позволяет использовать для пользовать ассоциаты либо из сильно по создания молекулярных ассоциатов нетольглощающих центросимметричных молекул,ко нецентросимметричные, но и неполярлибо из слабопоглощающих нецентросиМ-: ные молекулы, что зйачительно расширяетметричных молекул. класс используемых молекул. Кроме того, Устройство работает следующим обра- устройство (оптический триггер) обладаетзом, :;:.25 меньшими размерами по сравнению с извеИзлучение от источнйка излучения,на- . стными, поскольку его габариты фактическикачки 1 пропускается через безрезонатор- определяются размерами молекулярныхный оптический элемент 2 и принимается пленок или димеров; которые значительнофотоприемником 5. Одновременно излуче-меньше по размерам любых объемных приние на частоте люминесценции ассоциата 30 месных или молекулярных кристаллов, Мимногоатомных молекул от источника 3 так- ниатюрность данного оптического триггераже пропускается через безрезонаторный позволяет создавать компактные оптичеоптический элемент 2,и принимается фото- " ские процессоры или устройства динамичеприемником 4. Переключение оптического ской памяти с плотной упаковкойэлемента из одного устойчивого (исходного) 35 элементов,состояния в другое конечное) осуществля- Ф о р м у л а и з о б р е т е н и яется увеличением интенсивности излученияОптическое бистабильное устройство,накачки, а обратный переход (возврат в ис- ."содержащее йоследовательно оптическиходное состояние) - уменьшением интен- .связанные источник излучения накачки,. с ивности излучения накачки. Таким 40 безрезонаторный оптический элемент и фообразом, можно переключать интейсивно- . топрйемйик, о т л и ч аю щ 8 6 с я тем, что,сти следующих излучений, проходящих че- с целью расширения функциональнйх возрез оптический элемент; излучения можностей путем реализаций оптическоголюминесценции молекулярного ассоциата" . управления переключейием моно- и полина оптическом элементе, когда световой по хроматического излучения при уменьшенииток на частоте люминесценции отсутствуе 1; габаритов, оптический элементвыполнен в. низкоинтенсивных моно- и полихроматиче- . виде упорядоченного ассоциата мйогоатомских потоков с частотами, попадающими в: ных молекул, нанесейных на оптически прополосу люминесценции молекулярного ас- . зрачную подложку и характеризующихсясоциата; излучения накачки и низкоинтен оптическч управляемым сдвигом полосы по-сивного полихроматического светового . глощения и эффектом люмйнесценции, а.впотока, частоты излучения которого попада- устройство введены источник полихроматиютв полосупоглощения возбуждаемогомо- ческого излучения или источник излучениялекулярного ассоциата, на частоте люминесценции ассоциата мно 55 гоатомных молекул и второй фотоприемник,При этом варьированием интенсивно- которые расположены на одной оптическойсти излучения накачки можно управлять ин- оси с оптическим элементом, но по разныетенсивностью (модулировать) моно- и стороны от последнего,1784938Составитель В;Гусев Редактор Техред М.Моргентал Корректор Е,Пап аказ 4363 ТиражПодписное ВНИИПИ Гцсударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5нно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101оизво