×
10.07.2015
216.013.5c76

ОПТИЧЕСКИЙ ПАССИВНЫЙ ЗАТВОР

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к оптической и оптоэлектронной технике, а именно к устройствам предохранения фоточувствительных элементов оптических и оптоэлектронных систем от разрушающего воздействия мощного излучения. Оптический пассивный затвор содержит локально плавящуюся или испаряющуюся излучением зеркальную металлическую пленку, располагаемую в фокальной области объектива и закрепляемую с помощью прозрачной подложки. Со стороны облучения затвор содержит также слой прозрачного жидкого или твердого золя с наночастицами с размерами меньше длины волны излучения. Зеркальная пленка расположена на подложке со стороны облучения или противоположной стороны. Технический результат - обеспечение пониженного порога срабатывания затвора. 4 ил.
Основные результаты: Оптический пассивный затвор, содержащий локально плавящуюся или испаряющуюся излучением зеркальную металлическую пленку, располагаемую в фокальной области объектива и закрепляемую с помощью прозрачной подложки, отличающийся тем, что со стороны облучения затвор содержит также слой прозрачного жидкого или твердого золя с наночастицами с размерами меньше длины волны излучения, причем зеркальная пленка расположена на подложке со стороны облучения или противоположной стороны.
Реферат Свернуть Развернуть

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

Аналогом изобретения является оптический ограничитель излучений (лимитер) в виде твердого или жидкого слоя прозрачной среды, содержащей наночастицы в виде фуллеренов, или углеродных наночастиц, или наночастиц металлов, устанавливаемый по ходу излучения, направленного к приемнику излучения, используемый для защиты чувствительных приемников излучений от повреждения мощным излучением [Каманина Н.В. Фотофизика фуллеренсодержащих сред: ограничители лазерного излучения, дифракционные элементы, диспергированные жидкокристаллические модуляторы света. // Нанотехника. №1, 2006]. Излучение проходит через золь или пленку, обладающую прозрачностью (50-70)%, к защищаемому приемнику; при увеличении интенсивности излучения его поглощение в среде нелинейно увеличивается, и к приемнику проходит ослабленное излучение. Недостатком такой защиты является малая кратность ограничения (порядка 10 раз) при однократном прохождении излучения через среду.

Другим аналогом изобретения является оптический ограничитель с многократным прохождением ограничиваемого излучения через содержащую наночастицы одну и ту же нелинейно-оптическую среду, что существенно увеличивает кратность ослабления излучения [High-efficiency multipass optical limiter / N.M. Barbosa Neto et al. // Optics Letters. - 2003. - V. 28, №3. - p.191-193]. В этом устройстве зеркала, обеспечивающие многократное прохождение излучения через нелинейно-оптическую среду, расположены вне этой среды.

Недостатком обоих аналогов является недостаточная лучевая прочность ограничителей, в результате при попадании на них мощного лазерного излучения (порядка 3 Дж/см2) они разрушаются.

Известно также другое устройство, которое мы считаем прототипом заявленного. Подвергаемую абляции лазерным излучением зеркальную металлическую пленку на пленочной полимерной подложке используют в качестве пассивного затвора для предохранения чувствительных элементов фотоприемников [Cohn et al., US Patent 4719342, January 12, 1988]. Металлическая пленка на прозрачной полимерной пленочной подложке помещается на пути светового пучка в фокальной плоскости объектива фотоприемного устройства; отражаемый от зеркальной пленки свет с помощью дополнительной оптики формирует изображение на поверхности чувствительного фотоприемника; при увеличении интенсивности падающего излучения в пленке прожигается отверстие, излучение после этого проходит в отверстие, не отражаясь от зеркальной пленки, и не попадает к фотоприемнику; фотоприемник оказывается не поврежденным излучением. В данном техническом решении импульс излучения производит необходимый для защиты приемников эффект, испаряя зеркальную пленку своим передним фронтом, энергия остальной части импульса выходит из затвора, не поглощаясь в его среде, что увеличивает лучевую прочность затвора.

Недостатком прототипа является значительная величина пороговой интенсивности излучения, при которой за счет абляции прожигается отверстие в зеркале - отражателе оптического затвора

Задачей, решаемой данным предложением, является уменьшение порога срабатывания затвора с прожигаемой зеркальной пленкой при защите приемников излучения от ослепляющего действия мощного лазерного излучения.

Задача решается тем, что в оптическом пассивном затворе, содержащем локально плавящуюся или испаряющуюся излучением зеркальную металлическую пленку, располагаемую в фокальной области объектива и закрепляемую с помощью прозрачной подложки, в соответствии с изобретением, со стороны облучения затвор содержит также слой прозрачного жидкого или твердого золя с наночастицами с размерами меньше длины волны излучения, причем зеркальная пленка расположена на подложке со стороны облучения или противоположной стороны.

На фиг.1 показана оптическая схема расположения объектива и элементов затвора в соответствии с п.1 изобретения. На фиг.2, 3 и 4 показаны варианты устройства оптического затвора по изобретению.

На фиг.1: 1 - объектив, 2 - зеркальная металлическая локально плавящаяся или испаряющаяся пленка, установленная в фокальной области объектива на фокальном расстоянии f от объектива, 3 - слой прозрачного золя, содержащего наночастицы с размерами меньше длины волны, 4 - входящее излучение, 5 - входной зрачок оптической системы, 6 - прошедшее затвор излучение, далее попадающее в приемник излучения, не показанный на чертеже. Подложка зеркальной пленки не показана на фигуре, она может быть или с одной, или с другой стороны зеркальной пленки.

Следует отметить, что наряду с термином «золь» для обозначения среды, содержащей в жидкой или твердой матрице малые, в том числе наноразмерные частицы, используется также термин «гель».

Фиг.2 - устройство затвора с твердым золем: а) состояние затвора до открытия, б) состояние после открытия. Здесь 2 - зеркальная пленка, 3 - слой содержащего наночастицы твердого золя, 4 и 8 - падающий и отраженный от зеркального слоя лазерные лучи, 7 - прозрачная подложка, 9 - приемник излучения, 10 - прошедший после срабатывания затвора лазерный луч, 11 - отверстие в зеркальном слое, проделанное лазерным импульсом.

Фиг.3 - устройство затвора с жидким золем: а) состояние затвора до открытия, б) состояние после открытия. Здесь 2 - зеркальная пленка, 4 и 8 - падающий и отраженный от зеркального слоя лазерные лучи, 7 - прозрачная подложка, 9 - приемник излучения, 10 - прошедший после срабатывания затвора лазерный луч, 11 - отверстие в зеркальном слое, проделанное лазерным импульсом, 12 - слой содержащего наночастицы жидкого золя, 13 - прозрачная стенка кюветы с жидким золем, 14 - корпус кюветы.

Фиг.4 - устройство затвора в варианте с размещением зеркального слоя со стороны подложки, противоположной облучаемой: а) с твердым золем, б) с жидким золем. Здесь: 2 - зеркальная пленка, 4 и 8 - падающий и отраженный от зеркального слоя лазерные лучи, 7 - прозрачная подложка, 9 - приемник излучения, 12 - слой содержащего наночастицы жидкого золя, 13 - прозрачная стенка кюветы с жидким золем, 14 - корпус кюветы, 15 - область в зеркальной пленке, где в результате воздействия лазерного импульса возникает отверстие в зеркальном слое.

Оптический затвор по изобретению работает следующим образом. Как показано на фиг.1, металлическая пленка 2 затвора расположена в области фокуса объектива 1; излучение 4 входит в оптическую систему через входной зрачок 5, объективом 1 фокусируется на пленку 2, проходит слой 3 золя с наночастицами, имеющими размеры меньше длины волны, и отражается от зеркальной металлической пленки, давая световой поток 6. При увеличении интенсивности излучения 4 выше некоторого порогового уровня фуллерены в слое золя переходят с основного уровня энергии на возбужденный с одновременным увеличением сечения поглощения излучения, что ослабляет световой поток с кратностью М; после отражения от зеркальной пленки 2 излучение вновь пересекает слой золя 3 и вновь ослабляется с кратностью М, так что общее ослабление излучения в слое золя имеет кратность М2; при этом не учитывается ослабление при отражении от зеркальной пленки, имеющей коэффициент отражения R.

На описываемом этапе устройство работает как двухпроходной ограничитель, в котором двукратное прохождение излучения через нелинейно-оптическую среду с фуллеренами или другими наночастицами происходит вследствие однократного отражения излучения от зеркала, погруженного в среду золя или с ним граничащего.

Дальнейшее увеличение интенсивности входящего в систему излучения 4 может привести к двум результатам:

- просветлению слоя золя 3; интенсивность приходящего к зеркальной пленке увеличивается, увеличивается интенсивность и попадающего с потоком 6 к фоточувствительному приемнику излучения, что может разрушить приемник;

- термическому плавлению или испарению локального участка зеркальной пленки 2 в области фокального пятна и образованию в пленке сквозного отверстия, через которое световой поток уходит из системы и не формирует выходящий поток 6; приемник излучения остается неповрежденным.

Вероятность просветления нелинейно-оптического золя зависит от интенсивности излучения в слое 3, что определяется его расстоянием от фокальной плоскости объектива 1. Задавая величину этого расстояния, можно добиваться того, чтобы при просветлении золя имело место лазерное прожигание отверстия в зеркальной пленке. При таком расстоянии увеличивается лучевая прочность затвора.

На Фиг.2, а), на прозрачной подложке 7 расположена зеркальная тонкая пленка металла 2, поверх которой расположен слой твердого прозрачного золя 3, содержащий наночастицы с размерами менее длины волны излучения. Падающий луч 4 проходит слой 3 и отражается от металлической пленки 2, давая луч 8, попадающий в приемник излучения 9.

При увеличении интенсивности излучения происходит возбуждение нелинейно-оптической среды, как показано выше, луч 8 ослабляется с кратностью М2, дальнейшее увеличение интенсивности просветляет среду золя, в пленке 2 прожигается отверстие 11, через которое из системы с лучом 10 (Фиг.2, б) уходит энергия падающего излучения.

На Фиг.3 схематически показано устройство затвора с использованием слоя 12 жидкого нелинейно-оптического золя с наночастицами. Слой 12 жидкого золя заключен в кювете с прозрачными окнами, роль которых играют прозрачная подложка 7 и прозрачная пластина 13, подложка и пластина скреплены по периметру корпусом 14. Происходящие в кювете процессы аналогичны процессам, объясненным выше для фиг.2: излучение здесь дополнительно должно проходить верхнюю прозрачную пластину 13; при увеличении интенсивности излучения в металлической пленке здесь также прожигается отверстие 11 и из системы с лучом 10 уходит падающее на систему через входной зрачок излучение.

На Фиг.4,а) зеркальный слой размещен на тыльной стороне прозрачной подложки 7, на облучаемой стороне расположен слой 3 твердого нелинейно-оптического золя. После прохождения слоя 3 излучение ослабляется, как показано выше, и проходит подложку 7, достигая зеркального слоя 2, от которого отражается. Так как излучение сфокусировано на зеркальном слое 2, то пучок света, направленный к слою 2, сходящийся, а отраженный - расходящийся, интенсивность и падающего, и отраженного пучков в области слоя 3 меньше, чем на поверхности металлической пленки 2. Изменяя толщину подложки 7, можно регулировать интенсивность светового пучка в зоне золя, то есть предопределять возникновение эффекта просветления золя при увеличении интенсивности падающего на систему лазерного излучения и предопределять условия прожигания отверстия 15 в зеркальной пленке.

Аналогичные пояснения пригодны для затвора на Фиг.4,б) со слоем 12 жидкого золя между поверхностями подложки 7 и прозрачной пластины 13, пластины скреплены корпусом 14.

Таким образом, поставленная задача решается: при сохранении высокой лучевой прочности затвора увеличивается его чувствительность к лучевым перегрузкам, уменьшается порог срабатывания затвора.

Для изготовления затвора могут быть применены обычные для оптического производства технологии. В качестве материалов могут быть выбраны: для слоя твердого золя полимеры, например полиимид, и образующие золь наночастицы металла, углерода, фуллерены и фуллереноподобные вещества; для жидкого золя - вода, толуол и указанные наночастицы. Прозрачные пластинки могут быть изготовлены из стекла, прозрачных в необходимом диапазоне кристаллов или полупроводников; пленки металлов могут быть выполнены из легкоиспаряющихся и легкоплавких металлов типа висмута, магния, щелочных металлов, характерная толщина металлической пленки 30-50 нм получается при вакуумном напылении пленок на подложки.

Таким образом, показано, что отличительные особенности изобретения позволяют решить поставленные задачи.

Оптический пассивный затвор может найти применение в оптоэлектронике в качестве оптического предохранителя, предохраняющего от возможных лучевых повреждений фотоприемные устройства.

Технический результат изобретения состоит в создании оптического затвора-ограничителя излучений с повышенной лучевой прочностью, имеющего пониженный порог срабатывания

Оптический пассивный затвор, содержащий локально плавящуюся или испаряющуюся излучением зеркальную металлическую пленку, располагаемую в фокальной области объектива и закрепляемую с помощью прозрачной подложки, отличающийся тем, что со стороны облучения затвор содержит также слой прозрачного жидкого или твердого золя с наночастицами с размерами меньше длины волны излучения, причем зеркальная пленка расположена на подложке со стороны облучения или противоположной стороны.
ОПТИЧЕСКИЙ ПАССИВНЫЙ ЗАТВОР
ОПТИЧЕСКИЙ ПАССИВНЫЙ ЗАТВОР
ОПТИЧЕСКИЙ ПАССИВНЫЙ ЗАТВОР
ОПТИЧЕСКИЙ ПАССИВНЫЙ ЗАТВОР
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 26 items.
20.01.2013
№216.012.1cd0

Способ атомно-слоевого выращивания тонких пленок химических соединений на подложках

Изобретение относится к области технологий микроэлектроники, а именно к способам получения тонких пленок на подложках. В реакционную зону подают поток инертного газа-носителя с первым летучим реагентом, формируют на подложке из газовой фазы мономолекулярный слой из молекул первого летучего...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002472870
Дата охранного документа: 20.01.2013
10.03.2013
№216.012.2e90

Многолучевой интерферометр

Изобретение относится к устройствам оптических спектральных приборов, в частности к устройствам интерферометров. Многолучевой интерферометр содержит два зеркальных полупрозрачных покрытия. При этом зона формирования интерференционной картины образована преломляющей призмой, имеющей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002477451
Дата охранного документа: 10.03.2013
20.06.2013
№216.012.4da2

Интерференционный монохроматор

Изобретение может найти применение в системах экспресс-анализа химических веществ и различных промышленных жидкостей и газов, при исследованиях содержания вредных веществ в окружающей среде. Интерференционный монохроматор содержит мультиплексный интерферометр с несовпадающими порядками...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002485456
Дата охранного документа: 20.06.2013
20.06.2013
№216.012.4e08

Способ получения равномерных нанозазоров между поверхностями тел

Способ может использоваться при изготовлении различных оптических, оптоэлектронных, квантовых и микромеханических устройств, в которых необходимо получать зазор равной и малой толщины между электродами или пластинами, имеющими поверхности большой площади, в частности, управляемых...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002485558
Дата охранного документа: 20.06.2013
27.08.2013
№216.012.655b

Интерференционный многолучевой светофильтр (варианты)

Изобретение может использоваться в качестве узкополосного светофильтра и в качестве диспергирующего устройства монохроматоров и спектрофотометров. Светофильтр содержит на плоской поверхности планарный оптический волновод и призмы ввода в волновод и вывода излучения, оптически изолированные от...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002491584
Дата охранного документа: 27.08.2013
10.11.2013
№216.012.7fbd

Оптический коммутатор оптических линий связи

Изобретение относится к оптике, к оптическим волноводным устройствам, в частности к микромеханическим оптическим коммутаторам оптических линий связи. Технический результат изобретения заключается в создании устройства матричного коммутатора оптических линий связи, имеющего размеры...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002498374
Дата охранного документа: 10.11.2013
20.11.2013
№216.012.834a

Способ корректировки формы поверхности оптических деталей

Изобретение может быть использовано для выравнивания поверхностей пластин интерферометров путем локального нанесения на поверхность тонких, компенсирующих неравномерности слоев. Способ включает локальное нанесение лазерным осаждением на поверхность слоя прозрачного или непрозрачного материала....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002499286
Дата охранного документа: 20.11.2013
10.03.2014
№216.012.aa58

Оптический пассивный затвор

Изобретение относится к оптической и оптоэлектронной технике, к устройствам предохранения фоточувствительных элементов оптических и оптоэлектронных систем от разрушающего воздействия мощного излучения. Затвор содержит испаряющуюся сфокусированным излучением металлическую пленку на прозрачной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002509323
Дата охранного документа: 10.03.2014
10.04.2014
№216.012.b1fb

Способ напыления в вакууме структур для приборов электронной техники, способ регулирования концентрации легирующих примесей при выращивании таких структур и резистивный источник паров напыляемого материала и легирующей примеси для реализации указанного способа регулирования, а также основанный на использовании этого источника паров способ напыления в вакууме кремний-германиевых структур

Изобретение относится к технологии полупроводниковых структур для приборов электронной техники. Изобретение обеспечивает возможность прецизионного варьирования в широких пределах концентрацией легирующей примеси в выращиваемой структуре путем изменения температуры и агрегатного состояния...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002511279
Дата охранного документа: 10.04.2014
10.05.2014
№216.012.c0e9

Интерференционный многолучевой светофильтр (варианты)

Светофильтр содержит плоскую прозрачную пластину с тонкопленочным прозрачным покрытием одной ее поверхности. В первом варианте светофильтр содержит также оптическую призму ввода излучения, закрепленную плоской гранью на тонкопленочном покрытии вблизи конца пластины. Показатели преломления...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002515134
Дата охранного документа: 10.05.2014
Showing 1-10 of 37 items.
20.01.2013
№216.012.1cd0

Способ атомно-слоевого выращивания тонких пленок химических соединений на подложках

Изобретение относится к области технологий микроэлектроники, а именно к способам получения тонких пленок на подложках. В реакционную зону подают поток инертного газа-носителя с первым летучим реагентом, формируют на подложке из газовой фазы мономолекулярный слой из молекул первого летучего...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002472870
Дата охранного документа: 20.01.2013
10.03.2013
№216.012.2e90

Многолучевой интерферометр

Изобретение относится к устройствам оптических спектральных приборов, в частности к устройствам интерферометров. Многолучевой интерферометр содержит два зеркальных полупрозрачных покрытия. При этом зона формирования интерференционной картины образована преломляющей призмой, имеющей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002477451
Дата охранного документа: 10.03.2013
20.06.2013
№216.012.4da2

Интерференционный монохроматор

Изобретение может найти применение в системах экспресс-анализа химических веществ и различных промышленных жидкостей и газов, при исследованиях содержания вредных веществ в окружающей среде. Интерференционный монохроматор содержит мультиплексный интерферометр с несовпадающими порядками...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002485456
Дата охранного документа: 20.06.2013
20.06.2013
№216.012.4e08

Способ получения равномерных нанозазоров между поверхностями тел

Способ может использоваться при изготовлении различных оптических, оптоэлектронных, квантовых и микромеханических устройств, в которых необходимо получать зазор равной и малой толщины между электродами или пластинами, имеющими поверхности большой площади, в частности, управляемых...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002485558
Дата охранного документа: 20.06.2013
27.08.2013
№216.012.655b

Интерференционный многолучевой светофильтр (варианты)

Изобретение может использоваться в качестве узкополосного светофильтра и в качестве диспергирующего устройства монохроматоров и спектрофотометров. Светофильтр содержит на плоской поверхности планарный оптический волновод и призмы ввода в волновод и вывода излучения, оптически изолированные от...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002491584
Дата охранного документа: 27.08.2013
10.11.2013
№216.012.7fbd

Оптический коммутатор оптических линий связи

Изобретение относится к оптике, к оптическим волноводным устройствам, в частности к микромеханическим оптическим коммутаторам оптических линий связи. Технический результат изобретения заключается в создании устройства матричного коммутатора оптических линий связи, имеющего размеры...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002498374
Дата охранного документа: 10.11.2013
20.11.2013
№216.012.834a

Способ корректировки формы поверхности оптических деталей

Изобретение может быть использовано для выравнивания поверхностей пластин интерферометров путем локального нанесения на поверхность тонких, компенсирующих неравномерности слоев. Способ включает локальное нанесение лазерным осаждением на поверхность слоя прозрачного или непрозрачного материала....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002499286
Дата охранного документа: 20.11.2013
10.03.2014
№216.012.aa58

Оптический пассивный затвор

Изобретение относится к оптической и оптоэлектронной технике, к устройствам предохранения фоточувствительных элементов оптических и оптоэлектронных систем от разрушающего воздействия мощного излучения. Затвор содержит испаряющуюся сфокусированным излучением металлическую пленку на прозрачной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002509323
Дата охранного документа: 10.03.2014
10.04.2014
№216.012.b1fb

Способ напыления в вакууме структур для приборов электронной техники, способ регулирования концентрации легирующих примесей при выращивании таких структур и резистивный источник паров напыляемого материала и легирующей примеси для реализации указанного способа регулирования, а также основанный на использовании этого источника паров способ напыления в вакууме кремний-германиевых структур

Изобретение относится к технологии полупроводниковых структур для приборов электронной техники. Изобретение обеспечивает возможность прецизионного варьирования в широких пределах концентрацией легирующей примеси в выращиваемой структуре путем изменения температуры и агрегатного состояния...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002511279
Дата охранного документа: 10.04.2014
10.05.2014
№216.012.c0e9

Интерференционный многолучевой светофильтр (варианты)

Светофильтр содержит плоскую прозрачную пластину с тонкопленочным прозрачным покрытием одной ее поверхности. В первом варианте светофильтр содержит также оптическую призму ввода излучения, закрепленную плоской гранью на тонкопленочном покрытии вблизи конца пластины. Показатели преломления...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002515134
Дата охранного документа: 10.05.2014
+ добавить свой РИД