ОПТИЧЕСКИЙ НАНОГЕНЕРАТОР Российский патент 2010 года по МПК G02F7/00 B82B1/00 

Изобретение относится к средствам вычислительной техники и может быть использовано в оптических устройствах обработки информации при разработке и создании оптических вычислительных машин и приемопередающих устройств.

Наиболее близким по техническому исполнению к предложенному устройству является оптический мультивибратор, содержащий источник постоянного оптического сигнала [патент №2024898, Россия, 1994. Оптический мультивибратор./ Соколов С.В.].

Недостатками данного устройства являются его сложность, а также невозможность реализации в наноразмерном исполнении.

Заявленное устройство направлено на решение задачи генерации оптических сигналов с быстродействием, потенциально возможным для оптических устройств, а также задачи наноразмерного исполнения устройства.

Поставленная задача возникает при разработке и создании оптических вычислительных наномашин или приемо-передающих наноустройств, обеспечивающих обработку информации в тера- и гигагерцовом диапазонах.

Заявленное устройство строится на основе оптических нановолокон, варианты технического исполнения которых описаны в [Оптика наноструктур. / Под редакцией А.В. Федорова: СПб. «Недра», 2005 г.; Krenn J.R., Dereux A., Weeber J.C., et al. Squeezing the optical near-field zone by plasmon coupling of metal nanoparticles. Physical Review Letters, 1999, 82, 12, 2590], и телескопических нанотрубок, под которыми понимается пара вложенных одна в другую нанотрубок [Multiwalled Carbon Nanotubes as Gigahertz Oscillators / Quanshui Zheng, Qing Jiang // Phys. Rev. Lett. 88, 045503, 28 January, 2002].

Сущность изобретения состоит в том, что устройство содержит источник постоянного оптического сигнала, группу оптических волноводов, входной оптический нановолоконный Y-разветвитель, четырехвыходной оптический нановолоконный Y-разветвитель, выходной оптический нановолоконный Y-разветвитель, две телескопические нанотрубки - внутренняя и внешняя, выход источника постоянного оптического сигнала подключен ко входу входного оптического нановолоконного Y-разветвителя, первый выход которого оптически связан со входом выходного оптического нановолоконного Y-разветвителя, а второй выход подключен ко входу четырехвыходного оптического нановолоконного Y-разветвителя, первый, второй и третий выходы которого являются поглощающими, при этом телескопические нанотрубки расположены между четвертым выходом четырехвыходного оптического нановолоконного Y-разветвителя и вторым выходом выходного оптического нановолоконного Y-разветвителя по оси распространения их выходных оптических сигналов, а первый выход выходного оптического нановолоконного Y-разветвителя является выходом устройства.

На фиг.1 представлена функциональная схема оптического наногенератора.

Устройство состоит из источника постоянного оптического сигнала 1, входного оптического нановолоконного Y-разветвителя 2₁, четырехвыходного оптического нановолоконного Y-разветвителя 2₂, выходного оптического нановолоконного Y-разветвителя 2₃, двух телескопических нанотрубок 3_i, _i=1,2, (3₁ - внутренняя нанотрубка, 3₂ внешняя нанотрубка).

Выходом устройства является первый выход выходного оптического нановолоконного Y-разветвителя 2₃.

Выход источника постоянного оптического сигнала 1 подключен ко входу входного оптического нановолоконного Y-разветвителя 2₁, первый выход которого оптически связан со входом выходного оптического нановолоконного Y-разветвителя 2₃, а второй выход подключен ко входу четырехвыходного оптического нановолоконного Y-разветвителя 2₂. Первый, второй и третий выходы четырехвыходного оптического нановолоконного Y-разветвителя 2₂ являются поглощающими.

Телескопические нанотрубки 3₁, 3₂ расположены между четвертым выходом четырехвыходного оптического нановолоконного Y-разветвителя 2₃ и вторым выходом выходного оптического нановолоконного Y-разветвителя 2₃ по оси распространения их выходных оптических сигналов. В крайнем левом положении внутренней нанотрубки 3₁ разрывается оптическая связь между первым выходом входного оптического нановолоконного Y-разветвителя 2₁ и входом выходного оптического нановолоконного Y-разветвителя 2₃.

Под воздействием разности давлений световых потоков (разность оптических мощностей 1-5 ватт создает разность давлений 5-15 нН), внутренняя нанотрубка 3₁ будет перемещаться в сторону оптического потока с меньшей интенсивностью (при этом необходимо иметь в виду, что минимально необходимое давление для перемещения нанотрубки составляет аттоньютоны [Multiwalled Carbon Nanotubes as Gigahertz Oscillators / Quanshui Zheng, Qing Jiang // Phys. Rev. Lett. 88, 045503,28 January, 2002]).

Устройство работает следующим образом.

Оптический сигнал от источника постоянного оптического сигнала 1 с интенсивностью 8·I условных единиц (усл. ед), пройдя через входной оптический нановолоконный Y-разветвитель 2₁ и уменьшившись по интенсивности в два раза, поступает на вход четырехвыходного оптического нановолоконного Y-разветвителя 2₂. С четвертого выхода четырехвыходного оптического нановолоконного Y-разветвителя 2₂ оптический сигнал с интенсивностью I оказывает световое давление с левой стороны на внутреннюю нанотрубку 3₁.

Оптический сигнал с первого выхода входного оптического нановолоконного Y-разветвителя 2₁ с интенсивностью 4·I поступает на вход выходного оптического нановолоконного Y-разветвителя 2₃, с первого выхода которого оптический сигнал, уменьшившись по интенсивности еще в два раза, поступает на выход устройства «Q». Со второго выхода оптического нановолоконного Y-разветвителя 2₃ оптический сигнал с интенсивностью 2·I оказывает световое давление с правой стороны на внутреннюю нанотрубку 3₁.

Под действием разности световых давлений внутренняя нанотрубка 3₁ перемещается влево (в направлении меньшего светового давления), пока не перекроет оптическую связь между первым выходом входного оптического нановолоконного Y-разветвителя 2₁ и входом выходного оптического нановолоконного Y-разветвителя 2₃.

В результате оптические сигналы на втором выходе выходного оптического нановолоконного Y-разветвителя 2₃, перемещающий внутреннюю нанотрубку 3₁ влево и оптический сигнал на выходе устройства "Q" станут равными 0. Под давлением оптического потока с четвертого выхода четырехвыходного оптического нановолоконного Y-разветвителя 2₂ с интенсивностью I внутренняя нанотрубка 3₁ переместится вправо и восстановится оптическая связь между первым выходом входного оптического нановолоконного Y-разветвителя 2₁ и входом выходного оптического нановолоконного Y-разветвителя 2₃.

Период колебаний внутренней нанотрубки 3₁ определяется массой внутренней нанотрубки 3₁(≈10^-15-10^-16 г), силой трения при ее движении (≈10^-9 н) и составляет ≈10^-9-10^-10 c).

Простота данного оптического наногенератора и возможность наноразмерного исполнения делают его весьма перспективным при разработке и создании оптических вычислительных наномашин и приемопередающих наноустройств.

Изобретение относится к средствам вычислительной техники. Оптический наногенератор состоит из источника постоянного оптического сигнала, входного оптического нановолоконного Y-разветвителя, четырехвыходного оптического нановолоконного Y-разветвителя, выходного оптического нановолоконного Y-разветвителя и двух телескопических нанотрубок. Технический результат - устройство обеспечивает решение задачи генерации периодических оптических сигналов с быстродействием, потенциально возможным для оптических схем. 1 ил.

Оптический наногенератор, содержащий источник постоянного оптического сигнала, отличающийся тем, что в него введены входной оптический нановолоконный Y-разветвитель, четырехвыходной оптический нановолоконный Y-разветвитель, выходной оптический нановолоконный Y-разветвитель, две телескопические нанотрубки - внутренняя и внешняя, выход источника постоянного оптического сигнала подключен ко входу входного оптического нановолоконного Y-разветвителя, первый выход которого оптически связан со входом выходного оптического нановолоконного Y-разветвителя, а второй выход подключен ко входу четырехвыходного оптического нановолоконного Y-разветвителя, первый, второй и третий выходы которого являются поглощающими, при этом телескопические нанотрубки расположены между четвертым выходом четырехвыходного оптического нановолоконного Y-разветвителя и вторым выходом выходного оптического нановолоконного Y-разветвителя по оси распространения их выходных оптических сигналов, а первый выход выходного оптического нановолоконного Y-разветвителя является выходом устройства.