ВЕЩЕСТВО ДЛЯ АКТИВНОГО СВЕТОУПРАВЛЯЕМОГО ОПТИЧЕСКОГО ЗАТВОРА УЛЬТРАФИОЛЕТОВОГО ДИАПАЗОНА СПЕКТРА Российский патент 2018 года по МПК G02F1/355 H01S4/00 

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 ⁴I_9/2 (1), при этом, как видно из Фиг. 1, верхние уровни не заселены.

Существует метастабильное состояние ⁴F_3/2 (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 ⁴I_11/2 (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 Na_0,4Y_0,6F_2,2 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 ⁴I_9/2,

2 - возбужденное состояние ⁴I_11/2,

3 - метастабильное состояние ⁴F_3/2,

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 ⁴F_3/2 ионов Nd³⁺ управляющим излучением с длиной волны 800 нм;

7 - без накачки состояния ⁴F_3/2 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 ⁴F_3/2 ионов Nd³⁺;

7 - без накачки состояния ⁴F_3/2 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 ⁴F_3/2 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 Na_0,4Y_0,6F_2,2: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).

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 Na_0,4Y_0,6F_2,2 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.

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 Na_0,4Y_0,6F_2,2 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. %.