RU200579U1 - Fully dielectric optical diode - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области оптики и может найти применение при создании и конструировании оптических вычислительных машин. Полностью диэлектрический оптический диод содержит мезоразмерную коническую диэлектрическую частицу, фокусирующую падающее на ее вершину излучение с пространственным разрешением не менее дифракционного предела, с полным углом раствора при ее вершине и коэффициентом преломления материала, выбранным из условия обеспечения полного внутреннего отражения излучения при его падении со стороны основания частицы, в фокусе которой расположен приемник излучения. Диэлектрическая частица выполнена в виде последовательности соосно расположенных диэлектрических частиц с одинаковой ориентацией разнесенных между собой. Техническим результатом является создание полностью диэлектрического оптического диода с высокой эффективностью работы и улучшенными вентильными свойствами. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.The utility model relates to the field of optics and can find application in the creation and design of optical computers. A fully dielectric optical diode contains a mesoscale conical dielectric particle that focuses radiation incident on its top with a spatial resolution of at least the diffraction limit, with a full opening angle at its top and a material refractive index selected from the condition of ensuring full internal reflection of radiation when it is incident from the base a particle in the focus of which the radiation receiver is located. The dielectric particle is made in the form of a sequence of coaxially located dielectric particles with the same orientation spaced apart from each other. The technical result is the creation of a fully dielectric optical diode with high efficiency and improved valve properties. 1 wp f-ly, 1 dwg

Description

Полезная модель относится к области оптики и может быть широко использована для проведения научно-исследовательских, контрольно-измерительных и диагностических работ, в устройствах связи и может найти применение при создании и конструировании оптических вычислительных машин.The utility model relates to the field of optics and can be widely used for research, control and measurement and diagnostic work, in communication devices and can find application in the creation and design of optical computers.

Полностью оптический диод (AOD - all-optical diode) представляет собой пространственно невзаимное устройство, основанное на одностороннем распространении света: обеспечивается различное оптическое пропускание в противоположных направлениях. Для определенной длины волны в идеальном случае оптический диод позволяет полностью передавать свет по прямому направлению и полностью «запирает» распространение света вдоль обратного направления. AOD является ключевым компонентом для систем следующего поколения обработки всех оптических сигналов, которые широко используются и в оптических компьютерах.An all-optical diode (AOD) is a spatially nonreciprocal device based on one-way light propagation: different optical transmissions in opposite directions are provided. For a certain wavelength, ideally, an optical diode allows light to be fully transmitted in the forward direction and completely "blocks" light propagation in the reverse direction. AOD is a key component for next generation systems for processing all optical signals, which are widely used in optical computers as well.

Известны оптические вентили, использующие поляроидные пленки [Галкин Ю.М. Электрооборудование автомобилей. М., 1947, с. 12-14]. В устройстве свет источника пропускают через поляроидную пленку и принимают через другую поляроидную пленку с такой же поляризацией. Если на приемную пленку попадает свет источника, имеющего другую поляризацию, то свет через нее не проходит.Known optical valves using polaroid films [Galkin Yu.M. Electrical equipment of cars. M., 1947, p. 12-14]. In the device, light from a source is passed through a polaroid film and received through another polaroid film with the same polarization. If light from a source with a different polarization hits the receiving film, the light does not pass through it.

Недостатком таких оптических вентилей является малый коэффициент передачи.The disadvantage of such optical valves is the low transmission coefficient.

Известно устройство оптического диода на основе двумерных фотонных кристаллов [Патенты КНР №CN 104460174, CN 105022116], с использованием нелинейно оптических материалов [Патент КНР №CN 101692148] и т.д.Known is the device of an optical diode based on two-dimensional photonic crystals [PRC Patents No. CN 104460174, CN 105022116], using nonlinear optical materials [PRC Patent No. CN 101692148], etc.

Недостатком является сложность устойства и его большие габариты.The disadvantage is the complexity of the device and its large dimensions.

Известны устройства оптических вентилей на основе магнитооптического эффекта Фарадея [Патент РФ 1800436; Патент РФ 2207609; Birh K.P. A compact optical isolator. - Optics Communications, 1982, v.43, 2, p. 79-84]. Оптический вентиль содержит магнитную систему и последовательно расположенные на оптической оси поляризатор, магнитооптический ротатор и анализатор.Known devices for optical valves based on the magneto-optical Faraday effect [RF Patent 1800436; RF patent 2207609; Birh K.P. A compact optical isolator. - Optics Communications, 1982, v. 43, 2, p. 79-84]. The optical valve contains a magnetic system and a polarizer, a magneto-optical rotator and an analyzer located in series on the optical axis.

Недостатком устройства является его сложность и большие габариты.The disadvantage of the device is its complexity and large dimensions.

Известен активный акустооптический вентиль, описанный в [Патент 2109122 (Великобритания)] содержащий последовательно расположенные на оптической оси интерферометр Фабри-Перо, настроенный на пропускание излучения с частотой, равной частоте излучения источника света, и акустооптический брэгговский модулятор.Known active acousto-optic valve, described in [Patent 2109122 (Great Britain)] containing sequentially located on the optical axis of the Fabry-Perot interferometer, tuned to transmit radiation with a frequency equal to the radiation frequency of the light source, and an acousto-optic Bragg modulator.

Недостатком акустооптического вентиля является то, что он требует затрат энергии, расходуемой на возбуждение акустической волны в акустооптическом брэгговском модуляторе и сложность устройства. Кроме того, частота оптического излучения на выходе акустооптического вентиля не равна частоте оптического излучения на его входе, что сужает область применения такого вентиля.The disadvantage of the acousto-optic valve is that it requires energy consumption to excite an acoustic wave in the acousto-optic Bragg modulator and the complexity of the device. In addition, the frequency of optical radiation at the output of the acousto-optic valve is not equal to the frequency of optical radiation at its input, which narrows the scope of such a valve.

Известен оптический вентиль [А.С. 881650], содержащий собирающую линзу с продольной хроматической аберрацией, в пределах области аберрации которой установлена поглощающая маска с возможностью перемещения вдоль оптической оси в пределах аберрации линзы.Known optical valve [A.S. 881650], containing a collecting lens with longitudinal chromatic aberration, within the aberration region of which an absorbing mask is installed with the ability to move along the optical axis within the lens aberration.

Недостатком является сложность устойства и его большие габариты.The disadvantage is the complexity of the device and its large dimensions.

Известен оптический диод (оптический вентиль), основанный на свойствах дифракционной оптики, выполненной на криволинейной поверхности, обеспечивающий разное пропускание в прямом и обратном направлениях [А.С. 1679458, Оптический вентиль]. Однако большие габариты таких устройств не позволяют использовать их в устройствах оптической микрофотоники.Known optical diode (optical valve), based on the properties of diffractive optics, made on a curved surface, providing different transmission in the forward and reverse directions [A.S. 1679458, Optical valve]. However, the large dimensions of such devices do not allow their use in optical microphotonics devices.

Известен оптический вентиль [А.С. 699467], состоящий из ряда последовательно расположенных фоконов из оптически прозрачного материала, помещенных в оптически непрозрачную среду, обладающую поглощательными свойствами.Known optical valve [A.S. 699467], consisting of a series of sequentially located foxes made of optically transparent material, placed in an optically opaque medium with absorption properties.

Недостатками устройства является его большими габаритами и сложность формы поверхности фокона.The disadvantages of the device are its large dimensions and the complexity of the shape of the surface of the focal point.

Известен оптический диод, описанный в работе [Tvingstedt, K., Dal Zilio, S., Inganas, O., Tormen, M., 2008, Trapping light with micro lenses in thin film organic photovoltaic cells, Optics Express, Vol.16(26), pp. 21608-21615 (2008)]. Оптический диод состоит из микролинзы, в фокусе которой располагается отражающая поверхность подложки с микроотверстием, прошедшее излучение через которое фокусируется на приемнике, расположенном на большом расстоянии от фокуса микролинзы. При этом оптическое пропускание в прямом направлении (микролинза, отражающая поверхность подложки с отверстием) больше чем в обратном направлении (отражающая поверхность подложки с отверстием, микролинза).Known optical diode, described in [Tvingstedt, K., Dal Zilio, S., Inganas, O., Tormen, M., 2008, Trapping light with micro lenses in thin film organic photovoltaic cells, Optics Express, Vol.16 ( 26), pp. 21608-21615 (2008)]. An optical diode consists of a microlens, in the focus of which there is a reflecting surface of a substrate with a microhole, the transmitted radiation through which is focused on a receiver located at a great distance from the focus of the microlens. In this case, the optical transmission in the forward direction (microlens, reflecting the surface of the substrate with an aperture) is greater than in the opposite direction (reflecting the surface of the substrate with an aperture, microlens).

Данное устройство использует микролинзы в комбинации с малым отверстием в фокусе этой линзы для создания асимметричной передачи светового излучения. Был получен эффект асимметрии передачи оптического излучения, но структура имела толщину и боковую ширину элементарной ячейки около 100 мкм или более 100-200 длин волны, что неприемлемо. Кроме того, наличие в конструкции оптического диода отражающей излучение подложки усложняет конструкцию за счет необходимости совмещения области фокусировки линзы и микроотверстия в непрозрачном для излучения отражающем экране.This device uses microlenses in combination with a small aperture in the focus of this lens to create asymmetric transmission of light. The effect of asymmetry of optical radiation transmission was obtained, but the structure had a thickness and lateral width of a unit cell of about 100 μm or more than 100-200 wavelengths, which is unacceptable. In addition, the presence of a substrate reflecting radiation in the structure of the optical diode complicates the structure due to the need to align the focusing area of the lens and the micro-hole in the reflective screen opaque for radiation.

Устранить недостатки указанного устройства предложено в работе [Патент РФ 178617]. В полностью оптическом диоде, содержащем фокусирующую микролинзу, в фокусе которой расположена отражающая излучения подложка с микроотверстием, за которой расположен приемник излучения, новым являлось то, что микролинза выполнена в виде диэлектрической частицы непосредственно контактирующей с отражающей излучение подложкой с микроотверстием и с возможностью фокусировки излучения непосредственно за теневой границей частицы с пространственным разрешением, превышающим дифракционный предел.Eliminate the disadvantages of this device is proposed in [RF Patent 178617]. In an all-optical diode containing a focusing microlens, in the focus of which there is a radiation-reflecting substrate with a micro-hole, behind which a radiation receiver is located, the new thing is that the microlens is made in the form of a dielectric particle in direct contact with the radiation-reflecting substrate with a micro-hole and with the possibility of focusing radiation directly behind the shadow boundary of a particle with a spatial resolution exceeding the diffraction limit.

Диаметр пятна Эйри h определяется так называемым критерием Рэлея, который устанавливает предел концентрации (фокусировки) оптического поля с помощью линзовых систем [Борн М., Вольф Э., Основы оптики - М.: Наука. - 1970]:The diameter of the Airy spot h is determined by the so-called Rayleigh criterion, which sets the limit of concentration (focusing) of the optical field using lens systems [M. Born, E. Wolf, Fundamentals of Optics - M .: Science. - 1970]:

h=2,44 λFD ^-1 , h = 2.44 λFD ^-1 ,

где λ - длина волны излучения, D - диаметр первичного зеркала или линзы, F - фокусное расстояние фокусирующего устройства.where λ is the radiation wavelength, D is the diameter of the primary mirror or lens, F is the focal length of the focusing device.

Поперечный размер области фокусировки излучения возрастает с увеличением фокусного расстояния, длины волны используемого излучения и уменьшением характерного размера фокусирующего устройства.The transverse size of the focusing region of radiation increases with an increase in the focal length, wavelength of the radiation used and a decrease in the characteristic size of the focusing device.

Диаметр отверстия в отражающей поверхности связан с диаметром пятна Эйри. Для обеспечения максимального пропускания оптического излучения в прямом направлении, диаметр отверстия должен быть не менее диаметра пятна Эйри. С увеличением фокусного расстояния микролинзы увеличивается диаметр отверстия в отражающем экране. В этом случае увеличивается и пропускание оптического диода в обратном направлении.The diameter of the hole in the reflective surface is related to the diameter of the Airy spot. To ensure maximum transmission of optical radiation in the forward direction, the diameter of the hole must be at least the diameter of the Airy spot. As the focal length of the microlens increases, the hole diameter in the reflecting screen increases. In this case, the transmission of the optical diode in the opposite direction also increases.

Диаметр пятна Эйри h является важным параметром фокусирующей системы, который определяет ее собственную разрешающую способность в фокальной плоскости, определяет качество получаемого изображения и область концентрации акустической энергии для идеального фокусирующего устройства: линзы или зеркальной антенны. Он показывает минимальное расстояние между полем точечных источников в фокальной плоскости, которое способна зарегистрировать данная система. Максимальное разрешение идеальной линзовой системы не может превышать величины λ/2.Airy spot diameter h is an important parameter of the focusing system, which determines its own resolution in the focal plane, determines the quality of the resulting image and the area of acoustic energy concentration for an ideal focusing device: lens or reflector antenna. It shows the minimum distance between the field of point sources in the focal plane that the system is capable of registering. The maximum resolution of an ideal lens system cannot exceed λ / 2 .

Под преодолением дифракционного предела понимается фокусировка излучения в пятно с размерами меньше, чем у пятна Эйри [Борн М., Вольф Э. Основы оптики. - М.: Мир, 1978].By overcoming the diffraction limit is meant focusing radiation into a spot with dimensions smaller than that of the Airy spot [M. Born, E. Wolf. Fundamentals of optics. - M .: Mir, 1978].

Преодолеть дифракционный предел в оптике можно различными способами, например, с помощью эффекта «фотонной наноструи» (например, см. A. Heifetz et al. Experimental confirmation of backscattering enhancement induced by a photonic jet // Appl. Phys. Lett., 89, 221118 (2006); Y.F. Lu, L. Zhang, W.D. Song, Y. W. Zheng, and B.S. Luk'yanchuk, // J. Exp.Theor. Phys. Lett. 72, 457 (2000); B.S. Luk'yanchuk, Z.B. Wang, W.D. Song, and M.H. Hong, “Particle on surface: 3D-effects in dry laser cleaning,” Appl. Phys., A Mater. Sci. Process. 79(4 - 6), 747 - 751 (2004)). Фотонная струя возникает в области теневой поверхности диэлектрических микросферических частиц - в т.н. ближней зоне дифракции - и характеризуется сильной пространственной локализацией и высокой интенсивностью оптического поля в области фокусировки. Было показано, что при падении плоской волны на сфероидальную частицу достижимо пространственное разрешение до трети длины волны, что ниже классического дифракционного предела.The diffraction limit in optics can be overcome in various ways, for example, using the effect of the "photon nanojet" (for example, see A. Heifetz et al. Experimental confirmation of backscattering enhancement induced by a photonic jet // Appl. Phys. Lett., 89, 221118 (2006); YF Lu, L. Zhang, WD Song, YW Zheng, and BS Luk'yanchuk, // J. Exp. Theor. Phys. Lett. 72, 457 (2000); BS Luk'yanchuk, ZB Wang , WD Song, and MH Hong, “Particle on surface: 3D effects in dry laser cleaning,” Appl. Phys., A Mater. Sci. Process 79 (4-6), 747-751 (2004)). A photon jet arises in the area of the shadow surface of dielectric microspherical particles - in the so-called. near diffraction zone - and is characterized by strong spatial localization and high intensity of the optical field in the focusing area. It was shown that when a plane wave is incident on a spheroidal particle, a spatial resolution of up to a third of the wavelength is attainable, which is lower than the classical diffraction limit.

Было обнаружено, что диэлектрическая частица с характерным размером не менее λ, где λ - длина волны используемого излучения в среде, с относительным показателем преломления в материале частицы относительно показателя преломления окружающей среды лежащего в диапазоне от 1,2 до 1,7, формирует на ее внешней границе с противоположной стороны от падающего излучения области с повышенной концентрацией энергии и с поперечными размерами порядка λ/3 - λ/4.It was found that a dielectric particle with a characteristic size of at least λ , where λ is the wavelength of the radiation used in the medium, with the relative refractive index in the particle material relative to the refractive index of the environment lying in the range from 1.2 to 1.7, forms on it the outer boundary on the opposite side of the incident radiation of the region with an increased energy concentration and with transverse dimensions of the order of λ / 3 - λ / 4 .

Недостатком этого устройства является его сложность.The disadvantage of this device is its complexity.

Наиболее близким устройством к заявляемой полезной модели, принятым за прототип, является устройство оптического диода [Патент РФ 182548], содержащем фокусирующую микролинзу, выполненной в виде мезоразмерной конической диэлектрической частицы фокусирующей падающее на ее вершину излучение с пространственным разрешением, не менее дифракционного предела, с полным углом раствора при ее вершине и коэффициентом преломления материала, выбранным из условия обеспечения полного внутреннего отражения излучения при его падении со стороны основания частицы в фокусе которой расположен приемник излучения. Достоинством устройства является его простота, отсутствие металлических поверхностей, малые габариты.The closest device to the claimed utility model, taken as a prototype, is an optical diode device [RF Patent 182548], containing a focusing microlens, made in the form of a meso-conical dielectric particle focusing radiation incident on its top with a spatial resolution not less than the diffraction limit, with full the opening angle at its apex and the refractive index of the material, selected from the condition of ensuring complete internal reflection of radiation when it falls from the side of the particle base in the focus of which the radiation receiver is located. The advantage of the device is its simplicity, the absence of metal surfaces, and small dimensions.

Недостатком устройства является его низкая эффективность.The disadvantage of the device is its low efficiency.

Таким образом, задачей настоящей полезной модели является устранение указанных недостатков, а именно создание пассивного полностью диэлектрического оптического диода, с высокой эффективностью работы и улучшение их вентильных свойств.Thus, the task of the present utility model is to eliminate these disadvantages, namely, to create a passive all-dielectric optical diode with high operating efficiency and to improve their valve properties.

Указанная задача решена благодаря тому, что в полностью диэлектрическом оптическом диоде, содержащем мезоразмерную коническую диэлектрическую частицу фокусирующую падающее на ее вершину излучение с пространственным разрешением, не менее дифракционного предела, с полным углом раствора при ее вершине и коэффициентом преломления материала, выбранным из условия обеспечения полного внутреннего отражения излучения при его падении со стороны основания частицы в фокусе которой расположен приемник излучения, новым является то, что диэлектрическая частица выполнена в виде последовательности соосно расположенных диэлектрических частиц с одинаковой ориентацией разнесенных между собой. При этом расстояние между соответствующими мезоразмерными частицами выбирается в диапазоне от L=1,8D до 3,2D, при диаметре частицы не менее длины волны излучения в окружающей среде, где D - характерный диаметр частицы.This problem is solved due to the fact that in a completely dielectric optical diode containing a meso-sized conical dielectric particle focusing radiation incident on its vertex with a spatial resolution not less than the diffraction limit, with the total opening angle at its vertex and the refractive index of the material selected from the condition of ensuring full internal reflection of radiation when it is incident from the side of the particle base in the focus of which the radiation receiver is located, the novelty is that the dielectric particle is made in the form of a sequence of coaxially located dielectric particles with the same orientation spaced apart from each other. In this case, the distance between the corresponding mesoscale particles is selected in the range from L = 1.8D to 3.2D , with a particle diameter not less than the radiation wavelength in the environment, where D is the characteristic particle diameter.

В результате проведенных исследований, было обнаружено, что диэлектрическая частица в форме конуса или пирамиды, с характерным размером не менее λ, где λ - длина волны используемого излучения в среде, с относительным показателем преломления в материале частицы относительно показателя преломления окружающей среды лежащего в диапазоне от 1,2 до 1,7, формирует на ее внешней границе с противоположной стороны от падающего излучения области с повышенной концентрацией энергии и с поперечными размерами порядка λ/3 - λ/4.As a result of the studies carried out, it was found that a dielectric particle in the form of a cone or pyramid, with a characteristic size of at least λ , where λ is the wavelength of the radiation used in the medium, with the relative refractive index in the particle material relative to the refractive index of the environment lying in the range from 1.2 to 1.7, forms on its outer boundary on the opposite side of the incident radiation areas with increased energy concentration and with transverse dimensions of the order of λ / 3 - λ / 4 .

Выполнение диэлектрической частицы в виде последовательности соосно расположенных диэлектрических частиц с одинаковой ориентацией разнесенных между собой позволяет реализовать своеобразный квазиоптический волновод, что обеспечивает максимальную передачу электромагнитной энергии при падении излучения на вершину конуса и минимальную передачу электромагнитной энергии при падении излучения на их основание, в случае полного угла раствора частицы при ее вершине и коэффициентом преломления материала, выбранным из условия обеспечения полного внутреннего отражения излучения при его падении со стороны основания диэлектрической частицы.The execution of a dielectric particle in the form of a sequence of coaxially located dielectric particles with the same orientation spaced apart from each other makes it possible to realize a kind of quasi-optical waveguide, which ensures maximum transmission of electromagnetic energy when radiation falls on the top of the cone and minimum transmission of electromagnetic energy when radiation falls on their base, in the case of a full angle solution of the particle at its top and the refractive index of the material, selected from the condition of ensuring complete internal reflection of radiation when it falls from the base of the dielectric particle.

Экспериментально установлено, что оптимальное расстояние между коническими диэлектрическим частицами при котором достигается максимальная эффективность устройства, лежит в диапазоне от L=1,8D до 3,2D, при диаметре частицы не менее длины волны излучения в окружающей среде, где D - характерный диаметр частицы.It has been experimentally established that the optimal distance between conical dielectric particles at which the maximum efficiency of the device is achieved lies in the range from L = 1.8D to 3.2D , with a particle diameter not less than the radiation wavelength in the environment, where D is the characteristic particle diameter.

На фиг. 1 показана схема полностью диэлектрического оптического диода при работе в «прямом» направлении (а) и «обратном» (б).FIG. 1 shows a diagram of a fully dielectric optical diode when operating in the "forward" direction (a) and "reverse" (b).

Обозначения: 1 - направление падения оптического излучения на диэлектрическую коническую частицу в «прямом направлении» 2 - диэлектрическая частица в виде конуса, 3 - формируемая «фотонная струя», область повышенной интенсивности поля с поперечными размерами порядка λ/3 - λ/4, 4 - направление падения оптического излучения на диэлектрическую частицу в «обратном направлении».Designations: 1 - direction of incidence of optical radiation on a dielectric conical particle in the "forward direction" 2 - a dielectric particle in the form of a cone, 3 - formed "photon jet", a region of increased field intensity with transverse dimensions of the order of λ / 3 - λ / 4 , 4 - the direction of incidence of optical radiation on a dielectric particle in the "opposite direction".

Заявляемое устройство работает следующим образом.The claimed device operates as follows.

В прямом направлении, падающее излучение 1 освещает диэлектрическую частицу 2, которая фокусирует это излучение в «фотонную струю» 3 с поперечными размерами порядка λ/3 - λ/4, которая возникает непосредственно на теневой границе частицы 2, при этом достижимо пространственное разрешение, превышающее дифракционный предел. Далее фотонная струя 3 освещает следующую мезоразмерную коническую диэлектрическую частицу и процесс повторяется. В области фокусировки диэлектрической частицы установлен приемник оптического излучения, в котором осуществляется преобразование оптического сигнала, например, в электрический сигнал. Далее этот сигнал регистрируется. В результате осуществляется режим максимального пропускания оптического излучения.In the forward direction, incident radiation 1 illuminates a dielectric particle 2, which focuses this radiation into a "photon jet" 3 with transverse dimensions of the order of λ / 3 - λ / 4 , which arises directly at the shadow boundary of particle 2, while a spatial resolution exceeding diffraction limit. Next, the photonic jet 3 illuminates the next mesoscale conical dielectric particle and the process is repeated. An optical radiation receiver is installed in the focusing area of the dielectric particle, in which the optical signal is converted, for example, into an electrical signal. Then this signal is recorded. As a result, the regime of maximum transmission of optical radiation is realized.

Возможность передачи и максимального пропускания оптическим диодом, состоящим в виде последовательности соосно расположенных диэлектрических частиц с одинаковой ориентацией разнесенных между собой, подтверждается так же известными устройствами канализации и субволновой фокусировки электромагнитного излучения на основе мезоразмерных диэлектрических частиц [Патенты РФ №№161592, 163673, 163674, 166250, 2591282]. Однако эти устройства не обладают вентильными свойствами.The possibility of transmission and maximum transmission by an optical diode, consisting in the form of a sequence of coaxially located dielectric particles with the same orientation spaced apart from each other, is also confirmed by the well-known devices for sewerage and sub-wave focusing of electromagnetic radiation based on meso-sized dielectric particles [RF Patents Nos. 161592, 163673, 163674, 166250, 2591282]. However, these devices do not have valve properties.

В обратном направлении оптическое излучение 4 падает на основание диэлектрической частицы 2. Далее, в результате полного внутреннего отражения, излучение из области вершины частицы 2 отражается назад и не выходит из области вершины, что обеспечивает минимальное пропускание оптического излучения в «обратном» направлении. При этом область фокусировки 3 формируется внутри материала диэлектрической частицы 2. В результате неизбежных погрешностей изготовления мезоразмерных диэлектрических частиц, часть излучения может пройти через диэлектрическую частицу 2. При выполнении диэлектрической частицы 2 в виде последовательности соосно расположенных диэлектрических частиц с одинаковой ориентацией разнесенных между собой прошедшее излучение 4 попадает на следующую коническую частицу 2 и процесс повторяется. Этим достигается минимум прохождения оптического излучения в оптическим диоде, при его использовании в «обратном» режиме.In the opposite direction, the optical radiation 4 falls on the base of the dielectric particle 2. Further, as a result of total internal reflection, the radiation from the region of the apex of the particle 2 is reflected back and does not leave the region of the apex, which ensures minimal transmission of optical radiation in the "reverse" direction. In this case, the focusing area 3 is formed inside the material of the dielectric particle 2. As a result of inevitable errors in the manufacture of meso-sized dielectric particles, part of the radiation can pass through the dielectric particle 2. When the dielectric particle 2 is made in the form of a sequence of coaxially located dielectric particles with the same orientation, spaced apart transmitted radiation 4 hits the next conical particle 2 and the process is repeated. This achieves a minimum of the transmission of optical radiation in the optical diode, when used in the "reverse" mode.

В результате проведенных исследований было установлено, что локализация поля типа «фотонная струя» для характерных размеров конуса менее λ не формируется.As a result of the studies carried out, it was found that the localization of the field of the "photonic jet" type for the characteristic dimensions of the cone less than λ is not formed.

Устройство оптического диода может быть реализовано как в оптическом диапазоне, так в терагерцовом и сверхвысокочастотном диапазонах длин волн.An optical diode device can be implemented both in the optical range and in the terahertz and ultrahigh frequency ranges of wavelengths.

Кроме того, еще одним достоинством устройства является его принципиальная возможность работы в планарном варианте.In addition, another advantage of the device is its principled ability to operate in a planar version.

Техническим результатом является создание полностью диэлектрического оптического диода, с высокой эффективностью работы и улучшение их вентильных свойств.The technical result is the creation of a fully dielectric optical diode with high efficiency and improvement of their valve properties.

Claims (2)

1. Полностью диэлектрический оптический диод, содержащий мезоразмерную коническую диэлектрическую частицу, фокусирующую падающее на ее вершину излучение с пространственным разрешением не менее дифракционного предела, с полным углом раствора при ее вершине и коэффициентом преломления материала, выбранным из условия обеспечения полного внутреннего отражения излучения при его падении со стороны основания частицы, в фокусе которой расположен приемник излучения, отличающийся тем, что диэлектрическая частица выполнена в виде последовательности соосно расположенных диэлектрических частиц с одинаковой ориентацией, разнесенных между собой.1. Fully dielectric optical diode containing a mesoscale conical dielectric particle that focuses radiation incident on its top with a spatial resolution not less than the diffraction limit, with a full opening angle at its top and a refractive index of the material selected from the condition of ensuring total internal reflection of radiation during its incidence from the side of the particle base, in the focus of which the radiation receiver is located, characterized in that the dielectric particle is made in the form of a sequence of coaxially located dielectric particles with the same orientation, spaced apart from each other. 2. Полностью диэлектрический оптический диод по п. 1, отличающийся тем, что расстояние между соответствующими мезоразмерными частицами выбирается в диапазоне от L=1,8D до 3,2D, при диаметре частицы не менее длины волны излучения в окружающей среде, где D - характерный диаметр частицы.2. Fully dielectric optical diode according to claim 1, characterized in that the distance between the corresponding mesoscale particles is selected in the range from L = 1.8D to 3.2D, with a particle diameter not less than the radiation wavelength in the environment, where D is a characteristic particle diameter.

Images