инфракрасный нелинейно-оптический материал
Классы МПК: | G02F1/35 нелинейная оптика B82B1/00 Наноструктуры |
Автор(ы): | Данилов О.Б. (RU), Сидоров А.И. (RU) |
Патентообладатель(и): | Научно-исследовательский институт лазерной физики (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2002-01-17 публикация патента:
27.06.2004 |
Нелинейно-оптический материал содержит диэлектрическую среду и наночастицы с диэлектрическим ядром и металлической оболочкой. Оболочка наночастиц выполнена из островковой пленки металла. Технический результат - расширение спектральной области, в которой композит обладает нелинейно-оптическими свойствами. 5 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5
Формула изобретения
Нелинейно-оптический материал, содержащий диэлектрическую среду и наночастицы с диэлектрическим ядром и металлической оболочкой, отличающийся тем, что оболочка наночастиц выполнена из островковой пленки металла.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к оптике и может быть использовано в лазерной технике.Известны нелинейно-оптические материалы - оптические композиты, состоящие из прозрачной диэлектрической среды и наночастиц металла (АG, Ay, Аl), размер которых много меньше длины волны излучения [1-3]. При частоте излучения, близкой к плазменной частоте металла, в таком материале имеет место плазменный резонанс, проявляющийся в возникновении поверхностных электромагнитных волн (плазмонов) на частицах металла. В условиях плазменного резонанса происходит увеличение амплитуды электромагнитного поля внутри наночаcтиц и в прилегающем слое диэлектрика. Увеличение амплитуды поля приводит к изменению диэлектрической проницаемости наночастиц либо окружающего их диэлектрика и, в результате, - к сдвигу полосы поглощения, связанной с плазменным резонансом. Данные нелинейно-оптические материалы используются в качестве быстродействующих оптических переключателей, а также сред для обращения волнового фронта излучения [3]. Основным их недостатком является то, что плазменные частоты большинства металлов лежат в видимой области спектра. Например, плазменная частота Ag соответствует длине волны 0.39 мкм, плазменная частота Аu 0.52 мкм. Поэтому область применения таких композитов ограничена спектральным диапазоном 0.39-0.85 мкм.Известен нелинейно-оптический композит [4, 5], выбранный в качестве прототипа, состоящий из диэлектрической среды и наночастиц диэлектрика - сульфида золота, окруженных тонкой оболочкой из металлического золота. Благодаря такой структуре наночастиц плазменный резонанс сдвигается в ближнюю ИК-область спектра. Это позволяет использовать композит в качестве нелинейно-оптического переключателя в спектральной области 0.8-1.1 мкм. Недостатком композита является невозможность его использования для переключения излучения в более длинноволновой области спектра.Целью данного изобретения является расширение спектральной области, в которой композит обладает нелинейно-оптическими свойствами.Поставленная цель достигается тем, что в известном материале оболочка наночастиц состоит из островковой пленки металла.Комплексная диэлектрическая проницаемость островковой пленки металла значительно отличается от комплексной диэлектрической проницаемости сплошной пленки металла и зависит от формы частиц металла (островков), расстояния между ними и диэлектрической проницаемости окружающей среды [6]. При этом плазменный резонанс островковой пленки сдвигается в длинноволновую область спектра по отношению к плазменному резонансу сплошной пленки. Поэтому в оптическом композите, содержащем диэлектрические наночастицы, окруженные островковой пленкой металла, область оптической нелинейности также сдвигается в длинноволновую область спектра, в частности в средний ИК-диапазон.Данное техническое решение является новым, а совокупность отличительных признаков не следует из известных технических решений. Существенность отличительных признаков заключается в том, что наночастицы композита содержат оболочку из островковой пленки металла.Пример конкретной реализации изобретения.Композит состоит из диэлектрической среды без поглощения с показателем преломления 2.2 и содержит два типа сферических наночастнц, имеющих диаметр, много меньший длины волны излучения. Наночастицы первого типа состоят из ядра в виде полости, заполненной газом с показателем преломления 1, и оболочки в виде островковой пленки серебра. Наночастицы второго типа состоят из ядра из диэлектрика с показателем преломления 2.2 и оболочки из островковой пленки серебра. Островковые пленки серебра наночастиц первого и второго типа одинаковы и состоят из плоских частиц серебра размером 5-10 нм. Расстояние между частицами серебра в пленке более 10 нм.На фиг.1 показана расчетная зависимость коэффициента поглощения композита от длины волны излучения в спектральной области 2.5-12 мкм. Расчет диэлектрической проницаемости островковой пленки серебра проводился на основании теоретической модели и формул, приведенных в [6]. При расчете использовались спектральные зависимости показателя преломления и поглощения Аg из [7]. Расчет диэлектрической проницаемости композита и коэффициента поглощения проводился на основании теоретической модели и формул, приведенных в [5, 8]. Из фиг.1 следует, что данный композит имеет максимумы поглощения при![инфракрасный нелинейно-оптический материал, патент № 2231817](/images/patents/237/2231003/955.gif)
![инфракрасный нелинейно-оптический материал, патент № 2231817](/images/patents/237/2231003/955.gif)
![инфракрасный нелинейно-оптический материал, патент № 2231817](/images/patents/237/2231003/955.gif)
![инфракрасный нелинейно-оптический материал, патент № 2231817](/images/patents/237/2231031/949.gif)
![инфракрасный нелинейно-оптический материал, патент № 2231817](/images/patents/237/2231031/949.gif)
![инфракрасный нелинейно-оптический материал, патент № 2231817](/images/patents/237/2231031/949.gif)
![инфракрасный нелинейно-оптический материал, патент № 2231817](/images/patents/237/2231031/949.gif)
![инфракрасный нелинейно-оптический материал, патент № 2231817](/images/patents/237/2231031/949.gif)
![инфракрасный нелинейно-оптический материал, патент № 2231817](/images/patents/237/2231031/949.gif)
![инфракрасный нелинейно-оптический материал, патент № 2231817](/images/patents/237/2231031/949.gif)
![инфракрасный нелинейно-оптический материал, патент № 2231817](/images/patents/237/2231031/949.gif)
![инфракрасный нелинейно-оптический материал, патент № 2231817](/images/patents/237/2231031/949.gif)
![инфракрасный нелинейно-оптический материал, патент № 2231817](/images/patents/237/2231031/949.gif)
![инфракрасный нелинейно-оптический материал, патент № 2231817](/images/patents/237/2231031/949.gif)
![инфракрасный нелинейно-оптический материал, патент № 2231817](/images/patents/237/2231031/949.gif)
![инфракрасный нелинейно-оптический материал, патент № 2231817](/images/patents/237/2231031/949.gif)
![инфракрасный нелинейно-оптический материал, патент № 2231817](/images/patents/237/2231003/955.gif)
![инфракрасный нелинейно-оптический материал, патент № 2231817](/images/patents/237/2231003/955.gif)
![инфракрасный нелинейно-оптический материал, патент № 2231817](/images/patents/237/2231003/955.gif)
![инфракрасный нелинейно-оптический материал, патент № 2231817](/images/patents/237/2231003/955.gif)
![инфракрасный нелинейно-оптический материал, патент № 2231817](/images/patents/237/2231003/955.gif)
![инфракрасный нелинейно-оптический материал, патент № 2231817](/images/patents/237/2231003/955.gif)
Класс G02F1/35 нелинейная оптика