УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МНОГОСЛОЙНОГО ОПТИЧЕСКОГО ВОЛНОВОДА
DEVICE TO PRODUCE MULTILAYER OPTICAL WAVEGUIDE

Изобретение относится к технике изготовления многослойных полимерных оптических волноводов и может быть использовано при получении заготовок для производства многослойных оптических дисков, предназначенных для записи и хранения информации.
Известно устройство для получения многослойного оптического полимерного волновода на подложке (патент США №5317657, опубл. 31.05.1994, В29С 47/00), включающее резервуар, наполненный жидким полимерным материалом, и соединенный с резервуаром экструдер, на конце которого расположено сопло. Устройство включает также стол, выполненный с возможностью программируемого перемещения по двум взаимно перпендикулярным направлениям, на котором расположена подложка волновода, и систему контроля расстояния от выпускного отверстия сопла экструдера до подложки волновода. В данном устройстве жидкий полимерный материал под давлением из резервуара через сопло экструдера поступает на подложку, которая перемещается столом относительно экструдера по заданной траектории. Недостатком данного устройства является необходимость применения подложки, на которую наносится волновод. При изготовлении заготовок оптических дисков наличие подложки, имеющей значительную по сравнению с волноводным слоем толщину, приводит к ограничению количества возможных наносимых на нее волноводных слоев и к уменьшению потенциального объема информации, которая может быть сохранена на оптическом диске при его использовании. Кроме этого, известное устройство не обеспечивает возможности получения планарных волноводов с большим количеством слоев и высоким постоянством их толщины на большой площади, что является необходимым условием получения качественных заготовок для изготовления многослойных оптических дисков.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению и принятым за прототип является устройство для получения многослойного полимерного оптического волокна (патент РФ №2160798, опубл. 20.12.2000, G02B 6/18), содержащее блок подачи полимерных материалов с различными показателями преломления и экструдер, включающий фильерный комплект, который представляет собой набор из нескольких модулей, размещенных по вертикали друг за другом в едином корпусе, причем каждый модуль фильерного комплекта состоит из одной или нескольких наложенных последовательно друг на друга распределительных пластин с питающими каналами, фильерных пластин и собирающей пластины с коническим отверстием, являющимся выходным отверстием каждого модуля. В каждом модуле фильерные пластины расположены относительно друг друга с зазорами, соединяющими питающие каналы распределительных пластин с коническим отверстием собирающей пластины, причем боковые поверхности указанных зазоров выполнены коническими. Данное устройство обеспечивает получение высококачественных оптических волокон с большим количеством слоев постоянной толщины. Однако указанный прототип предназначен для изготовления многослойных полимерных волокон только круглого сечения и не может быть использован при производстве многослойных планарных волноводов, необходимых для получения заготовок многослойных оптических дисков.
Задачей изобретения является создание устройства для получения многослойного планарного оптического волновода.
Указанный технический результат в устройстве для получения многослойного оптического волновода, содержащем блок подачи полимерных материалов с различными показателями преломления и фильерный комплект в виде размещенных по вертикали в едином корпусе и наложенных последовательно друг на друга распределительной пластины с питающими отверстиями, по меньшей мере двух установленных с зазорами фильерных пластин и собирающей пластины с выпускным отверстием, достигается тем, что боковые поверхности фильерных пластин выполнены плоскими, а выпускное отверстие собирающей пластины выполнено в виде щели.
Кроме того, заявляемое устройство может дополнительно содержать систему обжима оптического волновода, установленную под выпускным отверстием собирающей пластины, которая включает по крайней мере одну пару параллельных горизонтально расположенных цилиндрических валов, выполненных с возможностью одновременного синхронного вращения в противоположных направлениях и установленных относительно друг друга таким образом, чтобы расстояние между их цилиндрическими поверхностями не превышало поперечного размера выпускного отверстия собирающей пластины.
Кроме того, заявляемое устройство может дополнительно содержать систему облучения оптического волновода светом с длиной волны λ, удовлетворяющей условию 380 нм<λ<550 нм.
В заявляемом устройстве блок подачи полимерных материалов содержит по меньшей мере две емкости, в которых находятся расплавы полимерных материалов с различными показателями преломления. Выходные отверстия указанных емкостей сопряжены с входными отверстиями распределительной пластины, которые питающими каналами соединены с боковыми зазорами между фильерными пластинами. Боковые зазоры между фильерными пластинами выполнены таким образом, что их толщины уменьшаются по направлению от распределительной пластины к собирающей пластине. Слои полимерных материалов, поступающие через зазоры между фильерными пластинами на щелевидное выпускное отверстие собирающей пластины, образуют монолитную плоскую струю.
Многослойный планарный волновод, предназначенный для получения заготовки оптического диска, должен иметь слои с различными показателями преломления и толщинами. При этом толщина световедущих слоев с большим показателем преломления должна составлять несколько десятков микрон, а толщина информационных слоев с меньшим показателем преломления должна составлять несколько микрон. На выпускном отверстии собирающей пластины многослойный планарный волновод имеет слои, толщины которых значительно превышают требуемые значения. Для формирования слоев надлежащей толщины многослойный планарный волновод после выхода из выпускного отверстия собирающей пластины направляют на систему обжима. В заявляемом устройстве эту систему предлагается выполнить в виде по крайней мере одной пары параллельных горизонтально расположенных цилиндрических валов, установленных с зазором и с возможностью одновременного синхронного вращения в противоположных направлениях. Монолитная плоская струя с полимерными слоями необходимой толщины после системы обжима охлаждается (отверждается) в виде многослойного оптического волновода и поступает на устройство штамповки заготовок оптических дисков. Для ускорения процесса отверждения в заявляемом устройстве на выходе системы обжима предлагается расположить систему облучения оптического волновода светом с длиной волны λ, удовлетворяющей условию 380 нм<λ<550 нм.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид устройства для получения многослойного планарного оптического волновода; на фиг.2 изображены два вида фильерного комплекта (вертикальный разрез на фиг.2а и горизонтальный разрез в аксонометрической проекции на фиг.2б); на фиг.3 - фильерная пластина, на фиг.4 - верхняя и нижняя поверхности распределительной пластины; на фиг.5 - собирающая пластина.
На фиг.1 показаны блок подачи полимерных материалов с различными показателями преломления 1 в виде двух емкостей, фильерный комплект 2, система обжима 3 и система облучения 4.
На фиг.2 представлены корпус фильерного комплекта 5, распределительная пластина 6, фильерные пластины 7, установленные с зазорами 8, собирающая пластина 9 с выпускным отверстием 10.
На фиг.3 показана фильерная пластина 7 с пропускными отверстиями 11 и плоскими боковыми поверхностями 12.
На фиг.4 изображена распределительная пластина 6 с питающими отверстиями 13 (фиг.4а - вид верхней поверхности распределительной пластины 6, фиг.4б - вид нижней поверхности распределительной пластины 6).
На фиг.5 изображена собирающая пластина 9 с выпускным отверстием 10 в виде щели.
Заявляемое устройство работает следующим образом. Из емкостей блока подачи полимерных материалов 1 расплавы полимерных материалов под давлением (с помощью шнека, поршня или давления инертного газа) поступают в питающие отверстия 13 распределительной пластины 6, затем расплавы полимерных материалов поступают в канавки на нижней плоскости распределительной пластины 6, которые сопряжены с боковыми зазорами 8 между наложенными последовательно друг на друга фильерными пластинами 7. Каждая отдельная фильерная пластина 7 представляет собой перевернутый усеченный клин с плоскими боковыми поверхностями 12, верхняя часть которого имеет пропускные отверстия 11, которые направляют расплавы полимерных материалов в зазоры 8 между фильерными пластинами 7. При прохождении через боковые зазоры 8 между фильерными пластинами плоские слои расплавов полимерных материалов равномерно сжимаются и собираются в единое целое с помощью выпускного отверстия 10 собирающей пластины 9. Далее многослойный планарный волновод поступает в зазор между валами системы обжима 3. Толщина зазора между валами примерно в 2 раза меньше толщины выпускного отверстия 10 собирающей пластины 9. После прохождения такой пары валов толщина многослойного планарного волновода в целом и толщина составляющих его слоев уменьшаются соответственно. При необходимости система обжима 3 заявляемого устройства может включать несколько аналогичных последовательно установленных пар валов с последовательным уменьшением зазора между валами вплоть до получения необходимой толщины многослойного оптического волновода. После прохождения системы обжима 3 многослойный планарный волновод поступает на систему облучения 4, состоящую, например, из пары излучателей на длине волны λ, удовлетворяющей условию 380 нм<λ<550 нм. При облучении полимерных слоев волновода происходит их ускоренное отверждение.
Среди известных из научной и технической литературы решений автором изобретения не обнаружены устройства для получения многослойного планарного оптического волновода, содержащие фильерный комплект с фильерными пластинами, боковые поверхности которых выполнены плоскими, и с собирающей пластиной, выпускное отверстие которой выполнено в виде щели, что свидетельствует о соответствии изобретения критерию новизны. Работоспособность заявляемого устройства проверена экспериментально. В рамках данного подхода обоснована достаточность существенных признаков для достижения технической цели, решаемой заявляемым устройством.
При оценке значимости изобретения для промышленного применения необходимо отметить, что заявляемое устройство обеспечивает получение многослойного планарного оптического волновода с высоким оптическим качеством слоев. Такие волноводы могут быть использованы в качестве заготовок при изготовлении многослойных оптических дисков для записи и хранения больших массивов информации.