ОПТИЧЕСКИЙ НАНОГЕНЕРАТОР
OPTICAL NANOGENERATOR

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.
1
2
3
i
i=1,2
1
2
Устройство состоит из источника постоянного оптического сигнала 1, входного оптического нановолоконного Y-разветвителя 2, четырехвыходного оптического нановолоконного Y-разветвителя 2, выходного оптического нановолоконного Y-разветвителя 2, двух телескопических нанотрубок 3, , (3 - внутренняя нанотрубка, 3 внешняя нанотрубка).
3
Выходом устройства является первый выход выходного оптического нановолоконного Y-разветвителя 2.
1
3
2
2
Выход источника постоянного оптического сигнала 1 подключен ко входу входного оптического нановолоконного Y-разветвителя 2, первый выход которого оптически связан со входом выходного оптического нановолоконного Y-разветвителя 2, а второй выход подключен ко входу четырехвыходного оптического нановолоконного Y-разветвителя 2. Первый, второй и третий выходы четырехвыходного оптического нановолоконного Y-разветвителя 2 являются поглощающими.
1
2
3
3
1
1
3
Телескопические нанотрубки 3, 3 расположены между четвертым выходом четырехвыходного оптического нановолоконного Y-разветвителя 2 и вторым выходом выходного оптического нановолоконного Y-разветвителя 2 по оси распространения их выходных оптических сигналов. В крайнем левом положении внутренней нанотрубки 3 разрывается оптическая связь между первым выходом входного оптического нановолоконного Y-разветвителя 2 и входом выходного оптического нановолоконного Y-разветвителя 2.
1
Под воздействием разности давлений световых потоков (разность оптических мощностей 1-5 ватт создает разность давлений 5-15 нН), внутренняя нанотрубка 3 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.
1
2
2
1
Оптический сигнал от источника постоянного оптического сигнала 1 с интенсивностью 8·I условных единиц (усл. ед), пройдя через входной оптический нановолоконный Y-разветвитель 2 и уменьшившись по интенсивности в два раза, поступает на вход четырехвыходного оптического нановолоконного Y-разветвителя 2. С четвертого выхода четырехвыходного оптического нановолоконного Y-разветвителя 2 оптический сигнал с интенсивностью I оказывает световое давление с левой стороны на внутреннюю нанотрубку 3.
1
3
3
1
Оптический сигнал с первого выхода входного оптического нановолоконного Y-разветвителя 2 с интенсивностью 4·I поступает на вход выходного оптического нановолоконного Y-разветвителя 2, 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 2 оптический сигнал с интенсивностью 2·I оказывает световое давление с правой стороны на внутреннюю нанотрубку 3.
1
1
3
Под действием разности световых давлений внутренняя нанотрубка 3 перемещается влево (в направлении меньшего светового давления), пока не перекроет оптическую связь между первым выходом входного оптического нановолоконного Y-разветвителя 2 и входом выходного оптического нановолоконного Y-разветвителя 2.
3
1
2
1
1
3
В результате оптические сигналы на втором выходе выходного оптического нановолоконного Y-разветвителя 2, перемещающий внутреннюю нанотрубку 3 влево и оптический сигнал на выходе устройства "Q" станут равными 0. Под давлением оптического потока с четвертого выхода четырехвыходного оптического нановолоконного Y-разветвителя 2 с интенсивностью I внутренняя нанотрубка 3 переместится вправо и восстановится оптическая связь между первым выходом входного оптического нановолоконного Y-разветвителя 2 и входом выходного оптического нановолоконного Y-разветвителя 2.
1
1
-15
-16
-9
-9
-10
Период колебаний внутренней нанотрубки 3 определяется массой внутренней нанотрубки 3(≈10-10 г), силой трения при ее движении (≈10 н) и составляет ≈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.