DE102012019706A1 - Optical isolators with spectral conversion of light and generation of laser radiation - Google Patents
Optical isolators with spectral conversion of light and generation of laser radiation Download PDFInfo
- Publication number
- DE102012019706A1 DE102012019706A1 DE201210019706 DE102012019706A DE102012019706A1 DE 102012019706 A1 DE102012019706 A1 DE 102012019706A1 DE 201210019706 DE201210019706 DE 201210019706 DE 102012019706 A DE102012019706 A DE 102012019706A DE 102012019706 A1 DE102012019706 A1 DE 102012019706A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- optical
- spectral
- radiation
- light
- optical isolator
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 145
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 title claims abstract description 131
- 230000005855 radiation Effects 0.000 title claims abstract description 112
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 46
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 26
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 22
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 20
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 15
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims description 12
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 claims description 11
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 9
- 239000007850 fluorescent dye Substances 0.000 claims description 9
- 239000002096 quantum dot Substances 0.000 claims description 8
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 6
- 239000000990 laser dye Substances 0.000 claims description 6
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 6
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 5
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims description 5
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 claims description 5
- 150000004760 silicates Chemical class 0.000 claims description 4
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 3
- 230000010365 information processing Effects 0.000 claims description 3
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 2
- 238000011953 bioanalysis Methods 0.000 claims 1
- 238000003271 compound fluorescence assay Methods 0.000 claims 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 claims 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 abstract description 9
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 20
- 230000009102 absorption Effects 0.000 description 18
- 229910052984 zinc sulfide Inorganic materials 0.000 description 12
- 229910052950 sphalerite Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 description 10
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 9
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 8
- UHYPYGJEEGLRJD-UHFFFAOYSA-N cadmium(2+);selenium(2-) Chemical compound [Se-2].[Cd+2] UHYPYGJEEGLRJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 description 7
- 125000002080 perylenyl group Chemical group C1(=CC=C2C=CC=C3C4=CC=CC5=CC=CC(C1=C23)=C45)* 0.000 description 6
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 6
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 5
- 239000004922 lacquer Substances 0.000 description 5
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 5
- CSHWQDPOILHKBI-UHFFFAOYSA-N peryrene Natural products C1=CC(C2=CC=CC=3C2=C2C=CC=3)=C3C2=CC=CC3=C1 CSHWQDPOILHKBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000009471 action Effects 0.000 description 4
- 239000002159 nanocrystal Substances 0.000 description 4
- -1 niobates Chemical class 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 238000006862 quantum yield reaction Methods 0.000 description 4
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 description 4
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 4
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N Ethyl acetate Chemical compound CCOC(C)=O XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000000149 argon plasma sintering Methods 0.000 description 3
- 239000000975 dye Substances 0.000 description 3
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 3
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 3
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 3
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 3
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 3
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 3
- SBIBMFFZSBJNJF-UHFFFAOYSA-N selenium;zinc Chemical compound [Se]=[Zn] SBIBMFFZSBJNJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 3
- 229910019655 synthetic inorganic crystalline material Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052693 Europium Inorganic materials 0.000 description 2
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 2
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 2
- ZLWLTDZLUVBSRJ-UHFFFAOYSA-K chembl2360149 Chemical compound [Na+].[Na+].[Na+].O=C1C(N=NC=2C=CC(=CC=2)S([O-])(=O)=O)=C(C(=O)[O-])NN1C1=CC=C(S([O-])(=O)=O)C=C1 ZLWLTDZLUVBSRJ-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 210000001072 colon Anatomy 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- OGPBJKLSAFTDLK-UHFFFAOYSA-N europium atom Chemical compound [Eu] OGPBJKLSAFTDLK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 2
- 238000012921 fluorescence analysis Methods 0.000 description 2
- GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N lithium niobate Chemical compound [Li+].[O-][Nb](=O)=O GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 2
- 229920000058 polyacrylate Polymers 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 2
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 2
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 description 2
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- YBNMDCCMCLUHBL-UHFFFAOYSA-N (2,5-dioxopyrrolidin-1-yl) 4-pyren-1-ylbutanoate Chemical compound C=1C=C(C2=C34)C=CC3=CC=CC4=CC=C2C=1CCCC(=O)ON1C(=O)CCC1=O YBNMDCCMCLUHBL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BUHVIAUBTBOHAG-FOYDDCNASA-N (2r,3r,4s,5r)-2-[6-[[2-(3,5-dimethoxyphenyl)-2-(2-methylphenyl)ethyl]amino]purin-9-yl]-5-(hydroxymethyl)oxolane-3,4-diol Chemical compound COC1=CC(OC)=CC(C(CNC=2C=3N=CN(C=3N=CN=2)[C@H]2[C@@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O2)O)C=2C(=CC=CC=2)C)=C1 BUHVIAUBTBOHAG-FOYDDCNASA-N 0.000 description 1
- LHENQXAPVKABON-UHFFFAOYSA-N 1-methoxypropan-1-ol Chemical compound CCC(O)OC LHENQXAPVKABON-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DJHGAFSJWGLOIV-UHFFFAOYSA-K Arsenate3- Chemical class [O-][As]([O-])([O-])=O DJHGAFSJWGLOIV-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- JPVYNHNXODAKFH-UHFFFAOYSA-N Cu2+ Chemical compound [Cu+2] JPVYNHNXODAKFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N Fe2+ Chemical compound [Fe+2] CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910005540 GaP Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004262 HgTe Inorganic materials 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- 230000005374 Kerr effect Effects 0.000 description 1
- 229910052765 Lutetium Inorganic materials 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910017672 MgWO4 Inorganic materials 0.000 description 1
- BKQMNPVDJIHLPD-UHFFFAOYSA-N OS(=O)(=O)[Se]S(O)(=O)=O Chemical class OS(=O)(=O)[Se]S(O)(=O)=O BKQMNPVDJIHLPD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002665 PbTe Inorganic materials 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052771 Terbium Inorganic materials 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005083 Zinc sulfide Substances 0.000 description 1
- 229910007709 ZnTe Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 150000004645 aluminates Chemical class 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000005287 barium borate glass Substances 0.000 description 1
- 229910002113 barium titanate Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 150000001642 boronic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce] GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003098 cholesteric effect Effects 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001431 copper ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011258 core-shell material Substances 0.000 description 1
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- FPHIOHCCQGUGKU-UHFFFAOYSA-L difluorolead Chemical compound F[Pb]F FPHIOHCCQGUGKU-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- UYAHIZSMUZPPFV-UHFFFAOYSA-N erbium Chemical compound [Er] UYAHIZSMUZPPFV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 229920001109 fluorescent polymer Polymers 0.000 description 1
- 150000004820 halides Chemical class 0.000 description 1
- 229910052747 lanthanoid Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002602 lanthanoids Chemical class 0.000 description 1
- LQFNMFDUAPEJRY-UHFFFAOYSA-K lanthanum(3+);phosphate Chemical compound [La+3].[O-]P([O-])([O-])=O LQFNMFDUAPEJRY-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- MEFBJEMVZONFCJ-UHFFFAOYSA-N molybdate Chemical compound [O-][Mo]([O-])(=O)=O MEFBJEMVZONFCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 150000004893 oxazines Chemical class 0.000 description 1
- RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);yttrium(3+) Chemical class [O-2].[O-2].[O-2].[Y+3].[Y+3] RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 235000021317 phosphate Nutrition 0.000 description 1
- 150000003013 phosphoric acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 239000004038 photonic crystal Substances 0.000 description 1
- 239000000049 pigment Substances 0.000 description 1
- FIADGNVRKBPQEU-UHFFFAOYSA-N pizotifen Chemical compound C1CN(C)CCC1=C1C2=CC=CC=C2CCC2=C1C=CS2 FIADGNVRKBPQEU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920005596 polymer binder Polymers 0.000 description 1
- 239000002491 polymer binding agent Substances 0.000 description 1
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 1
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 1
- WYOHGPUPVHHUGO-UHFFFAOYSA-K potassium;oxygen(2-);titanium(4+);phosphate Chemical compound [O-2].[K+].[Ti+4].[O-]P([O-])([O-])=O WYOHGPUPVHHUGO-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 230000009103 reabsorption Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000012552 review Methods 0.000 description 1
- 150000003346 selenoethers Chemical class 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 239000005368 silicate glass Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- VVNRQZDDMYBBJY-UHFFFAOYSA-M sodium 1-[(1-sulfonaphthalen-2-yl)diazenyl]naphthalen-2-olate Chemical compound [Na+].C1=CC=CC2=C(S([O-])(=O)=O)C(N=NC3=C4C=CC=CC4=CC=C3O)=CC=C21 VVNRQZDDMYBBJY-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 1
- 150000001629 stilbenes Chemical class 0.000 description 1
- 235000021286 stilbenes Nutrition 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004763 sulfides Chemical class 0.000 description 1
- XTQHKBHJIVJGKJ-UHFFFAOYSA-N sulfur monoxide Chemical class S=O XTQHKBHJIVJGKJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OCGWQDWYSQAFTO-UHFFFAOYSA-N tellanylidenelead Chemical compound [Pb]=[Te] OCGWQDWYSQAFTO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012780 transparent material Substances 0.000 description 1
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 1
- BPSIOYPQMFLKFR-UHFFFAOYSA-N trimethoxy-[3-(oxiran-2-ylmethoxy)propyl]silane Chemical compound CO[Si](OC)(OC)CCCOCC1CO1 BPSIOYPQMFLKFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LSGOVYNHVSXFFJ-UHFFFAOYSA-N vanadate(3-) Chemical class [O-][V]([O-])([O-])=O LSGOVYNHVSXFFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002966 varnish Substances 0.000 description 1
- 238000001429 visible spectrum Methods 0.000 description 1
- 150000003732 xanthenes Chemical class 0.000 description 1
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910019901 yttrium aluminum garnet Inorganic materials 0.000 description 1
- DRDVZXDWVBGGMH-UHFFFAOYSA-N zinc;sulfide Chemical compound [S-2].[Zn+2] DRDVZXDWVBGGMH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/20—Filters
- G02B5/208—Filters for use with infrared or ultraviolet radiation, e.g. for separating visible light from infrared and/or ultraviolet radiation
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/20—Filters
- G02B5/22—Absorbing filters
- G02B5/223—Absorbing filters containing organic substances, e.g. dyes, inks or pigments
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/20—Filters
- G02B5/22—Absorbing filters
- G02B5/226—Glass filters
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/20—Filters
- G02B5/28—Interference filters
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/20—Filters
- G02B5/28—Interference filters
- G02B5/281—Interference filters designed for the infrared light
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/20—Filters
- G02B5/28—Interference filters
- G02B5/283—Interference filters designed for the ultraviolet
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/20—Filters
- G02B5/28—Interference filters
- G02B5/285—Interference filters comprising deposited thin solid films
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/0126—Opto-optical modulation, i.e. control of one light beam by another light beam, not otherwise provided for in this subclass
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B2207/00—Coding scheme for general features or characteristics of optical elements and systems of subclass G02B, but not including elements and systems which would be classified in G02B6/00 and subgroups
- G02B2207/101—Nanooptics
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B2207/00—Coding scheme for general features or characteristics of optical elements and systems of subclass G02B, but not including elements and systems which would be classified in G02B6/00 and subgroups
- G02B2207/113—Fluorescence
Abstract
Optischer Isolator mit spektraler Lichtwandlung und Erzeugung von Laserstrahlung, umfassend einen eine räumliche Einheit bildenden spektralen Lichtwandler und spektralen Filter mit optischer Diodenfunktion, wobei auf den spektralen Lichtwandler auftreffende Strahlung von UV bis in den nahen infraroten Spektralbereich spektral länger wellig und/oder kürzer wellig als isotrope oder Laserstrahlung emittiert wird und den optischen Isolator in Vorwärtsrichtung optisch passiert und in Rückwärtsrichtung vollständig absorbiert oder blockt. Der neue Isolator funktioniert rein optisch und benötigt keine Betriebsspannung.Optical isolator with spectral conversion of light and generation of laser radiation, comprising a spatially unit forming spectral light transducers and spectral filters with optical diode function, wherein incident on the spectral light transducer radiation from UV to the near infrared spectral region spectrally longer wavy and / or shorter wavy than isotropic or laser radiation is emitted and the optical isolator in the forward direction optically passes and completely absorbed or blocked in the reverse direction. The new insulator works purely optically and requires no operating voltage.
Description
Die Erfindung betrifft die optische Kommunikations- und Computertechnik, die optische Informationsverabeitung und -Übertragung sowie die optische Laser- und Messtechnik.The invention relates to the optical communication and computer technology, the optical information processing and transmission and the optical laser and measurement technology.
Ein optischer Isolator, der auch als optische Diode bezeichnet wird, stellt ein optisches Bauelement dar, welches die Transmission von Licht bei einer definierten Wellenlänge- wie sie z. B. bei Laser vorliegt- oder in einem Wellenlängenbereich nur in einer Richtung (Vorwärtsrichtung) erlaubt und in entgegen gesetzter Richtung (Rückwärtsrichtung) weitgehend optisch undurchlässig ist (optisch unidirektionales Diodenverhalten). Optische Isolatoren sind in optischen Technologien unabkömmlich und dienen der Verhinderung optischer Rückkopplungen, die z. B. die Funktion von Laser empfindlich stören können und verhindern weitere Störungen optischer Systeme durch reflektiertes und gestreutes Licht.An optical isolator, which is also referred to as an optical diode, represents an optical component, which is the transmission of light at a defined wavelength - as z. B. laser present or in a wavelength range only in one direction (forward direction) allowed and in the opposite direction (reverse direction) is largely optically opaque (optically unidirectional diode behavior). Optical isolators are indispensable in optical technologies and serve to prevent optical feedback, the z. B. can disturb the function of laser sensitive and prevent further interference of optical systems by reflected and scattered light.
Die Funktionsweise der am häufigsten angewendeten optischen Isolatoren beruht auf dem in Faraday-Rotatoren genutzten magnetooptischen Faraday-Effekt und auf der Verwendung und Erzeugung von polarisiertem Licht. Legt man an einen-Faraday-Rotator ein magnetisches Feld, wird die Polarisation des Lichtes gedreht, wobei der erzeugte Rotationswinkel von der Stärke des Magnetfeldes und der Länge des Faraday-Rotators sowie vom Material des Rotators abhängt. Ein optischer Isolator nach dem Faraday-Effekt besteht aus drei Teilen: einen Lichteingangs-Polarisator, einen Faraday-Rotator und einen Lichtausgangs-Polarisator, wobei der Eingangspolarisator vertikal und der Ausgangspolarisator auf 45° polarisiert sind. In Vorwärtsrichtung sich ausbreitendes und auf den Eingangspolarisator auftreffendes Licht wird vertikal polarisiert und der sich anschließende Faraday-Rotator dreht die Polarisation des Lichtes um 45°, in dessen Folge das Licht in Vorwärtsrichtung den Isolator passieren kann. Sich in umgekehrter Richtung (Rückwärtsrichtung) ausbreitendes Licht dagegen wird zunächst durch den Analysator zu 45° polarisiert, während der dann folgende Faraday-Polarisator die Polarisation um 45° dreht. Auf diese Weise entsteht horizontal polarisiertes Licht, das den vertikal polarisierten Polarisator in umgekehrter Richtung zum größten Teil nicht durchdringen kann (
Im
Akustooptische Modulatoren werden gelegentlich auch als optische Isolatoren genutzt (
Optische Isolatoren, die ebenfalls rein optisch(all-optical) funktionieren und einen Dioden-Effekt zeigen, beruhen auf optisch nicht linearen Absorptionseigenschaften. Es werden dabei optische Schichten eines sättigbaren Absorbers (SA), der unter hoher Intensität eine Reduktion in seiner Absorption erfährt, mit Schichten eines umgekehrt sättigbaren Absorbers (RSA) mit reduzierter Transmission unter hohen Strahlungsintensitäten kombiniert (
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung neue optische Isolatoren für die optische Kommunikations- und Computertechnik, für die optische Informationsverarbeitung und -übertragung sowie für die Lasertechnik und weiter optische Technologien zu schaffen, die gegenüber dem Stand der Technik technische Vorteile und Vorzüge aufweisen, einfacher und kostengünstiger herzustellen und zu betreiben sind sowie die Nachteile des Standes der Technik beseitigen. Darüber hinaus sollen die neuen optischen Isolatoren zusätzlich Laserstrahlung erzeugen und eine spektrale Lichtwandlung realisieren sowie auch für nicht polarisiertes Licht geeignet sein. Die neuen optischen Isolatoren sollen rein optisch wirken und keine Betriebsspannungen benötigen. Sie sollen auch für die optische Freiraumtechnik (Free Space Optic) geeignet und in einem breiten Spektralbereich einsetzbar sein. Die vorliegende Erfindung stellt neue optische Isolatoren bereit, bei denen ein spektraler Filter und ein spektraler Lichtwandler als optische Komponenten zu einem eine räumliche Einheit bildenden neuen optischen Bauelement mit optischer Dioden- bzw. optischer Isolatorfunktion optisch und mechanisch fest verbunden sind, wobei die spektralen Eigenschaften des spektralen Filters und des spektralen Lichtwandlers so miteinander abgestimmt sind, dass auf den erfindungsgemäßen optischen Isolator in Vorwärtsrichtung auftreffende Lichtstrahlung(Anregungsstrahlung) mit definierter Wellenlänge (z. B. Laser) bzw. spektraler Bandbreite spektral gewandelt mit veränderter Wellenlänge den optischen Isolator passieren kann, während sie in Rückwärtsrichtung optisch absorbiert bzw. geblockt wird. Dabei können bereits im Herstellungsprozess des optischen Isolators eine der beiden Komponenten z. B. als Dünnschichtsysteme auf die jeweilig andere Komponente aufgebracht werden und dadurch eine optische und mechanische Verbindung zwischen dem spektralen Filter und dem spektralen Lichtwandler realisiert werden oder die beiden optischen Komponenten werden dauerhaft optisch miteinander verklebt.It is an object of the present invention to provide new optical isolators for optical communications and computer technology, for optical information processing and transmission as well as for laser technology and other optical technologies, which have technical advantages and advantages over the prior art, simpler and less expensive manufacture and operate and eliminate the disadvantages of the prior art. In addition, the new optical isolators should additionally generate laser radiation and realize a spectral conversion of light as well as be suitable for non-polarized light. The new optical isolators are designed to be purely optical and require no operating voltages. They should also be suitable for optical space technology (Free Space Optic) and be used in a wide spectral range. The present invention provides new optical isolators in which a spectral filter and a spectral light converter are optically and mechanically fixedly connected as optical components to form a unitary optical device having optical diode or optical isolator function, wherein the spectral characteristics of the Spectral filter and the spectral light converter are tuned to one another that on the optical isolator according to the invention incident forward light radiation (excitation radiation) with a defined wavelength (eg., Laser) or spectral bandwidth spectrally converted with changed wavelength can pass through the optical isolator, while it is visually absorbed or blocked in the reverse direction. It can already in the manufacturing process of the optical isolator one of the two components z. Example, as thin-film systems are applied to the respective other component and thereby an optical and mechanical connection between the spectral filter and the spectral light converter can be realized or the two optical components are permanently bonded together optically.
Die Funktion des neuen optischen Isolators beruht auf den spektralen Eigenschaften der bei der Erfindung verwendeten Filter- und Lichtwandler-Komponenten. Trifft gemäß
Zur spektralen Trennung von Anregungs- und Emissionsstrahlung sind steile Kantenverläufe zwischen Absorptions- bzw. Block- und Transmissionsbereich der spektralen Filter erforderlich. Aufgrund der starken optischen Absorption bzw. Blockung der Anregungsstrahlung durch den spektralen Filter wird auch die Anregungsstrahlung, die durch den spektralen Lichtwandler nur unvollständig absorbiert wird, ausreichend absorbiert bzw. geblockt. Spektrale Filter, die den Anforderungen der Erfindung genügen, sind Langpass-, Bandpass- und Kurzpassfilter, die die Anregungsstrahlung stark absorbieren (optische Dichte 2 bis 7, vorzugsweise 4) und/oder stark reflektieren aber die von dem spektralen Lichtwandler Wellenlängen verschobene Strahlung in hoher Transmission durchlassen (Transmission 80 bis 98%, vorzugsweise 95%). Dazu eignen sich z. B. Langpass-Kunststoff-Verbundfilter der Firma Schott mit extremer Flankensteilheit und sehr guten Absorptions- bzw. Transmissionseigenschaften im Absorptions- und Durchlassbereich oder Absorptionsfilter Blue IF 039 und Green IF 062 (Bandfilter mit Transmissionen zwischen 380 nm und 580 nm) sowie Gelb IF 022, Orange IF 041, Rot 090, Dunkelrot IF 091 mit Kantenwellenlängen (cut- an Wellenlänge) bei 490 nm 565 nm, 600 nm und bei 625 nm mit guten Absorptionseigenschaften und Transmissionen größer als 90% der Firma Schneider Optische Werke. Die Filter IF 090 und IF 091 haben auch im nahen infraroten (NIR)-Bereich von 650 nm bis 1900 nm eine hohe Transmission über 90% (Rot- und Schwarzgläser), während sie im sichtbaren Spektralbereich absorbieren. Die zu verwendenden Langpassfilter sind im länger welligen Spektralbereich oberhalb der Kantenwellenlänge optisch transparent, während Kurzpassfilter kürzer wellige Strahlung durchlassen und ab einer Kantenwellenlänge die Strahlung absorbieren oder blocken.For the spectral separation of excitation and emission radiation steep edge curves between absorption or block and transmission of the spectral filters are required. Due to the strong optical absorption or blocking of the excitation radiation by the spectral filter and the excitation radiation, which is absorbed only incompletely by the spectral light converter is sufficiently absorbed or blocked. Spectral filters which satisfy the requirements of the invention are long-pass, bandpass and short-pass filters which strongly absorb the excitation radiation (
Interferenz- und Dünnschichtfilter eignen sich besonders, wenn steile Kanten zwischen Block- und Durchlassbereich gefordert sind (im Falle von kleinen Stokes-Verschiebungen). Interferenzfilter nutzen den Interferenzeffekt zur Reflexion und Transmission der Strahlung in bestimmten Spektralbereichen. Die Blockung der Strahlung erfolgt hierbei nicht durch Absorption sondern durch Reflexion. Interferenzfilter zeichnen sich durch steile Spektralkurven, hohe Blockung und hohe Transmissionen aus. Sie sind bei der Erfindung aber nur dann einsetzbar, wenn die durch den Interferenzfilter reflektierte Strahlung zu keinen störenden Rückkopplungen im optischen System führt. Wenn die Anregungsstrahlung durch Laser erzeugt wird, sind sie im Allgemeinen nicht anwendbar. Ist es jedoch erforderlich, dass die Anregungsstrahlung zur Erhöhung der Effizienz der spektralen Lichtwandlung nach unvollständiger Absorption im spektralen Lichtwandler vom spektralen Filter in den Lichtwandler zurückreflektiert wird, sind Interferenzfilter als spektrale Filter gut geeignet.Interference and thin film filters are particularly useful when steep edges are required between the block and passband (in the case of small Stokes shifts). Interference filters use the interference effect to reflect and transmit the radiation in certain spectral ranges. The blocking of the radiation takes place here not by absorption but by reflection. Interference filters are characterized by steep spectral curves, high blocking and high transmissions. However, they can be used in the invention only if the radiation reflected by the interference filter does not lead to any disturbing feedbacks in the optical system. When the excitation radiation is generated by lasers, they are generally not applicable. However, if it is necessary for the excitation radiation to be reflected back to the light converter from the spectral filter to increase the efficiency of the spectral conversion of light after incomplete absorption in the spectral light converter, interference filters are well suited as spectral filters.
Zur Herstellung eines optischen Isolators nach der Erfindung bringt man in einer ersten Variante auf einen roten Kunststoff-Verbundfilter (Langpassfilter) mit einer Kantenwellenlänge von 600 nm eine Polymerlösung auf, die mit dem roten Perylen-Fluoreszenzfarbstoff RED-300 dotiert ist. Nach dem Verdampfen des Lösungsmittels erhält man als spektralen Lichtwandler eine rote Fluoreszenzschicht, die nach Anregung mit einer grünen Leuchtdiode rotes Fluoreszenzlicht im Spektralbereich um 620 nm als Emissonsstrahlung emittiert. Aufgrund seiner Filtereigenschaften kann die rote Emissionsstrahlung den Rot-Filter in Vorwärtsrichtung passieren, während die grüne Anregungsstrahlung in der roten Fluoreszenzschicht mehr oder weniger stark absorbiert wird und in Rückwärtsrichtung durch den Rot-Filter geblockt wird. Da der verwendete rote Perylen-Farbstoff auch als Laser-Farbstoff wirkt, wird mit der roten Fluoreszenzschicht auch Laserstrahlung im Spektralbereich zwischen 610 nm und 630 nm erzeugt, wenn sie mit der zweiten Harmonischen eines Neodym-Yttrium-Aluminium-Granat(YAG)-Lasers bei 532 nm angeregt wird. Die erzeugte rote Laserstrahlung passiert den optischen Isolator in Vorwärtsrichtung, während Streulicht von der 532 nm-Anregungsstrahlung in Rückwärtsrichtung geblockt wird. Gelbe Fluoreszenzschichten auf Perylenbasis mit dem Fluoreszenzfarbstoff Gelb 083 dienen als spektrale Lichtwandler, um die Strahlung einer blauen Leuchtdiode in den gelben Spektralbereich zu transformieren. Zur Realisierung des entsprechenden optischen Isolators bringt man gemäß
Statt dotierter Polymerschichten können auch mit Laser-Farbstoffen dotierte Polymerformkörper- z. B. als diskusartige Scheiben- als spektrale Lichtwandler genutzt werden und statt der Laser-Farbstoffe auf Perylen-Basis werden weitere Fluoreszenzfarbstoffe bzw. Laserfarbstoffe, wie z. B. Rhodamine, Xanthene, Oxazine, Pyromethene, Cuomarine, Stilbene und deren Mischungen zur Lichtwandlung und zur Erzeugung von Laserstrahlung unterschiedlichster Wellenlängen verwendet. Beim Einsatz der Fluoreszenzfarbstoffe in den neuen optischen Isolatoren ist ihre Fluoreszenzausbeute QY (Quantum Yield), die angibt, wie viel von der absorbierten Anregungsstrahlung prozentual als Emmissionsstrahlung (Fluoreszenzstrahlung) emittiert wird, von Bedeutung. Leistungsfähige Perylen-Fluoreszenzfarbstoffe und Laserfarbstoffe erreichen ein QY zwischen 95% und 100% und gestatten, dass die Anregungsstrahlung mit hoher Effizienz spektral gewandelt mit einer veränderten Wellenlänge den optischen Isolator passiert. Als spektrale Lichtwandler eignen sich auch sehr gut die roten und gelben Fluoreszenzsubstrate Hesaglas fluo red 5063-L und Hesaglas fluo yellow 5052-L von Topacryl, auf die man als spektrale Filter die optisch transparenten Farbstoffe Tamiya Color clear red TS-74-Lack und/oder clear orange TS-73 als Schichten aufbringt. Bestrahlt man die Isolatorkombination bestehend aus dem Hesaglas fluo red 5063-L als spektraler Lichtwandler und dem roten transparenten Tamiya-Lack clear red TS-74 als spektralen Filter mit einer blauen LED-Lampe erhält man in Vorwärtsrichtung (Fluoreszenzsubstrat der Lampe zugewandt) eine Transmission von 36% der eingestrahlten Intensität während in Rückwärtsrichtung (rote Tamiya-Farbstoffschicht der Lampe zugewandt) eine Transmission von 0,9% zu beobachten ist. Daraus ergibt sich für das Verhältnis D der Lichtintensitäten aus Vorwärts- und Rückwärtsrichtung ein Wert D = 40. D. h. in Vorwärtsrichtung geht 40mal mehr Licht in spektral gewandelter Form durch den Isolator als in Rückwärtsrichtung. Bei Bestrahlung des Isolators mit einer grünen LED-Lampe ergibt sich ein D-Wert von D = 26.Instead of doped polymer layers can also be doped with laser dyes Polymerformkörper- z. B. be used as a disc-like disk as a spectral transducers and instead of the laser dyes based on perylene other fluorescent dyes or laser dyes such. As rhodamines, xanthenes, oxazines, pyromethenes, cuomarins, stilbenes and their mixtures used for the conversion of light and for the generation of laser radiation of different wavelengths. When using the fluorescent dyes in the new optical isolators, their fluorescence yield QY (Quantum Yield), which indicates how much of the absorbed excitation radiation is emitted as emission radiation (fluorescence radiation), is of importance. Powerful perylene fluorescent dyes and laser dyes achieve a QY between 95% and 100% and allow the excitation radiation to pass spectrally with a changed wavelength at high efficiency and pass the optical isolator. The red and yellow fluorescence substrates Hesaglas fluo red 5063-L and Hesaglas fluo yellow 5052-L from Topacryl are also very well suited as spectral light transducers, onto which the optically transparent dyes Tamiya Color clear red TS-74 varnish and / or spectral filters are used. or clear orange TS-73 as layers. Irradiation of the insulator combination consisting of the Hesaglas fluo red 5063-L as a spectral light converter and the red transparent Tamiya lacquer clear red TS-74 as a spectral filter with a blue LED lamp results in a forward transmission direction (fluorescence substrate facing the lamp) of 36% of the irradiated intensity while in the reverse direction (red Tamiya dye layer of the lamp facing) a transmission of 0.9% is observed. The result for the ratio D of the light intensities from forward and backward direction is a value D = 40. D. h. in the forward direction, 40 times more light goes through the isolator in spectrally transformed form than in the reverse direction. Irradiation of the insulator with a green LED lamp results in a D value of D = 26.
Erfindungsgemäß eignen sich auch sehr gut fluoreszierende Phosphore bzw. Leuchtstoffe – vorzugsweise dispergiert in einer Polymermatrix – zur Herstellung der spektralen Lichtwandler in Dünnschichttechnologie mit down-conversion. Die dabei verwendeten Materialien haben den Vorteil, dass sie auch bei Anregungsstrahlungen hoher Energie und Leistung (leistungsstarke Laser) sowohl eine hohe Photostabilität als auch eine hohe QY (ca. 90%) aufweisen. Verwendung finden dabei Phosphore auf Basis von mit Selten-Erden und Metallen dotierte Phosphate, Silikate, Germanate, Oxide, Sulfide, Oxisulfide, Selenide, Sulfoselenide, Vanadate, Niobate, Arsenate, Tantalate, Wolframate, Molybdate, Halogenate, Nitride, Borate, Aluminate, Gallate und Halogenide (z. B. Leuchtstoffe der Firma Litec LLL Europium-2+-dotierte Silikate(S440 und FA 539, Europium dotierte Yttriumoxide (N78 rot/1N) und mit Cer und Terbium- dotierte Magnesiumaluminiumoxide (Leuchtstoffwerk Breitungen). Die verwendeten Leuchtstoffe liefern blaue, grüne und rote Emissionsstrahlung. In einer Vorzugsvariante liegen die genannten Phosphormaterialien auch als fluoreszierende Nanopartikel vor. Beispiele sind: Al2:Eu, YVO4:In, LnPO4:Ce, Tb; und ZnS:Ln, MgF2:In BaFCL:Sm, MgWO4:Sm, NaGdF4:Yb mit Ln = Lanthanide, wobei in der verwendeten Notation rechts vom Doppelpunkt ein oder mehrere Dotierelemente und links vom Doppelpunkt das Wirtsmaterial aufgeführt sind.Very well fluorescent phosphors or phosphors are also suitable according to the invention-preferably dispersed in a polymer matrix-for producing the spectral light converters in thin-film technology with down-conversion. The materials used have the advantage that they also have high photostability as well as high QY (about 90%) even with excitation radiation of high energy and power (high-performance lasers). Use is made here of phosphors based on rare earth metals and doped phosphates, silicates, germanates, oxides, sulfides, oxysulfides, selenides, sulfoselenides, vanadates, niobates, arsenates, tantalates, tungstates, molybdate, halogenates, nitrides, borates, aluminates, Gallates and halides (eg Litec LLL europium-2 + doped silicates (S440 and FA 539, europium doped yttrium oxides (N78 red / 1N) and cerium and terbium-doped magnesium aluminas (Leuchtungswerk Breitungen) Phosphors produce blue, green and red emission radiation, and in a preferred variant the phosphor materials mentioned are also present as fluorescent nanoparticles Examples are: Al 2: Eu, YVO 4: In, LnPO 4: Ce, Tb and ZnS: Ln, MgF 2: In BaFCL: Sm , MgWO4: Sm, NaGdF4: Yb with Ln = lanthanide, where in the notation used to the right of the colon one or more dopants and to the left of the colon, the host material are listed.
Erfindungsgemäß eignen sich weiterhin auch bevorzugt fluoreszierende Quantenpunkte (Quantum Dots, QDs) zur Herstellung der spektralen Lichtwandler effizient anwendbare optische Isolatoren. QDs haben Durchmesser von kleiner 100 nm, bevorzugt kleiner 10 nm. Die Größenverteilung der QDs hat Einfluss auf ihr Absorptions- und Fluoreszenzverhalten. Es ist daher möglich, die spektrale Lage der Absorption und der Fluoreszenz der QDs gezielt einzustellen. Insbesondere gestattet der Einsatz der QDs die Überlappung der Absorption mit der Fluoreszenz zu minimieren und auf diese Weise Reabsorptionsverluste (Eigenabsorptionen) in den spektralen Lichtwandlern klein zu halten oder vollständig zu verhindern mit Vorteil für die Effizienz des erfindungsgemäßen optischen Isolators. Bevorzugte Quantenpunkte sind gemäß der Erfindung halbleitende Materialien ausgewählt aus IAs, InP, GaAs, GaP, GaN, InGaAs, GaInP/InP, CdO, CdSe, CdS, CdSe/CdS, CdTeZnO, ZnS, ZnO, ZnSe, ZnSe, ZnTe, PbS, PbSe, PbTe, HgS, HgSe und HgTe. Die Quantenpunkte sind dabei auch dotiert: ZnO:M, ZnS:M, ZnSe:M, Cds:M, CdSe:M, mit M = Ag, Cu, Al, Mn, Ln. Fluoreszierende Nanopartikel und Quantenpunkte sind ebenfalls sehr photostabil und zeichnen sich durch einen großen Stokes-Shift aus mit Vorteil für eine gute spektrale Trennung zwischen Anregungs- und Emissionsstrahlung. Bei der Anwendung der QDs in den erfindungsgemäßen optischen Isolatoren kommen Polymer-Nanokomposite mit Vorteil für die Herstellungstechnologie der neue optischen Isolatoren in Betracht, in denen die QDs und Nanopartikel dispers bzw. kolloidal in Polymerfestkörpern, wie Polyacrylaten, Polystyren, Polyurethanen, halbleitenden Polymeren, Sol-Gel Matrizen, Ormoceren und Silikaten ohne Aggregatbildung fein verteilt sind. Zur Vermeidung der die optischen Eigenschaften beeinträchtigende Aggregationen muss die Oberfläche der QDs und Nanopartikel geeignet funktionalisiert bzw. gekappt sein (Kern-Schale-Strukturen). Zur Herstellung von beispielsweise fluoreszierenden ZnO-, ZnS-, ZnS:Mn- und CdSe/ZnS- bzw. CdSe/CdS-Nanokompositen werden die funktionalisierten QDs in geeigneten Monomeren gelöst und anschließend durch Polymerisation die fluoreszierenden Polymer-Nanokomposite als dünne Schichten oder Formkörper hergestellt. Als Polymermatrizen sind Polymethylmethacrylat (PMMA) und andere Acrylatpolymere besonders geeignet. CdSe/ZnS-PMMA-Nanokomposite weisen eine starke Fluoreszenzstrahlung bei 625 nm nach Anregung mit einem Argon-Laser mit einer Wellenlänge von 488 nm auf und sind als spektrale Lichtwandler in den erfindungsgemäßen optischen Isolatoren sehr gut einsetzbar. Aufgrund ihrer hohen Photostabilität eignen sich fluoreszierende QD's und Nanopartikel als Polymer-Nanokomposite auch sehr gut für die Anregung mit ultravioletter Strahlung(UV). ZnS:Mn- und ZnS:Cu-Nanopartikel in einer Polymer-Acrylat-Matrix emittieren als Formkörper und Schichten starke Strahlung bei 590 nm und 490 nm nach Anregung im UV im Spektralbereich von 325 nm bis 380 nm. Selten-Erden-Ionen dotierte Yttrium-Vanadium- und Lanthanphosphat-Nanophosphore (REN-X gelb, REN-X rot und REN-X grün) und SiC-Nanokristalle als fluoreszierende Polymer-Nanokomposite weisen eine starke Absorption im UV-Bereich von 250 nm bis 300 nm und zeigen starke Emissionen im blauen, grünen/gelben und roten Spektralbereich nach Anregung im kurzwelligen UV. Polymere Nanokomposite auf Basis von CdSe/ZnS in halbleitenden Polymeren sind auch effizient UV anregbar, z. B. bei 376 nm und erzeugen eine rote Fluoreszenz bei 624 nm mit einem Stokes-Verschiebung (Shift) von 248 nm. Auf diese Weise sind Absorptions- und Emissionsbande stark spektral getrennt, woraus eine sehr gering Eigenabsorption im spektralen Wandlermaterial folgt. Darüber hinaus lässt sich mit CdS/ZnS-Nanokristallen – eingebettet in eine Silikat-Sol-Gel-Matrix – durch Anregung mit einem Titan-Saphir-Laser bei 400 nm blaue Laserstrahlung erzeugen.Fluorescent quantum dots (quantum dots, QDs) for producing the spectral light converters can also be used according to the invention. QDs have diameters of less than 100 nm, preferably less than 10 nm. The size distribution of the QDs has an influence on their absorption and fluorescence behavior. It is therefore possible to set the spectral position of the absorption and the fluorescence of the QDs targeted. In particular, the use of QDs permits the overlap of absorption with fluorescence to be minimized and, in this way, to minimize or completely prevent reabsorption losses (inherent absorptions) in the spectral transducers, advantageously for the efficiency of the optical isolator of the present invention. Preferred quantum dots according to the invention are semiconducting materials selected from IAs, InP, GaAs, GaP, GaN, InGaAs, GaInP / InP, CdO, CdSe, CdS, CdSe / CdS, CdTeZnO, ZnS, ZnO, ZnSe, ZnSe, ZnTe, PbS, PbSe, PbTe, HgS, HgSe and HgTe. The quantum dots are also doped: ZnO: M, ZnS: M, ZnSe: M, Cds: M, CdSe: M, where M = Ag, Cu, Al, Mn, Ln. Fluorescent nanoparticles and quantum dots are also very photostable and are characterized by a large Stokes shift with advantage for a good spectral separation between excitation and emission radiation. When using the QDs in the optical isolators according to the invention, polymer nanocomposites are advantageously used for the production technology of the new optical isolators in which the QDs and nanoparticles are dispersed or colloidal in polymer solids, such as polyacrylates, polystyrenes, polyurethanes, semiconducting polymers, sol Gel matrices, Ormoceren and silicates are finely dispersed without aggregate formation. In order to avoid the aggregation impairing the optical properties, the surface of the QDs and nanoparticles must be appropriately functionalized or capped (core-shell structures). For the production of, for example, fluorescent ZnO, ZnS, ZnS: Mn and CdSe / ZnS or CdSe / CdS nanocomposites, the functionalized QDs are dissolved in suitable monomers and the polymer nanocomposites are subsequently produced by polymerization as thin layers or shaped bodies , As polymer matrices, polymethylmethacrylate (PMMA) and other acrylate polymers are particularly suitable. CdSe / ZnS PMMA nanocomposites have a strong fluorescence radiation at 625 nm after excitation with an argon laser with a wavelength of 488 nm and are very useful as spectral light transducers in the optical isolators according to the invention. Due to their high photostability, fluorescent QDs and nanoparticles as polymer nanocomposites are also very suitable for excitation with ultraviolet radiation (UV). ZnS: Mn and ZnS: Cu nanoparticles in a polymer-acrylate matrix emit strongly as radiation at 590 nm and 490 nm after excitation in the UV in the spectral range from 325 nm to 380 nm as shaped bodies and layers. Yttrium doped with rare-earth ions Vanadium and lanthanum phosphate nanophosphors (REN-X yellow, REN-X red and REN-X green) and SiC nanocrystals as fluorescent polymer nanocomposites show strong UV absorption from 250 nm to 300 nm and show strong emissions in the blue, green / yellow and red spectral range after excitation in the short-wave UV. Polymeric nanocomposites based on CdSe / ZnS in semiconducting polymers are also efficiently UV excitable, e.g. For example, at 376 nm and produce a red fluorescence at 624 nm with a Stokes shift of 248 nm. In this way, absorption and emission bands are strongly spectrally separated, resulting in a very low self-absorption in the spectral transducer material follows. In addition, with CdS / ZnS nanocrystals embedded in a silica sol-gel matrix, blue laser radiation can be generated by excitation with a titanium sapphire laser at 400 nm.
Laserstrahlung mit einer Wellenlänge von 532 nm ist auch gut als Anregungsstrahlung geeignet, Emissionsstrahlung in den für die optische Nachrichtenübertragung wichtigen NIR-Bereich (700 nm bis 2000 nm) zu erzeugen. Als spektraler Lichtwandler wird in diesem Anwendungsfall ein mit Neodym-3+-Ionen dotiertes Bariumboratglas eingesetzt, das nach Anregung Fluoreszenz-Emissionsstrahlung bei 900 nm, 1066 nm, und 1330 nm emittiert mit stärkster Emission bei 1066 nm. Als spektrale Filter verwendet man bei Emissionsstrahlung im NIR-Bereich Rot- und Schwarzgläser, die Strahlung im Bereich von 650 nm bis 2000 nm in hoher Transmission von über 90% durchlassen und die Anregungsstrahlung bei 532 nm stark blocken. Zur Erzeugung von Emissionsstrahlung im nahen infraroten Spektralbereich sind auch fluoreszierende Erbium-Ionen-Nanokristalle in einer Sol-Gel-Matrix aus Titandioxid und Glycidoxypropyltrimethoxysilan in einer Konzentration von 10 Gewichts-% und fluoreszierende PbMo4:Er-Kristalle geeignet. Die aufgezeigten Polymer-Nanokomposite und Kristalle zeigen eine starke Emission bei 1531 nm und 1550 nm nach Anregung mit einem Argon-Ionen-Laser bei 488 nm und nach Anregung bei 980 nm.Laser radiation with a wavelength of 532 nm is also well suited as excitation radiation to generate emission radiation in the NIR region (700 nm to 2000 nm), which is important for optical communication. In this application, the spectral light converter used is a barium borate glass doped with neodymium-3 + ions which, after excitation, emits fluorescence emission radiation at 900 nm, 1066 nm and 1330 nm with the strongest emission at 1066 nm. Spectral filters are used for emission radiation in the NIR range, red and black glasses that transmit radiation in the range of 650 nm to 2000 nm in high transmission of more than 90% and strongly block the excitation radiation at 532 nm. Fluorescent erbium-ion nanocrystals in a sol-gel matrix of titanium dioxide and glycidoxypropyltrimethoxysilane in a concentration of 10% by weight and fluorescent PbMo4: Er crystals are also suitable for generating emission radiation in the near infrared spectral range. The polymer nanocomposites and crystals shown show strong emission at 1531 nm and 1550 nm after excitation with an argon ion laser at 488 nm and after excitation at 980 nm.
Da der NIR-Spektralbereich von 700 nm bis 2000 nm für die optische Nachrichtenübertragung besonders wichtig ist, ist eine spektrale Lichtwandlung von NIR in das Sichtbare (up-conversion) oder auch innerhalb des NIR-Bereiches für den erfindungsgemäßen Isolator technisch sehr interessant. Als spektrale Filter dienen hierbei Kurzpassfilter, die den langwelligen Spektralanteil im NIR absorbieren und für das sichtbare Spektrum oder für kürzer wellige Anteile des NIR optisch transparent sind. Zur Realisierung eines optischen Isolators im genannten Spektralbereich sind optisch nichtlineare Kristalle, z. B. zur Erzeugung der zweiten Harmonischen oder von Summen- und Differenzfrequenzen, geeignet. Regt man den optisch nichtlinearen Kristall KTP (Kaliumtitanylphosphat) mit einem Neodym-YAG-Laser bei 1064 nm an, erhält man als Emissionsstrahlung grüne Laserstrahlung bei 532 nm als zweite Harmonische, die vom Kurzpassfilter durchgelassen wird, während die Anregungsstrahlung bei 1064 nm stark absorbiert wird. Bei der Herstellung des optischen Isolators wird der optisch nichtlineare Kristall auf den entsprechenden Kurzpassfilter mit einem optischen Kleber aufgebracht, wobei die in
Gemäß der Erfindung sind auch up-Konvertermaterialien, die infolge photonischer Prozesse Anregungsstrahlung im NIR-Bereich in kürzer wellige Emissionsstrahlung wandeln, sehr vorteilhaft. Sehr geeignet sind hierbei Selten-Erden basierte Phosphore wie z. B. Natrium-Yttrium-4-fluorid, dotiert mit 20% Erbium-3+-Ionen (NaYF4:20% Er3+) und weiteren Selten-Erden Ionen. Die als Pulver vorliegenden Materialien werden zur Herstellung des erfindungsgemäßen optischen Isolators in einem Polymerbinder als Schicht auf den Kurzpassfilter aufgebracht. Bestrahlt man die Wandlerschichten mit 1523 nm oder im Spektralbereich 1300 nm bis 1700 nm, erhält man Emissionsstrahlung bei 980 nm, 810 nm, 660 nm, und 550 nm. Grüne Emissionsstrahlung bei 550 nm und 526 nm erhält man auch an PbMo4:Er-Kristallen und BaTiO3:Er-Sol-Gel-Pulvern nach Einstrahlung bei 980 nm und 816 nm sowie 973 nm. Die erzeugte Emissionsstrahlung deckt damit einen breiten Spektralbereich ab. Verwendet man die anzuwendenden Phosphore als Nanopartikel ist eine spektrale Lichtwandlung von 974 nm in blaue, grüne und rote Emissionsstrahlung möglich. Weitere effiziente up-Konverter-Materialien sind mit Erbium-, Yttrium- und Neodym dotierte Nanokomposite aus SiO2-Titandioxid Sol-Gel-Schichten. Der Konversiosprozess ist zu beobachten unter einer 808 nm Laserdiode und erzeugt grüne (526 nm) und rote (650 nm) Emissionen. Ebenfalls als Nanopartikel vorliegende Zinksulfid-Phosphore, dotiert mit Mangan-, Europium und Kupferionen gestatten, eine spektrale Lichtwandlung von 795 nm in den sichtbaren Spektralbereich. Infrarot anregbare Leuchtstoffe auf Basis von Selten Erden-Oxisulfid erzeugen Emissionsstrahlung bei 660 nm und 550 nm nach Anregung bei 980 nm oder auch nach Anregung im Spektralbereich zwischen 1500 nm und 1600 nm. Erbium- und Yttrium-dotierte Nanocomposite auf Basis transparenter Nanokristalle aus SiO2:PbF2 zeigen ebenfalls in optischen Isolatoren nutzbare up-conversion-Eigenschaften (von 980 nm in den sichtbaren Spektralbereich).According to the invention, up-converter materials which, as a result of photonic processes, convert excitation radiation in the NIR range into shorter-wave emission radiation, are also very advantageous. Very suitable here are rare-earth based phosphors such. Sodium yttrium-4-fluoride doped with 20% erbium-3 + ions (NaYF4: 20% Er3 +) and other rare earth ions. The present as a powder materials are applied to produce the optical isolator of the invention in a polymer binder as a layer on the short-pass filter. Irradiation of the transducer layers at 1523 nm or in the spectral range 1300 nm to 1700 nm gives emission radiation at 980 nm, 810 nm, 660 nm and 550 nm. Green emission radiation at 550 nm and 526 nm is also obtained on PbMo4: Er crystals and BaTiO3: Er sol gel powders after irradiation at 980 nm and 816 nm and 973 nm. The emission radiation thus generated covers a broad spectral range. If the phosphors to be used are used as nanoparticles, a spectral conversion of 974 nm into blue, green and red emission radiation is possible. Other efficient up-converter materials include erbium-, yttrium-, and neodymium-doped nanocomposites of SiO 2 -titanium dioxide sol-gel layers. The conversion process can be observed under an 808 nm laser diode and produces green (526 nm) and red (650 nm) emissions. Also available as nanoparticles zinc sulfide phosphors, doped with manganese, europium and copper ions allow a spectral conversion of 795 nm in the visible spectral range. Infrared excitable phosphors based on rare earth oxysulfide generate emission radiation at 660 nm and 550 nm after excitation at 980 nm or after excitation in the spectral range between 1500 nm and 1600 nm. Erbium- and yttrium-doped nanocomposites based on transparent nanocrystals of SiO2: PbF2 also show usable up-conversion properties in optical isolators (from 980 nm in the visible spectral range).
Die erfindungsgemäßen optischen Isolatoren haben gegenüber dem Stand der Technik große technische Vorteile, sind kostengünstig und einfach herzustellen und haben einen großen technischen Anwendungsbereich. Sie funktionieren auch mit nicht polarisiertem Licht, benötigen keine Betriebsspannungen und sind sowohl vom ultravioletten bis sichtbaren Spektralbereich als auch in dem für die optische Nachrichtenübertragung wichtigen nahen infraroten Bereich einsetzbar. Sie funktionieren rein optisch und haben daher bei ihrer Anwendung einen geringen Raumbedarf. Aufgrund der möglichen Dünnschichttechnologie bei ihrer Herstellung sind die erfindungsgemäßen optischen Isolatoren sowohl für großflächige Anwendungen als auch in der Mikrooptik sowie Lichtleitertechnik einsetzbar. Sie eignen sich sehr gut für die optische Freiraumtechnik (FSO). Gegenüber den akustooptischen Isolatoren weisen sie eine wesentlich größere Wellenlängenverschiebung zwischen Anregungs- und Emissionsstrahlung auf mit Vorteil bei der spektralen Trennung dieser Strahlungen.The optical isolators of the invention have great technical advantages over the prior art, are inexpensive and easy to manufacture and have a large technical scope. They also work with non-polarized light, do not require operating voltages and can be used from the ultraviolet to visible spectral range as well as in the near-infrared range important for optical communication. They work purely optically and therefore require little space when used. Due to the possible thin-film technology in their manufacture, the optical isolators according to the invention can be used both for large-scale applications as well as in micro-optics and optical fiber technology. They are very well suited for the optical free space technique (FSO). Compared to the acousto-optic isolators, they have a much greater wavelength shift between excitation and emission radiation with advantage in the spectral separation of these radiations.
Die erfindungsgemäßen optischen Isolatoren gestatten, neben ihrer Diodenfunktion gleichzeitig Laserstrahlung zu erzeugen und eine spektrale Lichtwandlung zu vollziehen. Dabei tritt die spektrale Lichtwandlung durch Fluoreszenz asymmetrisch auf, d. h. die Fluoreszenz ist richtungsabhängig. Nur in Vorwärtsrichtung tritt der Fluoreszenzeffekt auf und die Fluoreszenz-Anregungsstrahlung ist von der emittierten Fluoreszenzstrahlung optisch sehr gut getrennt, weil der spektrale Filter im optischen Isolator nur die Fluoreszenzstrahlung durchlässt. Diese Eigenschaften der erfindungsgemäßen Isolatoren kann mit Vorteil bei der Kennzeichnung von Geldscheinen, Dokumenten, Kreditkarten oder bei der Produktsicherheit genutzt werden, indem optische Isolatorschichtsysteme mit richtungsabhängiger Fluoreszenz als Sicherheitsmerkmale in die zu kennzeichnenden Produkte integriert werden. Bei der optischen Identifizierung der optischen Isolatoranordnungen als Sicherheitselemente ist die optische Trennung von Anregungs- und Fluoreszenzstrahlung vorteilhaft, weil sie ihre optische Auslesung stark erleichtert. Die Eigenschaft der exakten Trennung von Fluoreszenz-Anregungsstrahlung und emittierter Fluoreszenzstrahlung in den erfindungsgemäßen optischen Isolatoren findet auch vorteilhafte Anwendung in Fluoreszenz-Array-Platten in der Fluoreszenzanalytik in der biomedizinischen Analysetechnik.The optical isolators according to the invention allow, in addition to their diode function, to simultaneously generate laser radiation and to perform a spectral conversion of light. The spectral conversion of light by fluorescence occurs asymmetrically, d. H. the fluorescence is directional. Only in the forward direction does the fluorescence effect occur and the fluorescence excitation radiation is optically very well separated from the emitted fluorescence radiation, because the spectral filter in the optical isolator transmits only the fluorescence radiation. These properties of the insulators according to the invention can be used to advantage in the identification of bills, documents, credit cards or in product safety by optical isolator layer systems are integrated with directional fluorescence as security features in the products to be labeled. In the optical identification of the optical isolator arrangements as security elements, the optical separation of excitation and fluorescence radiation is advantageous because it greatly facilitates their optical readout. The property of the exact separation of fluorescence excitation radiation and emitted fluorescence radiation in the optical isolators according to the invention also finds advantageous application in fluorescence array plates in fluorescence analysis in biomedical analysis technology.
Dabei beschichtet man z. B. die Rückseite oder den Boden der Öffnungen einer 96-well-Array-Platte mit roten oder orange transparenten Farblacken (Tamiya Farblacke) als spektrale Filterschichten. Die in den Öffnungen der Array-Platten befindlichen zu analysierenden Fluoreszenzproben bilden dabei den spektralen Lichtwandler des optischen Isolators. Bei der Fluoreszenzanregung der Fluoreszenzproben mit einem blauen oder grünen Laser, wird die Strahlung der Anregungslaser durch die auf den Array-Platten befindlichen transparenten Farblackschichten geblockt und nur die Fluoreszenzstrahlung kann die Farblack-Schichten passieren und zum Nachweis-Detektor gelangen. Auf diese Weise ist es möglich, die Fluoreszenzanalyse mit einfachen technischen Mitteln ohne aufwändige Spektrometer-Technik durchzuführen.It is coated z. B. the back or the bottom of the openings of a 96-well array plate with red or orange transparent color lakes (Tamiya color lakes) as spectral filter layers. The fluorescence samples to be analyzed in the openings of the array plates form the spectral light converter of the optical isolator. In fluorescence excitation of the fluorescence samples with a blue or green laser, the radiation of the excitation laser is blocked by the transparent color coat layers located on the array plates and only the fluorescence radiation can pass through the color coat layers and reach the detection detector. In this way, it is possible to perform the fluorescence analysis by simple technical means without complex spectrometer technique.
Überraschenderweise hat sich auch gezeigt, dass man die erfindungsgemäßen optischen Isolatoren sehr effizient als spektrale Lichtwandler einsetzen kann. Bestrahlt man z. B. die Oberfläche des roten Fluoreszenzsubstrates (Fluoreszenzplatte) Hesaglas fluo red (Topacryl) mit blauen Leuchtdioden, erhält man aus dem Fluoreszenzsubstrat austretendes flächenhaftes rotes Licht mit einer Effizienz von 27%. Verwendet man dagegen eine optische Isolatoranordnung, indem man auf das Fluoreszenzsubstrat den transparenten roten Farblack Tamiya Color, Clear Red TS-74 mit einer Schichtdicke von ca. 100 μm als spektralen Filter aufbringt, ist durch Fluoreszenzwandlung erzeugte rote Strahlung mit einer Effizienz von 40% zu beobachten. Die Effizienz der spektralen Lichtwandlung blau in rot kann auf 45% erhöht werden, wenn statt Clear-Red-Schichten Tamiya Clear Orange TS-73-Schichten auf das Fluoreszenzsubstrat aufbringt. Surprisingly, it has also been shown that the optical isolators according to the invention can be used very efficiently as spectral light converters. Irradiated z. B. the surface of the red fluorescent substrate (fluorescence plate) Hesaglas fluo red (Topacryl) with blue LEDs, one obtains from the fluorescent substrate emerging areally red light with an efficiency of 27%. On the other hand, if an optical isolator arrangement is used by applying the transparent red color Tamiya Color, Clear Red TS-74 with a layer thickness of about 100 μm as the spectral filter to the fluorescence substrate, red radiation generated by fluorescence conversion is at an efficiency of 40% observe. The efficiency of blue spectral conversion from red to red can be increased to 45% by applying Tamiya Clear Orange TS-73 layers to the fluorescence substrate instead of clear-red layers.
Die Fluoreszenzwandlung durch optische Isolatoren funktioniert dabei in beliebigen Frequenzbereichen und kann beispielsweise bei der spektralen Lichtwandlung (Lichtkonversion) zur Erzeugung von farbigen oder weißen Licht in Leuchtdioden angewendet werden. Zur Lichtkonversion unter Anwendung der erfindungsgemäßen Isolatoranordnung in Leuchtdioden bringt man zunächst Konverterplättchen oder -schichten aus Phosphoren oder Fluoreszenzfarbstoffen als spektrale Lichtwandler auf das Licht emittierende Bauelement und beschichtet das Konverterplättchen zur Vervollständigung des optischen Isolators anschließend mit einer optisch transparenten spektralen Filterschicht. Als spektrale Filterschichten sind beispielsweise Tamiya Clear Orange TS-73 oder Tamiya Clear Red TS-74 sehr gut geeignet, während als Konvertermaterialien Phosphore auf Selten Erden-Basis, Fluoreszenzfarbstoffe aus Perylenen oder auch Fluoreszenzpigmentlacke (Signalrot) günstige Verwendung finden. Die beschriebenen Isolatoranordnungen haben insbesondere Vorteile bei der Erzeugung von farbigen und weißem Licht in Leuchtdiodenanordnungen. Durch gezielte Einstellung der Transmission der spektralen Filterschichten kann die spektrale Zusammensetzung der Leuchtdiodenstrahlung technisch einfach festgelegt werden.The fluorescence conversion by optical isolators works in any frequency ranges and can be applied for example in the spectral conversion of light (light conversion) for generating colored or white light in light-emitting diodes. For light conversion using the insulator arrangement according to the invention in light emitting diodes first brings converter plates or layers of phosphors or fluorescent dyes as spectral light converter to the light-emitting device and then coated the converter plate to complete the optical isolator with an optically transparent spectral filter layer. For example, Tamiya Clear Orange TS-73 or Tamiya Clear Red TS-74 are very well suited as spectral filter layers, while rare earth-based phosphors, fluorescent dyes of perylenes or fluorescent pigment coatings (signal red) are used as converter materials. The insulator arrangements described have particular advantages in the production of colored and white light in light emitting diode arrangements. By selective adjustment of the transmission of the spectral filter layers, the spectral composition of the LED radiation can be determined technically simple.
Ausführungsbeispieleembodiments
- 1. Zur Herstellung eines großflächigen optischen Isolators für Strahlung mit einer aus blauen Leuchtdioden bestehenden Lampe bringt man auf ein optisches Substrat aus eisenfreiem Silikatglas, Licht leitendem Kunststoff oder Quarzglas mit den Abmessungen von 100 mm mal 100 mm zunächst eine gelbe Fluoreszenzschicht auf. Die Fluoreszenzschicht wird hergestellt, indem der gelbe Fluoreszenzfarbstoff Gelb 083 in einer Polymerlösung, bestehend aus 15% Athyl-Methacrylat-Kopolymer (Paraloid 72) aufgelöst in Ethylacetat oder Methoxypropanol, gelöst wird, wobei maximal ein Gramm Gelb 083 auf ein Liter Lösung kommen. Die mit Fluoreszenzgelb dotierte Polymerlösung wird mit Hilfe einer Sprüh- oder Gießtechnik oder auch mit spin-coating auf die optischen Substrate aufgebracht und das Lösungsmittel bei 50°C verdampft und die Schichten getrocknet. Es entsteht auf diese Weise eine als spektraler Lichtwandler wirkende gelbe Fluoreszenzschicht im Dickenbereich zwischen 50 Mikrometer und 200 Mikrometer auf dem optischen Substrat. Als spektralen Filter wählt man einen im blauen Spektralbereich hoch absorbierenden gelben Farblack mit einer optischen Dichte von 4 bis 6 abhängig von der Dicke der gelben Farblackschicht und bringt diesen Gelblack auf die der gelben Fluoreszenzschicht gegenüberliegenden Oberfläche des optischen Substrates auf. Auf diese Weise wird ein großflächiger optischer Isolator gebildet, der sich aus einer gelben Fluoreszenzschicht, aus einem optischen Substrat und aus einer gelben Farblackschicht zusammensetzt. Trifft in dieser Anordnung die Strahlung der blauen Leuchtdioden in Vorwärtsrichtung zuerst auf die gelbe Fluoreszenzschicht, so wird die blaue Strahlung effizient in gelbes Licht transformiert und kann nach Durchdringen des optischen Substrates die als spektraler Filter wirkende gelbe Farblackschicht passieren, weil der gelbe Farblack für gelbes Licht optisch transparent ist. Blaue Leuchtdioden-Strahlung, die zuerst in Rückwärtsrichtung auf die gelbe Farblackschicht trifft, wird aufgrund des Absorptionsverhaltens des gelben Farblackes vollständig absorbiert. Die gelbe Farblackschicht wirkt auf die blaue Strahlung wie eine schwarze Wand, während zuerst auf die Fluoreszenzschicht auftreffende blaue Strahlung mit veränderter Wellenlänge die Isolatoranordnung in hoher Transmission durchdringt. Der aufgezeigte optische Isolator wirkt als optische Diode, die in Vorwärtsrichtung blaue Strahlung mit veränderter Wellenlänge durchlässt, während die blaue Strahlung in Rückwärtsrichtung vollständig absorbiert wird.1. In order to produce a large-area optical isolator for radiation with a lamp consisting of blue light-emitting diodes, a yellow fluorescent layer is initially applied to an optical substrate made of non-ferrous silicate glass, light-conducting plastic or quartz glass measuring 100 mm by 100 mm. The fluorescent layer is prepared by dissolving the yellow fluorescent dye Yellow 083 in a polymer solution consisting of 15% ethyl methacrylate copolymer (Paraloid 72) dissolved in ethyl acetate or methoxypropanol, with a maximum of one gram of Yellow 083 per liter of solution. The polymer solution doped with fluorescence yellow is applied to the optical substrates by means of a spraying or casting technique or else by spin-coating, and the solvent is evaporated at 50 ° C. and the layers are dried. This results in a yellow fluorescent layer acting as a spectral light converter in the thickness range between 50 microns and 200 microns on the optical substrate in this way. As the spectral filter, a yellow color coat highly absorbing in the blue spectral range with an optical density of 4 to 6 is selected depending on the thickness of the yellow color coat and brings this gel black onto the surface of the optical substrate opposite the yellow fluorescent layer. In this way, a large-area optical isolator is formed, which consists of a yellow fluorescent layer, an optical substrate and a yellow color coat layer. If, in this arrangement, the radiation of the blue light emitting diodes in the forward direction first meets the yellow fluorescent layer, the blue radiation is efficiently transformed into yellow light and, after penetrating the optical substrate, the yellow color coat layer acting as a spectral filter can pass, because the yellow colored yellow light is optically transparent. Blue light-emitting diode radiation, which first hits the yellow color coat layer in the backward direction, is completely absorbed due to the absorption behavior of the yellow color coat. The yellow color coat layer acts on the blue radiation like a black wall, while blue radiation of changed wavelength striking the fluorescence layer first penetrates the insulator arrangement in high transmission. The illustrated optical isolator acts as an optical diode which transmits blue radiation of changed wavelength in the forward direction, while the blue radiation is completely absorbed in the reverse direction.
- 2. Zur Herstellung eines asymmetrischen spektral transparenten Fluoreszenzelementes mit optischer Isolatorwirkung und spektraler Lichtwandlung nimmt man ein rotes Fluoreszenzsubstrat Hesaglas fluo red 5063-L der Firma Topacryl mit der Dicke von 1 mm und den Abmessungen 110 mm mal 110 mm und bringt durch mehrfaches Sprühen einen orange spektral transparenten Farblack (Tamiya TS-73) als spektrale Filterschicht auf das Substrat auf. Nach Antrocknung des Farblackes wird der Farbauftrag nach einer Stunde wiederholt und der Lack bei ca. 40°C zwei Stunden getrocknet. In Vorwärtsrichtung (Fluoreszenzsubstrat der Lichtquelle zugewandt) tritt nach Bestrahlung mit blauen Leuchtdioden (Wellenlänge bei ca. 365 nm) 45% der eingestrahlten Intensität als rote Fluoreszenzstrahlung aus. In Rückwärtsrichtung (spektrale Filterschicht der Lichtquelle zugewandt) dagegen treten nur 0,8% der eingestrahlten Intensität aus.2. To produce an asymmetric spectrally transparent fluorescent element with optical isolator effect and spectral conversion of light, a red fluorescence substrate Hesaglas fluo red 5063-L from Topacryl with the thickness of 1 mm and the dimensions 110 mm by 110 mm and brings by multiple spraying an orange spectrally transparent colored lacquer (Tamiya TS-73) as a spectral filter layer on the substrate. After the color coat has dried, the paint application is repeated after one hour and the paint is dried at 40 ° C. for two hours. In the forward direction (fluorescent substrate facing the light source) occurs after irradiation with blue light-emitting diodes (wavelength at about 365 nm) 45% of the irradiated intensity as red fluorescence radiation. In the reverse direction (spectral filter layer facing the light source), however, occur only 0.8% of the incident intensity.
- 3. Zur Anwendung des optischen Isolators in der Sicherheitstechnik geht man von einem optisch transparenten Substrat -z. B. einer Klarsichtfolieaus, auf dessen Rückseite eine Licht streuende Struktur, z. B. bestehend aus einer stark streuenden Weißlack-Beschichtung (Photometer Paint), aufgebracht ist. Die Vorderseite des optischen Substrates wird dann mit einer optischen Isolatoranordnung – bestehend aus einer strukturierten Fluoreszenzlack-Schicht als Muster und Sicherheitsmerkmal und einer spektralen Filterschicht versehen. Zur optischen Auslesung bzw. Identifizierung des Sicherheitsmerkmals ist ein Teil der Vorderseite als Fenster gestaltet, durch das auftreffende Strahlung zur Rückseite des optischen Substrates geleitet wird und durch die dort angebrachte Licht streuende Struktur zu den Fluoreszenzlack-Muster auf der Vorderseite des Substrates gelangt, es optisch anregt und spektral gewandelt die spektrale Filterschicht durchdringt. Es entsteht ein Fluoreszenzmuster, das von der Vorderseite des optischen Substrates zu erkennen ist und damit der Auslesung des Sicherheitselementes dient. Durch die Kombination von Isolatoranordnung und Licht streuenden Strukturen ist es möglich, Sicherheitsmerkmale von der Vorderseite eines optischen Substrates auszulesen. Das ist z. B. von Vorteil, wenn man Sicherheitsetikette verwendet, die auf einer Seite aufgeklebt sind.3. The application of the optical isolator in safety technology is based on an optically transparent substrate -z. B. a transparent film, on the back of a light scattering structure, eg. B. consisting of a strongly scattering white paint coating (Photometer Paint), is applied. The front side of the optical substrate is then provided with an optical isolator arrangement consisting of a structured fluorescent lacquer layer as a pattern and security feature and a spectral filter layer. For optical readout or identification of the security feature, a part of the front side is designed as a window, is passed through the incident radiation to the back of the optical substrate and passes through the light-scattering structure attached there to the fluorescent paint pattern on the front of the substrate, it optically excites and spectrally converted penetrates the spectral filter layer. The result is a fluorescence pattern that can be seen from the front of the optical substrate and thus serves to read the security element. By combining insulator assembly and light scattering structures, it is possible to read security features from the front of an optical substrate. This is z. B. advantageous if you use security labels that are glued on one side.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- US 7961391 B [0003] US 7961391 B [0003]
- US 5808793 [0003] US 5808793 [0003]
- DE 69906325 T2 [0003] DE 69906325 T2 [0003]
- DE 69729230 T2 [0003] DE 69729230 T2 [0003]
- US 6462872 B2 [0003] US 6462872 B2 [0003]
- US 5917643 [0003] US 5917643 [0003]
- US 6208795 B1 [0003] US 6208795 B1 [0003]
- US 6480331 B1 [0003] US 6480331 B1 [0003]
- DE 69531716 T2 [0003] DE 69531716 T2 [0003]
- DE 69531385 T2 [0003] DE 69531385 T2 [0003]
- DE 69714248 T2 [0003] DE 69714248 T2 [0003]
- DE 102009016950 A1 [0003] DE 102009016950 A1 [0003]
- US 7701537 B [0004] US 7701537 B [0004]
- US 5559825 [0004] US 5559825 [0004]
Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
-
L. Feng, M. Ayache, J. Huang, Y-L. Xu, M.-H. Lu, Y. Fainman, A. Scherer „Nonreciprocal Light Propagation in a Silicon Photonic Chip „ Science 5 August 2011, Vol. 333 no. 6043 pp. 729–733 [0003] L. Feng, M. Ayache, J. Huang, YL. Xu, M.-H. Lu, Y. Fainman, A. Scherer "Nonreciprocal Light Propagation in a Silicon Photonic Chip"
Science 5 August 2011, Vol. 333 no. 6043 pp. 729-733 [0003] - http://de.wikipedia.org/wiki/Optischer_Isolator [0003] http://en.wikipedia.org/wiki/Optical_Isolator [0003]
- www.matthiaspospiech.de/files/studien/vortrag [0005] www.matthiaspospiech.de/files/studien/vortrag [0005]
- R. Philip, M. Anija, C. S. Yelleswarapu, D. V. G. L. N. Rao „Passive all-optical diode using asymmetric nonlinear absorption”, Applied Physics Letters 91, (2007), 141118-1 bis 141118-3 [0006] R. Philip, M. Anija, CS Yelleswarapu, DVGLN Rao "Passive all-optical diode using asymmetric nonlinear absorption", Applied Physics Letters 91, (2007), 141118-1 to 141118-3 [0006]
- S. V. Zhukowsky und A. G. Smirnow „All-optical diode action in asymmetric nonlinear multilayers with perfect transmisson resonances”, APS Journals, Physical Review A 83, 023818 (2011), publiziert 23. Februar 2011 [0006] SV Zhukowsky and AG Smirnov "All-optical diode action in asymmetric nonlinear multilayers with perfect transmisson resonance", APS Journals, Physical Review A 83, 023818 (2011), published February 23, 2011 [0006]
-
K. Gallo, G. Assanto, K. R. Parameswaran, M. M. Fejer „All-optical diode in a periodically poled lithium niobate waveguide”, Applied Physics Letters, Vol. 79, Number 3, 16. July 2001, pp. 314–316 [0006] K. Gallo, G.Assanto, KR Parameswaran, MM Fejer "All-optical diode in a periodically poled lithium niobate waveguide", Applied Physics Letters, Vol. 79,
Number 3, July 16, 2001, pp. 314-316 [0006] - D. Alexander, J. Bruce III, C. Zuhlke, B. Koch, R. Rudebusch, J. Deogun, H. Hamza „Demonstration of a nanoparticle-based optical diode”, Optical Letters, Volume 31, Issue 13, (2006), pp. 1957–1959 [0006] D. Alexander, J. Bruce III, C. Zuhlke, B. Koch, R. Rudebusch, J. Deogun, H. Hamza "Demonstration of a Nanoparticle-based Optical Diode", Optical Letters, Volume 31, Issue 13, (2006 ), pp. 1957-1959 [0006]
Claims (11)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE201210019706 DE102012019706A1 (en) | 2011-10-27 | 2012-10-08 | Optical isolators with spectral conversion of light and generation of laser radiation |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE201120107213 DE202011107213U1 (en) | 2011-10-27 | 2011-10-27 | Optical isolators with spectral conversion of light and generation of laser radiation |
| DE202011107213.8 | 2011-10-27 | ||
| DE201210019706 DE102012019706A1 (en) | 2011-10-27 | 2012-10-08 | Optical isolators with spectral conversion of light and generation of laser radiation |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE102012019706A1 true DE102012019706A1 (en) | 2013-05-02 |
Family
ID=45495478
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE201120107213 Expired - Lifetime DE202011107213U1 (en) | 2011-10-27 | 2011-10-27 | Optical isolators with spectral conversion of light and generation of laser radiation |
| DE201210019706 Withdrawn DE102012019706A1 (en) | 2011-10-27 | 2012-10-08 | Optical isolators with spectral conversion of light and generation of laser radiation |
Family Applications Before (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE201120107213 Expired - Lifetime DE202011107213U1 (en) | 2011-10-27 | 2011-10-27 | Optical isolators with spectral conversion of light and generation of laser radiation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (2) | DE202011107213U1 (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102013102482A1 (en) * | 2013-03-12 | 2014-10-02 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Optoelectronic component and method for producing an optoelectronic component |
| AT516164B1 (en) * | 2014-08-18 | 2016-03-15 | Tech Universität Wien | Optical diode |
Citations (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5559825A (en) | 1995-04-25 | 1996-09-24 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Photonic band edge optical diode |
| US5808793A (en) | 1996-01-17 | 1998-09-15 | Hewlett-Packard Company | Low-cost compact optical isolators |
| US5917643A (en) | 1993-03-12 | 1999-06-29 | Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. | Optical isolator |
| US6208795B1 (en) | 1999-03-19 | 2001-03-27 | Sugimura International Patent & Trademark Agency Bureau | Optical waveguide isolator |
| US6462872B2 (en) | 2000-03-22 | 2002-10-08 | Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. | Optical isolator |
| US6480331B1 (en) | 1999-11-10 | 2002-11-12 | Avanex Corporation | Reflection-type polarization-independent optical isolator, optical isolator/amplifier/monitor, and optical system |
| DE69714248T2 (en) | 1996-05-21 | 2003-07-03 | Agilent Technologies Inc | OPTICAL ISOLATOR |
| DE69906325T2 (en) | 1998-09-18 | 2004-02-19 | Minnesota Mining & Manufacturing Company, St. Paul | OPTICAL ISOLATOR |
| DE69531385T2 (en) | 1994-09-16 | 2004-04-22 | Ngk Insulators, Ltd., Nagoya | Manufacturing process for a material for broadband optical isolators |
| DE69531716T2 (en) | 1994-08-29 | 2004-07-15 | Agfa Corp. | Optical isolation method and apparatus |
| US7701537B2 (en) | 2004-09-03 | 2010-04-20 | Tokyo Institute Of Technology | Optical diode |
| DE102009016950A1 (en) | 2009-04-09 | 2010-10-14 | Jt Optical Engine Gmbh + Co. Kg | Optical isolator |
| US7961391B2 (en) | 2008-03-13 | 2011-06-14 | Finisar Corporation | Free space isolator optical element fixture |
-
2011
- 2011-10-27 DE DE201120107213 patent/DE202011107213U1/en not_active Expired - Lifetime
-
2012
- 2012-10-08 DE DE201210019706 patent/DE102012019706A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5917643A (en) | 1993-03-12 | 1999-06-29 | Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. | Optical isolator |
| DE69531716T2 (en) | 1994-08-29 | 2004-07-15 | Agfa Corp. | Optical isolation method and apparatus |
| DE69531385T2 (en) | 1994-09-16 | 2004-04-22 | Ngk Insulators, Ltd., Nagoya | Manufacturing process for a material for broadband optical isolators |
| US5559825A (en) | 1995-04-25 | 1996-09-24 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Photonic band edge optical diode |
| US5808793A (en) | 1996-01-17 | 1998-09-15 | Hewlett-Packard Company | Low-cost compact optical isolators |
| DE69729230T2 (en) | 1996-01-17 | 2005-06-23 | Agilent Technologies, Inc. (n.d.Ges.d.Staates Delaware), Palo Alto | Production of optical isolators |
| DE69714248T2 (en) | 1996-05-21 | 2003-07-03 | Agilent Technologies Inc | OPTICAL ISOLATOR |
| DE69906325T2 (en) | 1998-09-18 | 2004-02-19 | Minnesota Mining & Manufacturing Company, St. Paul | OPTICAL ISOLATOR |
| US6208795B1 (en) | 1999-03-19 | 2001-03-27 | Sugimura International Patent & Trademark Agency Bureau | Optical waveguide isolator |
| US6480331B1 (en) | 1999-11-10 | 2002-11-12 | Avanex Corporation | Reflection-type polarization-independent optical isolator, optical isolator/amplifier/monitor, and optical system |
| US6462872B2 (en) | 2000-03-22 | 2002-10-08 | Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. | Optical isolator |
| US7701537B2 (en) | 2004-09-03 | 2010-04-20 | Tokyo Institute Of Technology | Optical diode |
| US7961391B2 (en) | 2008-03-13 | 2011-06-14 | Finisar Corporation | Free space isolator optical element fixture |
| DE102009016950A1 (en) | 2009-04-09 | 2010-10-14 | Jt Optical Engine Gmbh + Co. Kg | Optical isolator |
Non-Patent Citations (7)
| Title |
|---|
| D. Alexander, J. Bruce III, C. Zuhlke, B. Koch, R. Rudebusch, J. Deogun, H. Hamza "Demonstration of a nanoparticle-based optical diode", Optical Letters, Volume 31, Issue 13, (2006), pp. 1957-1959 |
| http://de.wikipedia.org/wiki/Optischer_Isolator |
| K. Gallo, G. Assanto, K. R. Parameswaran, M. M. Fejer "All-optical diode in a periodically poled lithium niobate waveguide", Applied Physics Letters, Vol. 79, Number 3, 16. July 2001, pp. 314-316 |
| L. Feng, M. Ayache, J. Huang, Y-L. Xu, M.-H. Lu, Y. Fainman, A. Scherer "Nonreciprocal Light Propagation in a Silicon Photonic Chip " Science 5 August 2011, Vol. 333 no. 6043 pp. 729-733 |
| R. Philip, M. Anija, C. S. Yelleswarapu, D. V. G. L. N. Rao "Passive all-optical diode using asymmetric nonlinear absorption", Applied Physics Letters 91, (2007), 141118-1 bis 141118-3 |
| S. V. Zhukowsky und A. G. Smirnow "All-optical diode action in asymmetric nonlinear multilayers with perfect transmisson resonances", APS Journals, Physical Review A 83, 023818 (2011), publiziert 23. Februar 2011 |
| www.matthiaspospiech.de/files/studien/vortrag |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE202011107213U1 (en) | 2011-12-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TWI699589B (en) | An electro-optical switching element and display devices | |
| DE69825251T2 (en) | POLARIZER AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY ELEMENT | |
| WO2018105545A1 (en) | Liquid crystal display element | |
| EP2994795B1 (en) | Device having two liquid crystal switching layers for regulating the passage of optical energy | |
| DE2847612B2 (en) | Fluorescent liquid crystal display device | |
| DE2432601C2 (en) | Device for modulating monochrome light | |
| DE3605516A1 (en) | OPTICAL FUNCTIONAL ELEMENT AND OPTICAL FUNCTIONAL DEVICE | |
| DE69830796T2 (en) | OPTICAL CONTROL METHOD AND DEVICE | |
| DE112010001875T5 (en) | Apparatus and method for converting incident radiation into electrical energy by upconversion photoluminescent solar concentrator | |
| DE112011100732T5 (en) | Electro-optical switching element and electro-optical display | |
| JP6638409B2 (en) | High color rendering liquid crystal display device and color filter | |
| EP2965147A2 (en) | Device for regulating the passage of energy | |
| JP6638408B2 (en) | High color rendering liquid crystal display device and color filter | |
| EP2243171A1 (en) | Production and applications of multifunctional optical modules for photovoltaic current generation and for lighting purposes | |
| DE69635494T2 (en) | OPTICAL CONTROL METHOD AND OPTICAL CONTROL DEVICE | |
| DE2837257A1 (en) | FLUORESCENCE LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE | |
| DE2554226B2 (en) | Radiation collector and compressor in the form of a fluorescent plastic plate | |
| US8736992B2 (en) | Wavelength-specific wide impinging angle limiter | |
| DE102012019706A1 (en) | Optical isolators with spectral conversion of light and generation of laser radiation | |
| EP2452215B1 (en) | Composition for producing a filter material for radiation, method for producing a composition for a filter material, material for filtering radiation, and an optoelectronic component comprising the material | |
| DE102019125646A1 (en) | Materials for enhancing the upconversion of near-infrared and / or visible radiation | |
| WO2014048669A1 (en) | Lighting device, backlighting for a display or a television, and display or television | |
| US20170138568A1 (en) | Wavelength Converting Composition, Wavelength Converting Structure, Luminescence Film Having the Wavelength Converting Structure, and Backlit Component Having the Wavelength Converting Composition | |
| DE112009000376T5 (en) | Device for generating harmonics | |
| WO2003009058A2 (en) | Electrically controllable light modulator |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R086 | Non-binding declaration of licensing interest | ||
| R084 | Declaration of willingness to licence | ||
| R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |