一种基于偶氮有机薄膜的光控定时开关系统.pdf

一种基于偶氮有机薄膜的光控定时开关系统，包括633nm激光器(3-1)、可调光强衰减器(3-2)、P1垂直偏振偏振片(3-3)、偶氮有机薄膜材料(3-4)、水平偏振P2偏振片(3-5)、光探测器(3-6)、数据采集卡(3-7)、计算机(3-8)、第一电子快门(3-9)及第二电子快门(3-14)、与水平方向成45度偏振的P3偏振片(3-10)、反射镜(3-11)、半透半反镜(3-12)、532nm激光器(3-13)、P4偏振片(3-15)、半波片(3-16)、光强可调衰减器(3-17)、光强可调衰减器(3-18)。使用该光控定时开关可以达到定时开启和定时关闭的功能。

1.  一种基于偶氮有机薄膜的光控定时开关系统，包括633nm激光器(3-1)、可调光强衰减器(3-2)、P1垂直偏振偏振片(3-3)、偶氮有机薄膜材料(3-4)、水平偏振P2偏振片(3-5)、光探测器(3-6)、数据采集卡(3-7)、计算机(3-8)、第一电子快门(3-9)及第二电子快门(3-14)、与水平方向成45度偏振的P3偏振片(3-10)、反射镜(3-11)、半透半反镜(3-12)、532nm激光器(3-13)、P4偏振片(3-15)、半波片(3-16)，光强可调衰减器(3-17)、光强可调衰减器(3-18)。其中：
从633nm激光器(3-1)发出的红色激光束探测光beam1经过可调光强衰减器(3-2)、P1偏振片(303)、偶氮有机薄膜材料(3-4)、P2偏振片后照射在光电探测器(3-6)上，进行光电转换，光电转换后的信号通过数据采集卡(3-7)后输入计算机(3-8)处理，从532nm激光器(3-13)发出的绿色激光束经过半透半反镜(3-12)后被分成反射和透射两束，反射的一束作为可调线偏振光束泵浦光beam3穿过光强可调衰减器(3-18)、第二电子快门(3-14)、P4偏振片(3-15)、半波片(3-16)后与可调线偏振光束beam1光束相交于偶氮有机薄膜材料(3-4)表面；透射的一束作为可调线偏振光束泵浦光beam2经反射镜(3-11)反射后，通过光强可调衰减器(3-17)、P3偏振片(3-10)和第一电子快门(3-9)后与探测光beam1和可调线偏振光束泵浦光beam3相交于偶氮有机薄膜材料上；从而形成了光控定时开关系统。

2.  依据权利要求1的基于偶氮有机薄膜的光控定时开关系统，其特征在0-180度可调线偏振光探测光beam1光束对照射偶氮有机薄膜。

3.  依据权利要求1的基于偶氮有机薄膜的光控定时开关系统，其特征在于0-180度可调泵浦光beam2可以是线偏振光光束，或可以是圆偏振光。

4.  依据权利要求1的基于偶氮有机薄膜的光控定时开关系统，其特征在于泵浦光beam3光束可以是线偏振光光束，或可以是圆偏振光。

一种基于偶氮有机薄膜的光控定时开关系统
技术领域
本发明属于光控定时开关装置领域，具体涉及一种基于偶氮有机薄膜的光控定时开关系统。
背景技术
目前已知的是，利用一束与水平方向成45度偏振的泵浦光beam2与一束穿过P1垂直起偏偏振片-样品-P2水平偏振片系统的探测光beam1相交于样品上的某一区域，实现利用泵浦光beam2的开启和关闭控制探测光beam1是否通过“P1垂直起偏偏振片-样品-P2水平偏振片”系统的功能。在阻断泵浦光beam2的情况下，由于P1和P2偏振方向互相垂直，探测光beam1透过P1后，偏振方向为垂直方向，由于P2是水平方向，所以在P2偏振片后面用光功率计是不能探测到探测光beam1的透射光强的。当打开泵浦光beam2的时候，由于样品的光异构化，偶氮分子被从基态激发到激发态，产生光折变双折射效应，并且被激发的分子在泵浦光beam2的作用下，偏振方向重新排列，这样就造成了经过P1后垂直偏振的探测光beam1光束在经过偶氮有机薄膜后在45度方向有了分量Ier，而且，这个Ier在沿着水平偏振P2的偏振透射方向有分量Iout，此时，在P2后面的光功率计上就能探测到有透射光强，随着时间的延长，透射光强达到饱和。这样就实现了开关的开启，从打开泵浦光beam2激发光到探测到探测光从零到光强饱和需要一定时间，我们定义为开关开启时间t1。达到饱和后，当阻断泵浦光beam2激发光时，样品分子由激发态自由热弛豫到基态，此时光异构化和双折射效应消失，在P2后面的光功率计不能探测到探测光beam1的透射光，此时我们认为开关关闭，从停止探测光beam1激发光到光功率计完全不能探测到探测光beam1的透射光需要一个过程，分子自由热弛豫时间较长，我们定义此过程是t2。为了缩短探测光beam1的关闭过程，有人在阻断泵浦光beam2激发光的的基础上，利用加入另一束线偏振光使其与泵浦光beam2同时作用时呈圆偏振光照射样品，这样被激发区域的极化分子加速从激发态向基态转化，达到了加速开关关闭的目的。当此开关关闭后，重新打开泵浦光beam2，在P2后面就可以探测到探测光beam1的投射光强，实现开关的重新开启。
但是，现有技术的光控开关只能达到瞬时开启和瞬时关闭的目的，不能达到定时开启和定时关闭的功能。因此开启和关闭时间的不可控是一个尚未解决的难题。
发明内容
针对现有光控开关的不足，本发明技术发明人进行多次实验及研究了提出了全新的光控定时开关装置，具体涉及一种基于偶氮有机薄膜的光控定时开关系统。本发明主要是在背景技术基础上加入第三束泵浦光beam3光束，通过偏振方向可控制的泵浦光beam3光束和泵浦光beam2光束的科学交替的使用来激发偶氮薄膜材料分子，实现对探测光beam1的导通或阻断的定时开关的目的。
依据本发明的基于偶氮有机薄膜的光控定时开关系统，包括633nm激光器3-1、可调光强衰减器3-2、P1偏振片(垂直偏振)3-3、偶氮有机薄膜材料3-4、P2偏振片(水平偏振)3-5、光探测器3-6、数据采集卡3-7、计算机3-8、第一电子快门3-9及第二电子快门3-14、与水平方向成45度偏振的P3偏振片3-10、反射镜3-11、半透半反镜3-12、532nm激光器3-13、P4偏振片3-15、半波片3-16、光强衰减器3-17、光强衰减器3-18。
其中从633nm激光器3-1发出的红色激光束探测光beam1经过可调光强衰减器3-2、P1偏振片3-3、偶氮有机薄膜材料3-4、P2偏振片后照射在光电探测器3-6上，进行光电转换，光电转换后的信号通过3-7数据采集卡后输入计算机3-8处理，从532nm激光器3-13发出的绿色激光束经过半透半反镜3-12后被分成反射和透射两束，反射的一束作为可调线偏振光束beam3穿过光强衰减器3-18、第二电子快门3-14、P4偏振片3-15、半波片3-16后与可调线偏振光束探测光beam1光束相交于偶氮有机薄膜材料3-4表面；透射的一束作为可调线偏振光束泵浦光beam2经光强衰减器3-17、反射镜3-11反射后，通过P3偏振片3-10和第一电子快门3-9后与探测光beam1和可调线偏振光束泵浦光beam3相交于偶氮有机薄膜材料上；从而形成了光控定时开关系统。
优选地，0-180度可调线偏振光泵浦光Beam2光束对照射偶氮有机薄膜。
优选地，利用半波片对实现0-180度可调泵浦光beam3线偏振光光束。
优选地，探测光beam1光束是线偏振光。
所述基于偶氮有机薄膜的光控定时开关系统使用一束泵浦偏振光照射偶氮有机薄膜，此偶氮有机薄膜放置在两个偏振方向互相垂直的偏振片中间。利用偶氮薄膜分子结构在光谱吸收带内的光子照射下的异构化、光致双折射效应，以及其偏振方向会趋向于沿着泵浦偏振光的偏振方向，从而利用两个0-180度可调线偏振光束泵浦光beam2和泵浦光beam3控制另一束探测光beam1是否能通过两个互相垂直的P1偏振片、P2偏振片及偶氮有机薄膜组成的光路系统的目的，实现定时开启和关闭。
附图简要说明
图1为实现光控开关定时开启和关闭的实验结果。
图2为实现光控开关定时开启的实验结果。
图3为依据本发明的实验装置图。
图4为依据本发明的机械结构立体图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明提出的基于偶氮有机薄膜的光控定时开关系统进行详细描述。
参考图3，依据本发明的基于偶氮有机薄膜的光控定时开关系统，包括633nm激光器3-1、可调光强衰减器3-2、P1偏振片(垂直偏振)3-3、偶氮有机薄膜材料3-4、P2偏振片(水平偏振)3-5、光探测器3-6、数据采集卡3-7、计算机3-8、第一电子快门3-9及第二电子快门3-14、与水平方向成45度偏振的P3偏振片3-10、反射镜3-11、半透半反镜3-12、532nm激光器3-13、P4偏振片3-15、半波片3-16、光强可调衰减器3-17、光强可调衰减器3-18。
附图3中的各部件的功能性位置关系如下：从633nm激光器3-1发出的红色激光束探测光beam1经过可调光强衰减器3-2，P1偏振片3-3，偶氮有机薄膜材料3-4，P2偏振片3-5后照射在光电探测器3-6上，进行光电转换，光电转换后的信号通过3-7数据采集卡后输入计算机3-8处理。从532nm激光器3-13发出的绿色激光束经过半透半反经镜3-12后被分成反射和透射两束，反射的一束作为泵浦光beam3穿过光强可调衰减器3-18、第二电子快门3-14、P4偏振片3-15、半波片3-16后与探测光beam1光束相交于偶氮有机薄膜材料3-4表面；透射的一束作为泵浦光beam2经反射镜3-11反射后，通过光强可调衰减器3-17、P3偏振片3-10和第一电子快门3-9后与探测光beam1和泵浦光beam3相交于偶氮有机薄膜材料上。从而形成了此光控定时开关系统。
经过多次实验，附图3中各部件在使用下述具体参数时，效果较优；具体为：
633nm激光器3-1：中心波长633nm，功率大于40毫瓦，TEM00模，发散角小于1.5毫弧度；
可调光强衰减器3-2：圆形渐变密度滤光片，光密度为0-3.0，适用波长0.4微米-0.7微米，直径50mm；
P1偏振片3-3，P2偏振片3-5，P3偏振片3-10，P4偏振片3-15：直径12.7mm，厚度4mm，适用波长0.4微米-0.7微米；
偶氮有机薄膜材料3-4：厚度45微米；
光电探测器3-6：硅光电池；
数据采集卡3-7：MP421，北京双诺测控技术有限公司生产，USB2.0高速采集模块，16路12位AD，速度：1000KHZ。开关量：16入/16出；
反射镜3-11：直径20mm，厚度4mm，镀铝膜，反射率99％；
532nm激光器3-13：中心波长532nm，功率大于100毫瓦，TEM00模，发散角小于1.2毫弧度；
第一电子快门3-9及第二电子快门3-14、：是精密电子定时器及快门，大恒新纪元科技股份有限公司GCM-7101M，定时时间：0.1秒to 999.9秒；定时精确度：0.05秒；
半波片3-16：532nm波长半波片，直径10mm。
光强可调衰减器3-17，光强可调衰减器3-18：光功率在0-100毫瓦可调。
参考图4，示出了依据本发明的机械结构立体图。其中基于偶氮有机薄膜的光控定时开关系统包括633nm激光器4-1，P1偏振片(垂直偏振)4-2，偶氮有机薄膜材料4-3，P2偏振片(水平偏振)4-4，光探测器4-5，P3偏振片(于水平方向成45度偏振)4-6，快门4-7、4-11，反射镜4-8，半透半反镜4-9，532nm激光器4-10，P4偏振片4-12，532nm半波片4-13、光强可调衰减器4-14、光强可调衰减器4-15。
附图4中的各部件的功能性位置关系如下：从633nm激光器4-1发出的红色激光探测光束beam1经过P1偏振片4-2，偶氮有机薄膜材料4-3，P2偏振片4-4后照射在光电探测器4-5上，进行光电转换，光电转换后的信号通过数据采集卡后输入计算机处理。从532nm激光器4-10发出的绿色激光束经过半透半反经镜4-9后被分成反射和透射两束，反射的一束作为泵浦光beam3照射经光强可调衰减器4-15、电子快门4-11、P4偏振片4-12、半波片4-13后与探测光beam1光束相交于偶氮有机薄膜材料4-3表面；透射的一束作为beam2经反射镜4-8反射后，通过光强可调衰减器4-14、P3偏振片4-7和电子快门4-6后与探测光beam1和泵浦光beam3相交于偶氮有机薄膜材料上。从而形成了此光控定时开关系统。
具体地，根据本发明，一束633nm的He-Ne激光束探测光beam1通过一个包含垂直偏振片P1-偶氮有机薄膜-水平偏振片P2的装置，由一个光电探测器探测其透射光强。另一束532nm半导体激光束泵浦光beam2经过一个偏振方向与水平面成45度的偏振片P3后与探测光beam1光束相交于偶氮有机薄上的一个微小区域。探测光beam1和beam2两束光在水平面内成一夹角(0-90度)，Beam2是利用一个电子快门3-9阻断或者通过。泵浦光beam3光束也是一束532nm激光束，通过一个偏振方向水平放置的P4偏振片和一个半波片后同样照射在探测光beam1和泵浦光beam2相交的偶氮有机薄膜的微小区域，泵浦光beam3光束利用一个电子快门3-14阻断或者通过。通过这个系统就可以实现一个基于偶氮有机薄膜的全光定时开关。
所述基于偶氮有机薄膜的光控定时开关系统使用一束泵浦偏振光照射偶氮有机薄膜，此偶氮有机薄膜放置在两个偏振方向互相垂直的偏振片中间。利用偶氮薄膜分子结构在光谱吸收带内的光子照射下的异构化、光致双折射效应，以及其偏振方向会趋向于沿着泵浦偏振光的偏振方向，从而利用两个0-180度可调线偏振光束泵浦光beam2和泵浦光beam3控制另一束探测光beam1是否能通过两个互相垂直的P1偏振片、P2偏振片及偶氮有机薄膜组成的光路系统的目的，实现定时开启和关闭。
下面结合图1及图2，对基于偶氮有机薄膜的光控定时开关系统实现定时开启和定时关闭作出说明。
当开关开启，即探测光beam1在P2偏振片后面的光功率计达到饱和后(图1的A部分)，需要关闭时(图1的B部分)，在阻断泵浦光beam2同时，利用一束线偏振的beam3照射样品光异构化区域，线偏振光beam3的偏振方向可以从0度到180度任意定位。利用样品激发态分子能随着泵浦光beam3的偏振方向重新定向的结果实现控制开关定时关闭和重新开启的目的，从实验结果得出，因为泵浦光beam3的偏振方向不同，开启和关闭的时间不同，所以可以实现可控定时开启和关闭。
图1是实验结果。其中B部分黑色的BK线是传统方法没有加入beam3的自由热弛豫的结果。B部分其它颜色是加入泵浦光beam3后的数据线，每条代表不同的泵浦光beam3的偏振方向，当泵浦光beam3偏振方向在由0度向45度变化时，衰减变慢，角度越大衰减越慢，由45度向90变化时，衰减变快。其中0度和90度的情况衰减最快。我们通过不同的角度就能实现控制开关关闭的定时效果。
当beam3从0度和90度之间变化时，我们只能控制开关的关闭时间。当泵浦光beam3偏振方向从90度到180度之间变化时，我们得到了不同的结果，可以实现控制开关的开启时间定时的目的。图2是定时开启的实验结果。B部分其它颜色是加入泵浦光beam3后的数据线，其中BK黑线代表传统的没有泵浦光beam3的情况下自由热弛豫的曲线。每条代表不同的泵浦光beam3的偏振方向，当泵浦光beam3偏振方向在由90度向135度变化时，然后由于泵浦光beam3起到了激发光的作用，只是由于被泵浦光beam2激发了的被极化的分子的重新定向造成了P2后面光功率计探测到的透射光强首先衰减到最低值，衰减所需的时间非常短，然后再增强的结果。我们通过不同的泵浦光beam3的偏振角度就能实现控制开关重新开启的定时效果。
本发明的效果是可以方便的利用偶氮有机薄膜材料实现全光可控定时开关。即利用两束光的科学地偏振组合来控制另一束光按一定规律的通过和阻断。
另外，尽管结合附图已经清楚详细地描述了本发明提出的技术方案，但是参考本发明的优选实施例，本领域普通的技术人员可以理解，在不背离所附权利要求定义的本发明的精神和范围的情况下，可以在形式和细节中做出各种各样的修改。因此，所有参考本发明技术方案所做出的各种各样的修改，均应当落入本发明的保护范围之内。