專利名稱：在包含至少一種光敏分子材料的結(jié)構(gòu)中光誘導(dǎo)產(chǎn)生至少一種線性和/或非線性光學(xué)特性 ...的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在包含至少一種光敏分子材料的結(jié)構(gòu)中，通過(guò)光誘導(dǎo)產(chǎn)生至少一種線性和/或非線性光學(xué)特性的方法。
背景技術(shù)：
已經(jīng)公知，利用偏振相干光束進(jìn)行光誘導(dǎo)，可以控制例如聚合物或溶凝膠類無(wú)定形基體中分子的局部取向分布，從而改變它們某些線性或非線性光學(xué)特性的分布。
這些特性可以是折射率、吸收率、非線性的特別是二次和三次的極化率、電致或光致發(fā)光、光化學(xué)特性、光折射特性，等等……。
傳統(tǒng)上，為了讀和寫由相干光束的光誘導(dǎo)在分子材料中形成的線性或非線性特性，一般采用共同傳播結(jié)構(gòu)，其中讀的方向(即載著已有光學(xué)特性的光束離開材料的方向)與寫的方向(即用作光誘導(dǎo)的光束方向)是一致的。
術(shù)語(yǔ)“寫”此處是指構(gòu)造光敏材料的結(jié)構(gòu)，從而賦予它上述特性。
光誘導(dǎo)過(guò)程中最主要的困難是對(duì)寫光束的吸收，這是由一些約束條件決定的。由于效率的原因，要求所用條件必須是光譜諧振或準(zhǔn)諧振。
使用通常的共同傳播結(jié)構(gòu)獲得光誘導(dǎo)特性，需要滿足準(zhǔn)相位匹配限制條件，這就存在另一個(gè)困難，即準(zhǔn)相位匹配限制條件要求讀和寫的諧振波長(zhǎng)必須是一樣的(或利用更高次的非線性過(guò)程)。
這就導(dǎo)致讀過(guò)程中光被高度吸收，從而限制了作用長(zhǎng)度，在該作用長(zhǎng)度上可以達(dá)到光譜諧振吸收光束的穿透深度。
本發(fā)明的一個(gè)目的在于減少這些問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
為此目的，本發(fā)明提出了一種在至少包含一種光敏分子材料的結(jié)構(gòu)中，通過(guò)光誘導(dǎo)產(chǎn)生至少一種線性和/或非線性光學(xué)特性的方法。該方法中所述的結(jié)構(gòu)被多光子光束或至少兩條相干寫光束照射，從而改變上述分子材料的分子取向和/或分子特性，分子特性與其取向有一定的函數(shù)關(guān)系。
上述結(jié)構(gòu)的特征是一種約束結(jié)構(gòu)，其中寫光束平行于某一限定方向或是相對(duì)傾斜于這一限定方向。線性的和/或非線性的光學(xué)特性分布于這一約束結(jié)構(gòu)中，且至少有一種特性的分布方向垂直于上述限定方向。通過(guò)這種方法被光誘導(dǎo)的約束結(jié)構(gòu)適合一束或多束“讀”光束在此導(dǎo)向結(jié)構(gòu)中傳播，并具有由于光學(xué)作用而導(dǎo)致的特性。這些光學(xué)作用是由于一束或多束“泵浦”光束傳播或通過(guò)上述光誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生的。
對(duì)于被激活的材料，一條多光子光束能產(chǎn)生具有相同波長(zhǎng)，但在上述材料中傳遞不同能量的放射。
本發(fā)明提供了一種在至少包含一種光敏分子材料的結(jié)構(gòu)中，通過(guò)光誘導(dǎo)產(chǎn)生至少一種線性和/或非線性光學(xué)特性的方法，以及應(yīng)用上述結(jié)構(gòu)的方法。該方法中所述的結(jié)構(gòu)被多光子光束或至少兩條相干寫光束照射，從而改變上述分子材料的分子取向和/或分子特性，分子特性與其取向有一定的函數(shù)關(guān)系。
上述結(jié)構(gòu)的特征是一種約束結(jié)構(gòu)，其中寫光束平行于某一限定方向或是相對(duì)傾斜于這一限定方向。線性的和/或非線性的光學(xué)特性分布于這一約束結(jié)構(gòu)中，且至少有一種特性的分布方向垂直于上述限定方向。并且有一束或多束“泵浦”光束在上述光誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)中傳播或穿過(guò)，“泵浦”光束在上述結(jié)構(gòu)中的傳播或穿過(guò)能產(chǎn)生一種光學(xué)作用，使在光誘導(dǎo)約束結(jié)構(gòu)中沿導(dǎo)向結(jié)構(gòu)傳播的一束或多束“讀”光束具有一定的特性。
自然地，一束“泵浦”光束也能是一束讀光束。
根據(jù)本發(fā)明提供的方法，可以去寫線性光學(xué)特性而不受垂直于限定方向的方向限制，上述特性分布于這一限定方向上。
而且，寫光束的方向和度讀光束的方向是無(wú)關(guān)的。例如，這樣就可以遵從準(zhǔn)相位匹配的限制而沒(méi)有讀方向材料尺度的約束。例如，還可以在掃描過(guò)程中改變定義寫光束的一些參數(shù)，如偏振性和/或初相位。在這種情況下，可以從空間光譜諧振限制中分離出光譜諧振限制，光譜諧振限制是伴隨著寫過(guò)程，由于效率的原因，在光譜諧振或準(zhǔn)諧振的條件下產(chǎn)生的。而這種空間光譜諧振限制在讀過(guò)程中會(huì)限制設(shè)備的效率。
總體上，這樣可以不受讀方向尺度的限制，不破壞承載光學(xué)特性的分子，而實(shí)現(xiàn)光學(xué)特性連續(xù)分布或象素點(diǎn)式分布的永久光誘導(dǎo)。例如，對(duì)于n級(jí)感光性的空間張量分布(xn(r))，這里n是一個(gè)確定的整數(shù)，r表示結(jié)構(gòu)中某一點(diǎn)的矢量坐標(biāo)。
此外，本發(fā)明提供的方法在下述各種單個(gè)特征或其任意合理組合中都有著優(yōu)越性●約束結(jié)構(gòu)至少被一條寫光束掃描，至少一條寫光束的一個(gè)(或多個(gè))參數(shù)是上述結(jié)構(gòu)和上述掃描光束間相對(duì)位移的函數(shù)；●對(duì)掃描光束照射區(qū)域的寫過(guò)程被檢測(cè)，并且約束結(jié)構(gòu)和掃描光束間的相對(duì)位移根據(jù)檢測(cè)結(jié)果被控制；●寫光束通過(guò)一個(gè)透鏡照射，并且至少一條寫光束的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)是受控制的；●寫光束通過(guò)一個(gè)遮光板照射，并且至少一條寫光束的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)是受控制的；●寫光束通過(guò)一個(gè)全息照相結(jié)構(gòu)照射，并且至少一條寫光束的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)是受控制的；●一條或多條寫光束的一個(gè)控制參數(shù)是光束強(qiáng)度和/或偏振態(tài)和/或傳播方向和/或多條寫光束的空間重疊性和/或波長(zhǎng)和/或光束間相對(duì)相位；●一個(gè)參數(shù)是由對(duì)上述參數(shù)產(chǎn)生的干擾以及對(duì)該干擾統(tǒng)計(jì)特征的控制來(lái)控制的；●分子材料的溫度是受控制的；
●上述溫度是由一條能局部加熱的附加光束照射上述寫光束的入射點(diǎn)來(lái)控制的；●光誘導(dǎo)光束寫出一個(gè)準(zhǔn)相位匹配柵格來(lái)傳播泵浦光束和讀光束；●分子材料通過(guò)使用電場(chǎng)和/或加熱被預(yù)先取向；并且●約束結(jié)果是薄膜的一部分和/或沿讀光束傳播方向伸展的光導(dǎo)帶和/或讀光束沿環(huán)形傳播的微孔和/或光纖和/或這些元素的組合。


從下面的描述中可以看出本發(fā)明的一些其它特點(diǎn)和優(yōu)越性。這些描述是完全用作說(shuō)明的，且都是非限制的，應(yīng)該參考附圖加以閱讀。其中圖1是實(shí)施本發(fā)明所述方法的設(shè)備圖；和圖2a和2b表示本發(fā)明可能實(shí)施方案中的兩種制造偏振無(wú)關(guān)光導(dǎo)的途徑。
具體實(shí)施例方式
圖1所示裝置應(yīng)用幾何橫向照明來(lái)實(shí)現(xiàn)樣品1(薄膜、光導(dǎo)或其它復(fù)雜回路)的光誘導(dǎo)，組成樣品1的材料中某些分子在一定的光照條件下會(huì)重取向或發(fā)生改性。例如無(wú)定形的或溶凝膠材料，包括有電荷轉(zhuǎn)移的共軛非中心對(duì)稱分子，如在相反兩端分別被電子供體和電子受體所取代的重氮染料。
樣品1被安裝在支撐體2上，2被裝配在有一定旋轉(zhuǎn)和升降自由度的活動(dòng)臺(tái)架B上?？梢酝ㄟ^(guò)計(jì)算機(jī)5控制的3、4兩個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置來(lái)對(duì)支撐體2進(jìn)行微米(μm)范圍的旋轉(zhuǎn)和升降調(diào)節(jié)。計(jì)算機(jī)5控制著對(duì)樣品1的寫操作。
計(jì)算機(jī)5控制著各種光誘導(dǎo)參數(shù)，同時(shí)控制著一個(gè)光學(xué)單元6。光學(xué)單元6產(chǎn)生照射樣品1的光束。
圖中所示的例子是光誘導(dǎo)產(chǎn)生x2分布，共有3條光束。而“簡(jiǎn)并”結(jié)構(gòu)中光束可減少為2條，在這種“簡(jiǎn)并”結(jié)構(gòu)中，強(qiáng)度高的寫光束(例如，在紅外光區(qū)指的是“基波”光束)的波長(zhǎng)是強(qiáng)度低的寫光束(例如，在可見光區(qū)指的是“諧波”光束)波長(zhǎng)的兩倍。
單元6產(chǎn)生的光束照射著組成樣品1的基質(zhì)，照射方向相對(duì)垂直或傾斜于基質(zhì)所在平面。
計(jì)算機(jī)5控制著各種寫參數(shù)，使它們是上述基質(zhì)1位移的函數(shù)，因而可以連續(xù)地或象素點(diǎn)式地改變將通過(guò)光誘導(dǎo)產(chǎn)生的線性的或非線性的光學(xué)特性(對(duì)稱性、振幅、方位、各種幾何因素)。
為獲得特定xn分布而要控制的各種寫參數(shù)有光束強(qiáng)度；光束的偏振態(tài)；光束的相對(duì)相位；光束傳播方向；光束間的空間重疊；波長(zhǎng)；溫度，通過(guò)產(chǎn)生局部加熱的輔助激光束對(duì)基質(zhì)加熱；應(yīng)用于基質(zhì)的電場(chǎng)或磁場(chǎng)；等等。
這些參數(shù)可以通過(guò)與計(jì)算機(jī)5的計(jì)算值相一致來(lái)控制。
另一種情況，這些參數(shù)可以通過(guò)統(tǒng)計(jì)的方法來(lái)控制。
例如，為了控制相位，可以把一光學(xué)板置于一個(gè)托架上，托架相對(duì)于寫光束的方向可以改變，這樣就可以改變寫光束穿過(guò)光學(xué)板的光路長(zhǎng)度。
當(dāng)采用統(tǒng)計(jì)法時(shí)，由干擾發(fā)生器產(chǎn)生一固定干擾，由此干擾信號(hào)來(lái)控制托架上光學(xué)板的運(yùn)動(dòng)。
通過(guò)控制干擾的統(tǒng)計(jì)特征，尤其是方差，就會(huì)使被照射結(jié)構(gòu)中部分區(qū)域的分子產(chǎn)生統(tǒng)計(jì)上明顯的同向取向(光誘導(dǎo)干擾方差小的區(qū)域)，而部分區(qū)域的分子則是無(wú)序的，都無(wú)規(guī)取向(光誘導(dǎo)干擾方差大的區(qū)域)。
光學(xué)單元6包括一個(gè)參量振蕩器7，它由自身可調(diào)節(jié)的激光器8(如TiSa激光器)來(lái)進(jìn)行光學(xué)泵浦。在激光器8和參量振蕩器7之間是倍頻器或三倍器。這樣就能在參量設(shè)備的出口等到三種不同波長(zhǎng)的光束，其頻率分別為ωp，ωi，ωs。它們滿足關(guān)系式ωp＝ωi+ωs。
一束或多束寫光束用來(lái)進(jìn)行光誘導(dǎo)。
為了實(shí)現(xiàn)這一目的，整個(gè)裝置還有一個(gè)檢測(cè)單元10，包括一個(gè)光源11和一個(gè)探測(cè)器12，分別用來(lái)發(fā)射和探測(cè)波長(zhǎng)為ωc的檢測(cè)光，進(jìn)而鑒定光誘導(dǎo)產(chǎn)生的特性。鑒于此，可以使用一束寫光束，如ωi。
為了改變光束的強(qiáng)度，光學(xué)單元6包括一個(gè)由計(jì)算機(jī)5控制的可變衰減器。
光學(xué)單元6還包括散焦裝置，用以改變參量發(fā)生條件或把一束或多束寫光束的初始頻率加倍。
它還包括常規(guī)的偏振設(shè)備，以產(chǎn)生直線的、圓形的或橢圓的偏振態(tài)。
特別地，通過(guò)運(yùn)用適當(dāng)偏振設(shè)備產(chǎn)生的偏振態(tài)，在寫的階段能產(chǎn)生具有n個(gè)無(wú)規(guī)幾何特性光子的多重偏振結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)能與取向分子的對(duì)稱性相匹配，這些取向分子構(gòu)成分子物理多極化，以提高光誘導(dǎo)的效率并獲得良好的宏觀感光性。
它包括相位轉(zhuǎn)變?cè)O(shè)備，如不同厚度的分度盤。
值得注意的，計(jì)算機(jī)5控制著光束相對(duì)于樣品1的入射方向、入射點(diǎn)，以及與xn分布存在函數(shù)關(guān)系的光學(xué)單元6的各種參數(shù)。
自然地，實(shí)施本發(fā)明的一些其它裝置也是可以想象的。
特別地，實(shí)施本發(fā)明時(shí)可使用一個(gè)固定的樣品支撐裝置，例如只能在剛開始手動(dòng)操作時(shí)進(jìn)行粗略調(diào)節(jié)，而寫單元?jiǎng)t是可動(dòng)的。
另一種情況，可以使寫單元和樣品支撐部分都是固定的，光線通過(guò)一個(gè)或多個(gè)遮光板，或是光學(xué)器件如透鏡或全息照相結(jié)構(gòu)(一種能提供一系列諸如光柵或衍射斑點(diǎn)或其它合適的全息記錄的透明設(shè)備)，或光線被聲光設(shè)備所偏離，或其它設(shè)備。
任何情況下所引起的xn分布將在光誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生一種或多種線性的或非線性的光線特性。例如，特性在結(jié)構(gòu)中空間上均勻分布時(shí)，n＝1是周期性雙折射，n＝2是Pockels效應(yīng)(線性光電效應(yīng))；或者，如果基質(zhì)是帶狀光導(dǎo)，則有一系列的取向連續(xù)地平行或垂直于基質(zhì)，將出現(xiàn)三條光波復(fù)合效應(yīng)(產(chǎn)生諸如第二諧波，頻率的和與差，參量放大、發(fā)射和振蕩)。
舉個(gè)例子，使用沒(méi)有進(jìn)行光誘導(dǎo)，且具有Bragg鏡的Fabry Perot類結(jié)構(gòu)，并在此結(jié)構(gòu)中沿與準(zhǔn)相位匹配原則相一致的傳播方向上，空間周期性地光誘導(dǎo)出非線性特性(如二次方特性)，這樣就能得到一個(gè)參量振蕩器。沒(méi)有Bragg鏡的相似結(jié)構(gòu)形成一個(gè)單向參量放大器或發(fā)射器。
具有參量發(fā)射器或振蕩器的結(jié)構(gòu)應(yīng)用如下。一束被稱作“泵浦”光束的強(qiáng)光束在導(dǎo)向模式下射入該結(jié)構(gòu)，在已被光誘導(dǎo)出的非線性特性(如二次方特性)作用下，這束光產(chǎn)生兩束波長(zhǎng)更長(zhǎng)的光，即“信號(hào)”光束和“補(bǔ)”光束，它們都自行導(dǎo)向。這兩個(gè)信號(hào)將被作為兩個(gè)讀信號(hào)。
參量放大器使得信號(hào)和泵浦在結(jié)構(gòu)的入口處出現(xiàn)。于是結(jié)構(gòu)把信號(hào)光束放大，同時(shí)產(chǎn)生補(bǔ)光束。
然而另一個(gè)例子是在初始的Fabry Perot結(jié)構(gòu)中，光誘導(dǎo)得到一個(gè)激光器結(jié)構(gòu)，或是在沒(méi)有Bragg鏡或其它任何光學(xué)反饋設(shè)備的初始結(jié)構(gòu)中，光誘導(dǎo)得到一個(gè)放大器或光發(fā)射器結(jié)構(gòu)。
順便說(shuō)一下，F(xiàn)abry Perot結(jié)構(gòu)是一個(gè)帶狀光導(dǎo)結(jié)構(gòu)、光學(xué)纖維結(jié)構(gòu)或環(huán)形微孔結(jié)構(gòu)。
在此情況下，光誘導(dǎo)特性是一個(gè)線性特性，如產(chǎn)生激光增益的活化分子的平均取向(這種取向引起偏振放射)。
上述光誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)應(yīng)用如下。一束泵浦光束以導(dǎo)向模式或沿著結(jié)構(gòu)中相對(duì)平行或傾斜于一個(gè)限度方向的單向結(jié)構(gòu)方向入射。通過(guò)這種方式泵浦光束產(chǎn)生激光放射的波長(zhǎng)與導(dǎo)向模式或環(huán)形傳播的泵浦光束產(chǎn)生的激光放射的波長(zhǎng)不同。
而且，該結(jié)構(gòu)可以連續(xù)地結(jié)合各種非線性特性、光發(fā)射特性或激光特性(如自加倍激光，非線性轉(zhuǎn)換等)。
下面詳細(xì)敘述用光照調(diào)整光導(dǎo)組成的具體情況，這種光導(dǎo)的基質(zhì)上覆蓋了一層聚合物，用以產(chǎn)生非中心對(duì)稱的光電活性區(qū)。
這種光導(dǎo)可以由甲基丙烯酸甲酯和被分散的紅色染料(DR1)取代的甲基丙烯酸甲酯共聚物組成，共聚物中染料(DR1-MMA)的摩爾濃度比占30％，在波長(zhǎng)1.32μm時(shí)折射率是1.6。這種共聚物放置在表面覆蓋了3μm寬，0.9μm厚，7μm長(zhǎng)的氧化硅層的硅基質(zhì)上。光導(dǎo)外層包覆著一層0.3μm厚的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。
用于照射的激光是由釹和釔鋁石榴石(Nd3+YAG)脈沖源發(fā)射的波長(zhǎng)為1.064μm，頻率為30赫茲(Hz)，持續(xù)時(shí)間30皮秒(ps)的脈沖。
倍頻器9是II類結(jié)構(gòu)的二氘帶磷酸鉀晶體。具有上述波長(zhǎng)(頻率為ωp)的光束的光通量是5千兆瓦每平方厘米(GW/cm2)，而頻率為2ωp的光束的光通量是100兆瓦每平方厘米(MW/cm2)。兩種光束沿圓柱形透鏡在光導(dǎo)方向傳播。
光導(dǎo)的受照射長(zhǎng)度是0.6cm，照射時(shí)間為1小時(shí)。
在光誘導(dǎo)期間(例如漂白)分子可以改變特性。
特別地，當(dāng)照射光的強(qiáng)度超過(guò)某個(gè)變化閾值，分子就根據(jù)其取向態(tài)按控制方式改變結(jié)構(gòu)。
當(dāng)用類似DR1的二苯乙烯類(4-4’-二甲基氨基硝化二苯乙烯(DANS)分子)來(lái)代替DR1，在寫光束的作用下，產(chǎn)生不可逆的光異構(gòu)化特征，使得取向方式發(fā)生某一確定變化。
值得注意的，本發(fā)明提供的技術(shù)能很好地用光誘導(dǎo)產(chǎn)生二次非線性感光性(x2)的空間分布。
鑒于此，在某一特定方向的位移平行于樣品平面時(shí)(如光導(dǎo)方向)，寫光束的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)應(yīng)周期性的變化。其變化的空間周期等于2π/Δβ，它是由與讀過(guò)程傳播模式相一致的讀光波頻率下的折射指數(shù)偏差決定的。存在下面的關(guān)系式Δβ＝βωp-βωc-βωs，其中βω是相應(yīng)于角頻率為ω的讀過(guò)程傳播的有效波矢量，表達(dá)式是βω＝neffωω/c。這里neffω是模式的有效指數(shù)，ωp、ωc、ωs分別是泵浦光束以及由補(bǔ)光束和信號(hào)光束組成的兩束讀光束的頻率。
這就提供了一種光導(dǎo)，它的二次方特性作空間周期性變化，這一空間周期與讀過(guò)程相匹配，因此符合泵浦光束和讀光束頻率的準(zhǔn)相位匹配限制。
上述分布也可以通過(guò)相位遮光板或泵浦光束與讀光束的干涉(如頻率分別為ω和2ω的諧波光束和基波光束)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
例如，發(fā)明人用一束波長(zhǎng)488納米(nm)，功率150毫瓦(mW)，周期是15分鐘(min)的光束來(lái)穿過(guò)格間距為150μm的金遮光板進(jìn)行寫操作。聚合物首先在無(wú)電場(chǎng)的偏振方式下被均一取向，分子平均取向方向垂直于基質(zhì)，然后用穿過(guò)遮光板的光束照射，結(jié)果被照射的區(qū)域變成非取向態(tài)。這樣就可以使具有線性光學(xué)特性的區(qū)域(不包含任何非線性特性)和具有不同取向的非線性區(qū)域相互轉(zhuǎn)變。
用干涉光進(jìn)行寫操作，其高強(qiáng)度的干涉邊緣以單一的波長(zhǎng)照射樣品，其它波長(zhǎng)的光也均勻照射樣品。
結(jié)合各種寫過(guò)程和遮光板模式，可以實(shí)現(xiàn)一些其它模式下很難得到的新型組合，如不依賴于偏振的準(zhǔn)相位匹配光柵。
也可通過(guò)產(chǎn)生偏振來(lái)制得光誘導(dǎo)光柵，這些偏振態(tài)平行于頻率在ω和2ω間連續(xù)周期性變化的光場(chǎng)。
另一種方式，如果從光學(xué)單元6出來(lái)的三束光是共線性的，即具有相互平行偏振態(tài)的線性偏振，并且都垂直于基質(zhì)傳播，那么x2張量的絕大部分將平行于寫光束的公共偏振軸。如果沿垂直于公共偏振軸或預(yù)先伸展導(dǎo)向方向來(lái)掃描上述結(jié)構(gòu)，將得到一個(gè)TE模式的非線性結(jié)構(gòu)。
可以用聚焦圓柱透鏡或模型發(fā)生器(直線發(fā)生器)來(lái)代替掃描，且模型發(fā)生器能使大部分范圍被照射。
相似地，寫光束可以通過(guò)一條或多條光纖入射，這樣就只能對(duì)光纖末端進(jìn)行局部寫操作，并且在聚合物樣品上產(chǎn)生象素點(diǎn)式作用。
另一種方式，對(duì)某個(gè)光學(xué)參數(shù)，如相位轉(zhuǎn)移或?qū)懝馐駪B(tài)的旋轉(zhuǎn)(衰減)，把固定掃描和周期性變化相結(jié)合，則能得到與TE模式的準(zhǔn)相位匹配相一致的光導(dǎo)。
運(yùn)用上述技術(shù)，通過(guò)制造連續(xù)地或并列地光導(dǎo)向段結(jié)構(gòu)，可制得不依賴于偏振的調(diào)幅器，或其它任何產(chǎn)生信號(hào)的設(shè)備。這些光導(dǎo)向段按平行于基質(zhì)(TE模式)或垂直于基質(zhì)(TE模式)的方向取向，后一種取向通過(guò)電取向獲得。
對(duì)于波導(dǎo)結(jié)構(gòu)有兩個(gè)限定方向和一個(gè)光電功能，如果這兩個(gè)限定方向互相垂直，則光誘導(dǎo)的方向?qū)⒖赡芟鄬?duì)傾斜于這兩個(gè)限定方向。
這將使得分子在相對(duì)傾斜于限定方向取向，并同時(shí)產(chǎn)生TE模式和TM模式。對(duì)于光誘導(dǎo)使得r33＝r13的情況，更有利于傾斜方向光誘導(dǎo)。r33和r13是這一領(lǐng)域的習(xí)慣用法，它們表示線性光電張量的共效應(yīng)。
另外，當(dāng)約束結(jié)構(gòu)是有兩個(gè)限定方向的光導(dǎo)結(jié)構(gòu)時(shí)，第一部分沿著平行于第一限定方向被照射，第二部分沿著平行于第二限定方向被照射。此后又沿著平行于第一個(gè)限定方向，但初相位是π。其它依此類推。
這樣就可以在光導(dǎo)結(jié)構(gòu)的聚合物上寫出一連串的部分，分子的取向先是連續(xù)地垂直于第一個(gè)限定方向，然后是垂直于第二個(gè)限定方向。如果需要的話，接著是垂直于第一個(gè)限定方向的第一部分取向的相反方向，再是垂直于第二個(gè)限定方向的第二部分取向的相反方向。
值得注意的，這種光導(dǎo)組成的導(dǎo)向體是不依賴于偏振的，而且其優(yōu)點(diǎn)是極易付諸實(shí)施。
這種例子見圖2a和2b所示，附注13是光導(dǎo)，附注14是承載光導(dǎo)的基質(zhì)。
所提及的方法也可用于制造橫向取向的參量或激光微孔。
鑒于此，樣品應(yīng)置于兩個(gè)Bragg鏡之間，以便給它提供一高的諧振因子，使其沿垂直基質(zhì)的方向傳播。例如，高聚物通過(guò)紡絲置于Bragg鏡上，另一個(gè)鏡對(duì)著第一個(gè)放上。
通過(guò)改變寫過(guò)程的光學(xué)參數(shù)，微孔的光學(xué)特性在空間上是可以改變的(激光器，光學(xué)參量振蕩器(OPO)，或低閾值頻率混合器，光學(xué)邏輯雙穩(wěn)態(tài)設(shè)備)。
鏡片可以裝在波長(zhǎng)約1.3μm的紅外線中央。寫操作用波長(zhǎng)是0.532μm和1.064μm的光束在鏡子的透明區(qū)域?qū)懗鏊械墓鈱W(xué)取向。
值得注意的是上述發(fā)明將提供很多實(shí)際應(yīng)用。特別地，制造用于電信或儀器制造的光學(xué)部件，如下述部件● 對(duì)引導(dǎo)波不敏感的調(diào)節(jié)器，偏振控制器，TE/TM偏振轉(zhuǎn)換器；● 頻率混合器或加倍器；● 參量振蕩器、發(fā)射器和放大器；● 有偏振發(fā)射的光或電激勵(lì)發(fā)射設(shè)備或激光設(shè)備；● 外差混合器；● 用于讀紅外光的非線性設(shè)備；● 通過(guò)光電采樣繪制空間張量場(chǎng)的設(shè)備(如“非線性測(cè)試模型”)● 具有基體或取向分子的參量效應(yīng)激光微孔；●數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備用諸如共焦顯微鏡的顯微設(shè)備聯(lián)結(jié)寫光束，把光取向的范圍減小到單個(gè)分子或分子簇。這樣就可以用激光束來(lái)調(diào)節(jié)單分子物體的取向，而得到具有多重狀態(tài)改寫的分子記憶和線性的或非線性的讀過(guò)程；●數(shù)據(jù)顯示設(shè)備特別地，取向設(shè)備可用于把光發(fā)射分子取向成光發(fā)射顯示屏，或是把具有對(duì)場(chǎng)敏感分子的液晶基體取向成液晶顯示屏或液晶設(shè)備；并且●這種裝置基于光路系統(tǒng)，可用于擾亂(消除)取向而刪除以前存儲(chǔ)的光學(xué)信息，或?qū)酆衔镞M(jìn)行局部光線處理。非線性過(guò)程的應(yīng)用(如雙光子吸收過(guò)程)使得在樣品中得到更好的深度選擇。
權(quán)利要求
1.一種在包含至少一種光敏分子材料的結(jié)構(gòu)中光誘導(dǎo)產(chǎn)生至少一種線性和/或非線性光學(xué)特性的方法，該方法中所述結(jié)構(gòu)被多光子光束或至少兩條相干寫光束照射，從而改變上述分子材料的分子取向和/或隨分子取向變化的分子特性，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)是一種約束結(jié)構(gòu)，并且寫光束平行于一限定方向或與之傾斜，并且沿至少一個(gè)垂直于所述限定方向的方向?qū)⒃摼€性和/或非線性光學(xué)特性分布于所述約束結(jié)構(gòu)中，由此獲得的光誘導(dǎo)約束結(jié)構(gòu)適于使一束或多束“讀”光束在此導(dǎo)向結(jié)構(gòu)中傳播，并具有由一束或多束“泵浦”光束傳播或通過(guò)上述光誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的光學(xué)作用所導(dǎo)致的特性。
2.一種在包含至少一種光敏分子材料的結(jié)構(gòu)中通過(guò)光誘導(dǎo)產(chǎn)生至少一種線性和/或非線性光學(xué)特性并應(yīng)用上述結(jié)構(gòu)的方法，該方法中所述結(jié)構(gòu)被多光子光束或至少兩條相干寫光束照射，從而改變上述分子材料的分子取向和/或隨分子取向變化的分子特性，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)是一種約束結(jié)構(gòu)，并且寫光束平行于一限定方向或與之傾斜，并且沿至少一個(gè)垂直于所述限定方向的方向?qū)⒃摼€性和/或非線性光學(xué)特性分布于所述約束結(jié)構(gòu)中，并且使一束或多束“泵浦”光束在上述光誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)中傳播或穿過(guò)，通過(guò)“泵浦”光束在上述結(jié)構(gòu)中的傳播或穿過(guò)能產(chǎn)生一種光學(xué)作用，使在光誘導(dǎo)約束結(jié)構(gòu)中沿導(dǎo)向結(jié)構(gòu)傳播的一束或多束“讀”光束的特性有所提高。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，約束結(jié)構(gòu)至少被一條寫光束掃描，并且至少一條寫光束的一個(gè)(或多個(gè))參數(shù)根據(jù)所述結(jié)構(gòu)和所述掃描光束之間的相對(duì)位移加以控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其特征在于，對(duì)掃描光束照射區(qū)域的寫過(guò)程被檢測(cè)，并且約束結(jié)構(gòu)和掃描光束間的相對(duì)位移根據(jù)檢測(cè)結(jié)果加以控制。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，寫光束通過(guò)一個(gè)透鏡照射，并且至少一條寫光束的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)是受控制的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，寫光束通過(guò)一個(gè)遮光板照射，并且至少一條寫光束的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)是受控制的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，寫光束通過(guò)一個(gè)全息照相結(jié)構(gòu)照射，并且至少一條寫光束的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)是受控制的。
8.根據(jù)權(quán)利要求3至7任何一項(xiàng)的方法，其特征在于，一條或多條寫光束的受控參數(shù)是光強(qiáng)和/或偏振態(tài)和/或傳播方向和/或多條寫光束的空間重疊性和/或波長(zhǎng)和/或光束間相對(duì)相位。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其特征在于，參數(shù)是通過(guò)使該參數(shù)產(chǎn)生干擾并控制該干擾的統(tǒng)計(jì)特征來(lái)加以控制的。
10.根據(jù)權(quán)利要求2至9任何一項(xiàng)的方法，其特征在于，分子材料的溫度是受控制的。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其特征在于，上述溫度是由一條能局部加熱的附加光束照射上述寫光束的入射點(diǎn)來(lái)控制的。
12.根據(jù)上述權(quán)利要求任何一項(xiàng)的方法，其特征在于，光誘導(dǎo)光束寫出一個(gè)準(zhǔn)相位匹配柵格來(lái)傳播泵浦光束和讀光束。
13.根據(jù)上述權(quán)利要求任何一項(xiàng)的方法，其特征在于，分子材料通過(guò)使用電場(chǎng)和/或加熱被預(yù)先取向。
14.根據(jù)上述權(quán)利要求任何一項(xiàng)的方法，其特征在于，約束結(jié)果是薄膜的一部分和/或沿讀光束傳播方向伸展的光導(dǎo)帶和/或讀光束沿環(huán)形傳播的微孔和/或光纖和/或這些元素的組合。
全文摘要
一種在包含至少一種光敏分子材料的結(jié)構(gòu)中光誘導(dǎo)產(chǎn)生至少一種線性和/或非線性光學(xué)特性的方法。上述聚合物材料被光照射從而改變其分子取向。照射方向相對(duì)垂直或傾斜于讀光束的傳播方向。
文檔編號(hào)G02F1/01GK1340188SQ00803772
公開日2002年3月13日 申請(qǐng)日期2000年1月21日 優(yōu)先權(quán)日1999年1月21日
發(fā)明者約瑟夫·齊斯, 索菲·布拉瑟萊特, 埃里克·圖森雷 申請(qǐng)人:法國(guó)電信公司