Устройство для преобразования электромагнитного излучения в когерентную форму

Предлагаемое изобретение относится к области технической физики и может быть использовано в качестве плоскостного преобразователя электромагнитного излучения в когерентную форму. Устройство содержит подложку, на которой сформированы две самоаффинные топологии, имеющие общие оси фрактализации и центр, а модули каждой из них подобны соответствующим им модулям первой самоаффинной топологии. При этом дополнительно на подложке сформирована третья самоаффинная топология, радиус R₃ базовой окружности которой равен . Технический результат заключается в увеличении широкополосности получаемого когерентного излучения, а также увеличении степени когерентности излучения, а также увеличении степени когерентности излучения. 3 з.п. ф-лы, 8 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к области технической физики и может быть использовано в качестве плоскостного преобразователя электромагнитного излучения в когерентную форму.

Термин "когерентность" означает согласованность, связь. В применении к электромагнитному излучению это относится к согласованности, связи между электромагнитными колебаниями, волнами. Поскольку излучение распространяется во времени и пространстве, можно оценивать согласованность колебаний, излучаемых источником в различные моменты времени в одной и той же точке пространства, а также согласованность колебаний, излучаемых в один и тот же момент времени в различных точках пространства [А.С.Митрофанов. Принципы усиления оптического излучения. Учебное пособие. СПб. СПбГУИТМО, 2005]. Энциклопедический словарь "Электроника" [Электроника: Энциклопедический словарь. / Гл. ред. В.Г.Колесников. - М.: Сов. энциклопедия, 1991, 688 с.] на стр.205 определяет когерентность как свойство двух или более колебательных волновых или каких-либо других процессов, определяющее их способность при сложении взаимно усиливать или ослаблять друг друга. Колебания называются полностью когерентными, если разность их фаз в точке наблюдения остается постоянной во времени и при сложении этих колебаний определяет амплитуду и интенсивность суммарного (результирующего) колебания. Колебания (волны) называются частично когерентными, если разность их фаз изменяется достаточно медленно (по сравнению со временем наблюдения) и некогерентными, если разность фаз изменяется случайным образом.

Известно структурирование электромагнитного поля с помощью различных дифракционных решеток. С физической точки зрения дифракционная решетка преобразует падающую на нее плоскую волну в совокупность плоских волн, распространяющихся от решетки под определенными углами и бесконечную суперпозицию поверхностных волн, играющих существенную роль только вблизи решетки.

Известно устройство (В.П.Шестопалов и др. "Дифракция волн на решетках", Харьков, Изд-во харьковского университета, 1993, с.287) выполненное в виде периодической структуры, состоящей из бесконечно тонких и бесконечно длинных идеально проводящих лент определенной ширины и определенного периода, плоскость которых составляет угол с нормалью к плоскости решетки. В таких решетках возникает явление зеркального резонанса при условии совпадения направления распространения волны над решеткой с направлением зеркально отраженного луча. Также в щелях между лентами существует несколько незатухающих волноводных волн, интерференция между которыми приводит к резким всплескам на кривых зависимостей амплитудных коэффициентов расходящихся волн от частоты и параметров решетки. Интерференция волны ТЕМ и первой волноводной волны в щелях приводит к резонансному полному отражению энергии. Недостатком известного устройства, с точки зрения практического применения, является крайне узкий частотный диапазон преобразования электромагнитного поля.

Известен источник квазикогерентного излучения, выполненный на основе нагретого черного тела [Greffer J-J et al., Coherent emission jf light by thermal sources. Letters to nature. Vol.416, h.61-64, 2002]. Обычно тепловой светоизлучающий источник, такой как абсолютно черное тело или нить лампочки накаливания, рассматриваются в качестве примеров источников некогерентного излучения, в противовес лазеру, в то время как лазер является источником монохромного и направленного излучения. Излучение нагретого черного тела имеет широкий спектр и обычно квазиизотропно. Интенсивность излучения теплового источника является суммой интенсивностей, излучаемых различными точками, и поэтому излучение не может быть направленным. В рассматриваемой работе утверждается возможность получения планарного источника когерентного излучения. Для использования черного тела в качестве источника когерентного излучения была вырезана пластина из поляризующегося материала, на которой была выполнена периодическая структура в виде параллельных щелей. Параметры структуры рассчитывались исходя из возможности получения излучения с длиной волны λ=11,36 мкм. Для выполнения этого условия длину нагретой пластины выбрали равной 5 мм, глубина щелей составляла λ/40, период щелей d составляет 0,55λ. В результате получено квазимонохромное излучение в зоне, удаленной от поверхности пластины на расстояние от 10 до 100 нм. Излучение узконаправленное и имеет форму, подобную диаграмме направленности антенны. Очевидно, что наличие в пространстве узкого участка когерентного излучения в инфракрасной области обеспечивает регулярная структура щелей, выполненных в материале, обладающем свойством поляризации. Но размеры участка существования монохромного излучения так малы, что все наблюдаемые физические эффекты можно увидеть лишь в микроскоп.

Однако необходимо отметить, что в данном случае черное тело как было источником некогерентного рассеянного излучения, так им и осталось. Никаких изменений характеристик самого источника не произошло. А пластина из поляризущегося материала с системой параллельных щелей как была пассивным элементом структуры, не являясь активным источником излучения, в отличие от черного тела, так им и осталась. Речь в данном случае идет о преобразовании рассеянного некогерентного излучения источника (черного тела) в когерентное излучение с помощью пассивной структуры - системы параллельных щелей, выполненных в поверхностном слое подложки из поляризующегося материала.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к предлагаемому является устройство (Патент RU №2249862) для структурирования электромагнитного поля, содержащее подложку, на которой сформированы самоаффинные топологии, имеющие общие оси фрактализации и центр, а модули каждой из них подобны соответствующим им модулям первой самоаффинной топологии, каждая из топологий получена последовательной фрактализацией модуля первого, затем второго уровней по правилу построения модуля первого уровня первой самоаффинной топологии, состоящего из 1+N окружностей радиуса R₁, в котором первая, базовая, окружность является геометрическим местом расположения центров N окружностей с равными расстояниями между центрами соседних окружностей, а центр первой окружности является центром окружности радиуса 2R₁, завершающей модуль первого уровня, которая является первой окружностью модуля второго уровня, ограниченного окружностью радиуса 4R₁, а модуль третьего уровня ограничен окружностью радиуса 8R, причем центры модулей первого уровня расположены на окружности 2R₁ в точках ее пересечения с осями, проходящими через центр первой окружности и центры N окружностей, являющиеся осями фрактализации, а радиус R₂ базовой окружности второй самоаффинной топологии равен .

Особенностью получения известного устройства является то, что центром самоаффинной топологии является фрактальная структура первого уровня фрактализации, вокруг которой строится структура более высокого уровня фрактализации. Самый высокий уровень не превышает трех. Линии окружностей образуют многоэлементную дифракционную решетку фрактального типа. Применение принципа фрактальности позволяет реализовать процесс самосогласования возникающей интерференционной картины.

В основе действия известного устройства лежит его возможность преобразовывать электромагнитное поле в трехмерную пространственную систему интерференционных максимумов и минимумов, локализованных в пространстве над фрактальной графикой и имеющих упорядоченную структуру, скоррелированную со структурой фрактальной графики. Наглядно это проявляется, например, при выращивании наноразмерных пленок в присутствии в объеме напыления, но вне зоны транспортировки напыляемого материала, одного или нескольких известных устройств (Патент RU №2212375). На подложке растут фрактальные самоподобные структуры, стремящиеся повторить топологию известного устройства.

Недостатком известного устройства является его недостаточно широкий частотный диапазон преобразования электромагнитного поля. Кроме того, такая структура не обеспечивает однозначно возникновения в пространстве именно когерентного излучения.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является разработка широкополосного устройства для преобразования электромагнитного поля в когерентное излучение.

Технический результат, который при этом достигается, - увеличение широкополосности получаемого когерентного излучения, а также увеличение степени когерентности излучения.

Поставленная задача решается за счет того, что предлагаемое устройство для преобразования электромагнитного поля в когерентную форму, также как и известное, содержит подложку, на которой сформированы самоаффинные топологии, имеющие общие оси фрактализации и центр, а модули каждой из них подобны соответствующим им модулям первой самоаффинной топологии, каждая из топологий получена последовательной фрактализацией модуля первого, затем второго уровней по правилу построения модуля первого уровня первой самоаффинной топологии, состоящего из 1+N окружностей, где N=2ⁿ при n≥2 радиуса R₁, в котором первая, базовая, окружность является геометрическим местом расположения центров N окружностей с равными расстояниями между центрами соседних окружностей, а центр первой окружности является центром окружности радиуса 2R₁, завершающей модуль первого уровня, которая является первой окружностью модуля второго уровня, ограниченного окружностью радиуса 4R₁, а модуль третьего уровня ограничен окружностью радиуса 8R, причем центры модулей первого уровня расположены на окружности 2R₁ в точках ее пересечения с прямыми, проходящими через центр первой окружности и центры N окружностей, являющиеся осями фрактализации, а радиус R₂ базовой окружности второй самоаффинной топологии равен . Но в отличие от известного в предлагаемом устройстве на подложке сформирована третья самоаффинная топология, радиус R₃ базовой окружности которой равен .

Топология заявляемого устройства содержит информацию о структуре возникающего когерентного излучения, закодированную в виде соответствующей геометрии и алгоритме ее построения. Как отмечал основоположник синергетики Г.Хакен [Г.Хакен Информация и самоорганизация. Макроскопический подход к сложным системам // Пер. с англ. / М.: КомКнига, 2005. - 248 с.], "информация может также обретать роль своего рода среды, существование которой поддерживается отдельными частями системы - среды, из которой эти части получают конкретную информацию относительно того, как им функционировать когерентно, кооперативно". В этой же работе Хакен в качестве примера рассматривает работу твердотельного лазера, в рабочем теле которого отдельные атомы могут испускать световые волны независимо друг от друга, и возникает суперпозиция некоррелированных, хотя и усиленных, цугов волн, и наблюдается совершенно нерегулярная картина. "Но когда амплитуда сигнала становится достаточно большой, начинается совершенно новый процесс. Атомы начинают когерентно осциллировать, и само поле становится когерентным, т.е. оно не состоит более из отдельных некоррелированных цугов волн, а превращается в одну практически бесконечно длинную синусоиду. Перед нами типичный пример самоорганизации: временная структура когерентной волны возникает без вмешательства извне. На смену хаосу приходит порядок. Подробная математическая теория показывает, что возникающая когерентная световая волна служит своего рода параметром порядка, вынуждающим атомы осциллировать когерентно, или, иначе говоря, подчиняет себе атомы ... мы имеем здесь дело с циклической причинностью: с одной стороны, параметр порядка подчиняет себе атомы, а с другой стороны, сам оказывается порожденным совместным действием атомов." Таким образом лазер является устройством для преобразования структурированного, но не когерентного излучения в практически одномерную систему когерентных цугов волн.

Устройство, принятое за прототип, с самоаффинными топологиями, элементы одной из которых кратны R₁, а другой - , преобразует электромагнитное поле в достаточно узкой полосе, в то время как предлагаемо устройство при формировании дополнительной самоаффинной структуры, элементы которой кратны , позволяет приводить в когерентную форму остальную часть спектра электромагнитного поля, ранее не коррелировавшего со структурой топологии и падающего на поверхность подложки, и выстраивать систему когерентного излучения в пространстве.

Технический результат, который достигается - увеличение широкополосности получаемого когерентного излучения, а также увеличение степени когерентности излучения.

По аналогии с теорией Хакена можно сказать, что при формировании только одной самоаффинной топологии, элементы которой кратны R₁, мы имеем две одномерные системы формирования когерентного излучения по ортогональным осям (как в лазере, который по сути есть одномерная система формирования когерентного излучения). Для реализации двумерного варианта когерентного излучения (в плоскости подложки или в ближней зоне над ней) необходимо совместное воздействие на электромагнитное поле двух самоаффинных структур, элементы второй из которых кратны , а для реализации когерентной картины в трехмерном пространстве над поверхностью топологии необходимо воздействие всех трех самоаффинных топологий, элементы третьей из которых кратны .

Чем выше возможности микроэлектронной технологии в плане создания топологий с возможно меньшим размером линии и чем больше можно использовать осей фрактализации, тем глаже частотный спектр преобразованного когерентного излучения. Если спектр когерентного излучения с использованием только двух самоаффинных топологий можно уподобить гребенке с редкими зубьями, то введение третей топологии с каждым шагом фрактализации увеличивает количество "зубьев", причем не аддитивно (совокупный эффект больше суммарного за счет перекрестного взаимодействия), но и повышает их плотность.

Минимальное значение длины волны определяется минимально возможным размером ширины линии топологии, а следовательно, возможностями современной технологии. С учетом того, что на территории России и бывшего СССР в настоящее время пределом технологических возможностей по разрешению является величина порядка 0,5 мкм (НПО "Интеграл", республика Беларусь), для нас предельное значение составляет 0,5 мкм. Для корпорации "Интел", в крупносерийном производстве оперирующей разрешением 0,12 мкм, а в перспективе осваивающей размеры линии порядка 70 нм предельными значениями будут соответственно 0,12 и 0,07 мкм. При этом возможна генерация волн меньшей длины волны, но они не будут участвовать в создании когерентной кооперативной структуры, а будут представлять собой просто структурированное электромагнитное излучение.

При этом необходимо, чтобы размер подложки предусматривал размещение на ней окружностей с максимальным диаметром, равным R₃. Несоблюдение этого условия приведет к появлению искажающих картину явлений, вызванных воздействием на электромагнитное поле разрывов линий окружностей.

Выбор материалов подложки и фрактальной топологии имеет важное значение. Из общих соображений ясно, что эффективность преобразования будет тем больше, чем больше разница в характеристических параметрах материалов подложки и топологии, например в их плотностях. Значительная разница в коэффициентах преломления в паре материалов обеспечивает ярко выраженную когерентную форму поля.

Сама топология может быть реализована разными приемами.

Совокупность признаков, сформулированных в пункте 2 формулы изобретения, характеризует устройство для преобразования электромагнитного поля в когерентную форму, в котором топология сформирована щелями, выполненными в поверхностном слое подложки.

Щели в дифракционной решетке выполняют роль волноводов, по которым распространяются электромагнитные волны. В щелях возникает интерференция нескольких незатухающих электромагнитных волн. Возникающие резонансные явления приводят к полному отражению энергии. Резонансные явления влияют на интерференционную картину в дальней зоне и в ближней. Это явление можно трактовать как расширение ближней зоны в дальнюю.

Минимальная ширина щели равна 0,1 мкм. Ее размер связан с полосой охватываемого спектра электромагнитного излучения (0,1 мкм - длина волны ультрафиолетового диапазона). Но, как показывает эксперимент, даже при ширине щелей, равной 7 мкм, структурируется весь спектр оптического диапазона. Минимальная глубина щели равна 0,1 мкм. Она выбрана эмпирическим путем из общефизических соображений - высота ступеньки, как дифрагирующего элемента, не может быть меньше длины волны электромагнитного излучения. С точки зрения получения ярко выраженной дифракционной когерентной картины формирование топологии щелями наиболее эффективно.

Совокупность признаков, сформулированных в пункте 3 формулы изобретения, характеризует устройство для преобразования электромагнитного поля в когерентную форму, в котором топология сформирована рельефом.

Это может быть сочетание любого материала подложки и материала линий рельефа, но необходимо, чтобы плотность этих материалов была разной.

В качестве рельефа может выступать топология, сформированная методами нанесения тонкопленочного покрытия и последующей операции прецизионной литографии для формирования рисунка. По аналогии со щелевыми структурами толщина наносимой пленки не может быть менее 0,1 мкм, т.к. высота ступеньки как дифрагирующего элемента не может быть меньше длины волны электромагнитного излучения. Кроме того, необходимо учитывать, что при толщине пленки менее 0,1 мкм, большинство материалов становится полупрозрачным для электромагнитного излучения, что приведет как к потерям, так и искажениям. В принципе возможно сочетание любого материала и материала тонкопленочного рельефа - необходимо обеспечить разность в плотности материала подложки и пленки.

Технологически такие структуры могут изготовляться с применением методов современной микроэлектронной технологии следующим образом:

1. На подложку, на которой необходимо сформировать топологию, наносится методом ионного магнетронного распыления пленка материала, из которого будет формироваться топология, например хрома или титана, как наиболее распространенных материалов микроэлектронной технологии, обладающих хорошей адгезией к подложке. Это важный момент, т.к. сформированная топология должна хорошо держаться на подложке и не отслаиваться.

2. На подложку с пленкой наносится слой фоторезиста, желательно позитивного, как обладающего лучшей разрешающей способностью, например резиста ФПРН-7 (фоторезист позитивный резольво-нафтохинондиазидный, марки 7). Нанесение резиста лучше всего осуществлять методом центрифугирования при скорости порядка 3000-3500 об/мин, хотя возможно и использование метода пульверизации.

3. После стандартной процедуры двойной сушки и термообработки резист экспонируется методами прецизионной фотолитографии ультрафиолетовым излучением с длиной волны желательно в диапазоне 400-450 нм, как отвечающей максимуму поглощения резиста. Экспонирование может осуществляться как непосредственно контактным методом через фотошаблон, так и методом мультиплицирования на соответствующем фотоштампе.

4. После экспонирования подложка с резистом проявляется в соответствующем проявителе (для ФПРН-7 соответствующая водно-щелочная композиция) и задубливается.

5. Следующей операцией является травление вскрытых в резисте окон - пленки металла с помощью методов плазмо-химического или реактивного плазмо-химического травления, удаляющего во вскрытых окнах пленку металла и формируя требуемую топологию.

6. Последней операцией является удаление ненужной уже пленки резиста путем сжигания ее в кислородной плазме.

Таким образом формируется топологический рельефный рисунок на поверхности подложки.

Совокупность признаков, сформулированных в пункте 4 формулы изобретения, характеризует устройство для преобразования электромагнитного поля в когерентную форму, в котором топология сформирована в виде скрытого рельефа в приповерхностном слое подложки.

Поскольку необходимо обеспечить разность в плотностях материалов подложки и формируемой топологии или разность в структурных характеристиках (аморфная и кристаллическая), то наиболее подходящим является метод ионной имплантации, при котором поток ускоренных высокоэнергетичных ионов (энергия от 30-50 кэВ до сотен кэВ и единиц МэВ), сфокусированый в узкий игольчатый пучок (диаметром до единиц мкм), облучает поверхность подложки по заданной программе. Последние исследования в области нанотехнологии показали, что возможна реализация технологических режимов, при которых примесный или дефектный слои могут образовываться даже на противоположной стороне подложки толщиной 500-600 мкм [Серов И.Н., Марголин В.И., Жабрев В.А. и др. Эффекты дальнодействия в микро- и наноразмерных структурах // Инженерная физика. - 2005. - №1. - С.51-67], так что имеется реальная технологическая возможность формировать скрытый слой на любой глубине, однако с учетом глубины проникновения электромагнитного излучения в различные твердотельные структуры целесообразно формировать скрытый рельеф непосредственно в приповерхностном слое. При этом структура топологии, выполненная в материале с измененными за счет ионной имплантации свойствами, будет непосредственно выходить на поверхность подложки, а сама поверхность подложки будет оставаться такой же ровной и гладкой, как до процедуры имплантирования ионов. Достоинство метода ионной имплантации в том, что с его помощью можно в форме ионов внедрять материалы практически всей таблицы Менделеева. Формирование структуры в верхнем слое позволяет использовать энергии ионов порядка 30-80 кэВ. Ионную имплантацию можно осуществлять на установках типа ИЛУ-4, ИОЛЛА-2 и серии промышленных установок типа "Везувий". Среднедозовая установка Везувий 7М формирует пучок ионов диаметром порядка 1 мкм, диапазон доз 10¹⁰-10¹⁵ см^-2, энергию имплантации 20-100 кэВ, максимальный ток пучка для бора 300 мкА, фосфора 500 мкА, мышьяка 300 мкА. Сильноточная установка Везувий 8 оперирует с ионами массой до 200 а.е.м., током 2-5 мА, энергией ионов до 100 кэВ.

Пробег ионов, например в кремнии, составит для ионов алюминия 0,06 мкм, фосфора 0,05 мкм, сурьмы 0,03 мкм при энергии ионов 40 кэВ; для ионов алюминия 0,15 мкм, фосфора 0,13 мкм, сурьмы 0,05 мкм при энергии ионов 100 кэВ. Таким образом, формирование скрытых структур будет осуществляться практически на поверхности подложки, но в виде скрытого рельефа.

Технологически такие структуры могут изготовляться с применением методов современной микроэлектронной технологии следующим образом:

1. На подложку, на которой необходимо сформировать топологию, наносится методом ионного магнетронного распыления пленка материала, хорошо задерживающего ионы, например хрома или титана, как наиболее распространенных материалов микроэлектронной технологии, обладающих хорошей адгезией к подложке.

2. На подложку с пленкой наносится слой фоторезиста, желательно позитивного, как обладающего лучшей разрешающей способностью, например резиста ФПРН-7 (фоторезист позитивный резольво-нафтохинондиазидный, марки 7). Нанесение резиста лучше всего осуществлять методом центрифугирования при скорости порядка 3000-3500 об/мин, хотя возможно и использование метода пульверизации.

3. После стандартной процедуры двойной сушки и термообработки резист экспонируется методами прецизионной фотолитографии ультрафиолетовым излучением с длиной волны, желательно в диапазоне 400-450 нм, как отвечающей максимуму поглощения резиста. Экспонирование может осуществляться как непосредственно контактным методом через фотошаблон, так и методом мультиплицирования на соответствующем фотоштампе.

4. После экспонирования подложка с резистом проявляется в соответствующем проявителе (для ФПРН-7 соответствующая водно-щелочная композиция) и задубливается.

5. Следующей операцией является травление вскрытых в резисте окон - пленки металла с помощью методов плазмо-химического или реактивного плазмо-химического травления, удаляющего во вскрытых окнах пленку металла, формируя требуемую поверхностную топологию, открывая путь ионам для внедрения в подложку.

6. Во вскрытые окна производится имплантация ионов с требуемой энергией и дозой облучения.

7. Последней операцией является удаление ненужной уже пленки резиста путем сжигания ее в кислородной плазме и удаление буферной пленки металла прецизионным травлением.

Таким образом формируется топологический рисунок в виде скрытого рельефа на поверхности подложки. В принципе, такой рисунок можно формировать и более простым способом, сканируя ионным пучком по поверхности подложки, без применения буферных и защитных слоев резиста и металла. Достоинство такого метода - высокая прецизионность, недостаток - чрезвычайно низкая производительность.

Изобретение поясняется чертежами, где

фиг.1 - пример построения модуля первого уровня первой самоаффинной топологии;

фиг.2 - пример построения модулей первого уровня трех самоаффинных топологий;

фиг.3 - пример выполнения предлагаемого устройства;

фиг.4 - фотография преобразованного предлагаемым устройством электромагнитного поля.

фиг.5 - распределение напряженности когерентного электромагнитного поля по поверхности подложки при выполнении топологии щелями;

фиг.6 - распределение напряженности когерентного электромагнитного поля по поверхности подложки при выполнении рельефной топологии;

фиг.7 - распределение напряженности когерентного электромагнитного поля по поверхности подложки при выполнении топологии скрытым рельефом;

фиг.8 - распределение интенсивности когерентного электромагнитного поля в зависимости от расстояния от подложки при выполнении топологии щелями;

На фиг.3 приведен пример выполнения предлагаемого устройства. При его выполнении было использовано восемь осей фрактализаци. Для этого на окружности радиуса R₁ (фиг.1) в модуле первого уровня первой самоаффинной топологии были расположены на равных расстояниях друг от друга центры N (N=8) окружностей радиуса R₁. Оси, проходящие через центр первой окружности и центры N окружностей являются осями фрактализации для всей топологии. На фиг.2 приведен пример построения модулей первого уровня трех самоаффинных структур. Модуль первого уровня с базовой окружностью радиусом R₁ ограничен окружностью радиусом 2R₂ для первой самоаффинной топологии, радиусом 2R₃, равным для второй, и радиусом 2R₃ равным для третьей. При этом радиус базовой окружности модуля первого уровня второй самоаффинной топологии равен , а третьей - . На каждой из ограничивающих модули окружностей расположены центры модулей первого уровня соответствующих самоафинных топологий, образуя модули второго уровня, ограниченные окружностями радиусами 4R₁, , соответственно, на которых расположены центры модулей второго уровня, ограниченные окружностями радиусами 8R₁, , .

На фиг.4 приведена фотография поля, преобразованного в когерентную форму и, имеющего форму купола. В качестве материала подложки был использован кремний, на котором выполнены щели, ширина и глубина которых равна 0,6 мкм..

На фиг.5 представлены результаты компьютерного эксперимента по расчету распределения электромагнитного поля, преобразованного в когерентную форму посредством взаимодействия падающего рассеянного электромагнитного излучения с топологией, сформированной щелями в полупроводниковой кремниевой подложке. Размеры щелей составляли: глубина 1,5 мкм, ширина 1 мкм. При компьютерном эксперименте предполагалось, что процесс взаимодействия осуществляется посредством поглощения и отражения. При этом использовалось следующее приближение: электрическое поле на поверхности топологии является суперпозицией случайных во времени и пространстве гармонических колебаний. На фиг.5 по осям х и у отложены пространственные координаты, а по оси z значения напряженности электрического поля, полученные в результате моделирования. Полученное трехмерное изображение представляет собой двумерное распределение напряженности электрической составляющей когерентного электромагнитного поля, полученное в результате взаимодействия падающего излучения со щелевой фрактальной топологией (фиг.3). Доказательством того, что преобразованное в результате взаимодействия электромагнитное поле носит когерентный характер является то, что происходит перераспределение напряженности падающего излучения по поверхности топологии в соответствии с ее геометрическими характеристиками. На фиг.5 хорошо виден минимум в центре, затем идет подъем по радиусу, который образует кольцевую структуру. Кроме этого видны распределенные по поверхности более короткие волны. Таким образом, поверхность преобразовала падающее излучение, носящее случайный характер, в регулярное с четким распределением по длине волны по пространственным координатам. Цветокодировка на представленном изображении носит относительный условный характер и соответствует относительной напряженности электрического поля, причем красный цвет соответствует максимальному значению, фиолетовый - минимальному. Промежуточные значения имеют оранжевый, желтый, зеленый, голубой и синий оттенки.

На фиг.6 представлены результаты компьютерного эксперимента по расчету распределения электромагнитного поля, преобразованного в когерентную форму посредством взаимодействия падающего рассеянного электромагнитного излучения с топологией (фиг.3), сформированной в виде рельефа, который выполнен в виде тонкопленочной структуры из титана на полупроводниковой кремниевой подложке. Размеры топологической линии составляли: толщина - 1 мкм, ширина - 0,5 мкм. При компьютерном эксперименте предполагалось, что процесс взаимодействия осуществляется посредством отражения и поглощения. При этом использовалось следующее приближение: электрическое поле на поверхности топологии является суперпозицией случайных во времени и пространстве гармонических колебаний. По осям х и у отложены пространственные координаты, а по оси z значения напряженности электрического поля, полученные в результате моделирования. Полученное трехмерное изображение представляет собой двумерное распределение напряженности электрической составляющей когерентного электромагнитного поля, полученное в результате взаимодействия падающего излучения с фрактальной топологией, выполненной в виде рельефа. Как и в предыдущем случае, доказательством того, что преобразованное в результате взаимодействия электромагнитное поле носит когерентный характер, является то, что происходит перераспределение напряженности падающего излучения по поверхности топологии в соответствии с ее геометрическими характеристиками. На фиг.6 хорошо виден волновой купол в центре, который далее спадает к периферии. Кроме этого, видны распределенные по поверхности более короткие волны. Таким образом, поверхность преобразовала падающее излучение, носящее случайный характер, в регулярное с четким распределением по длине волны по пространственным координатам.

На фиг.7 представлены результаты компьютерного эксперимента по расчету распределения электромагнитного поля, преобразованного в когерентную форму посредством взаимодействия падающего рассеянного электромагнитного излучения с топологией (фиг.3), сформированной в виде скрытого рельефа, полученного имплантацией ионов сурьмы с энергией 180 кэВ (глубина залегания скрытого слоя 0,08 мкм) и дозой облучения 10¹³ см^-2 в полупроводниковой кремниевой подложке. Размеры линий скрытого рельефа составляли: глубина - от поверхности до 0,1 мкм, ширина - 1 мкм. Полученное двумерное изображение представляет собой распределение напряженности электрической составляющей когерентного электромагнитного поля, полученное в результате взаимодействия падающего излучения с латентной самоаффинной топологией. Доказательством того, что преобразованное в результате взаимодействия электромагнитное поле носит когерентный характер, являются четкие волновые структуры, расходящиеся от центра.

На фиг.8 представлены результаты компьютерного эксперимента по расчету распределения интенсивности электромагнитного поля, преобразованного в когерентную форму посредством взаимодействия падающего рассеянного электромагнитного излучения со щелевой топологией, выполненной в кремниевой полупроводниковой подложке, как функции расстояния от поверхности подложки. Размеры щелей составляли: глубина - 1,5 мкм, ширина - 1 мкм.

На фиг.8 по оси у отложена пространственная координата, идущая по радиусу щелевой топологии, а по оси х - координата идущая перпендикулярно топологии из ее центра, находящегося в точке с координатой (60) по оси у. Полученное изображение представляет собой плоское двумерное сечение плоскостью, проходящей через центр топологии по ее диаметру (ось у) и вдоль оси, перпендикулярной центру топологии (ось х), трехмерного распределения напряженности электрической составляющей когерентного электромагнитного поля, полученного в результате взаимодействия падающего излучения со щелевой фрактальной топологией. Доказательством того, что преобразованное в результате взаимодействия электромагнитное поле носит когерентный характер, является хорошо видимая на фиг.8 волна, максимум которой находится на координате х=10, при том, что на поверхность топологии по условиям моделирования падает волна, представляющая собой суперпозицию большого числа случайных во времени и в пространстве колебаний.

Таким образом, натурные и компьютерные эксперименты доказывают, что заявленное устройство преобразует электромагнитное излучение в когерентную форму.

1. Устройство для преобразования электромагнитного излучения в когерентную форму, содержащее подложку, на которой сформированы самоаффинные топологии, имеющие общие оси фрактализации и центр, а модули каждой из них подобны соответствующим им модулям первой самоаффинной топологии, каждая из топологий получена последовательной фрактализацией модуля первого, затем второго уровней по правилу построения модуля первого уровня первой самоаффинной топологии, состоящего из 1+N окружностей, где N=2ⁿ при n≥2, радиуса R₁, в котором первая, базовая, окружность является геометрическим местом расположения центров N окружностей, с равными расстояниями между центрами соседних окружностей, а центр первой окружности является центром окружности радиуса 2R₁, завершающей модуль первого уровня, которая является первой окружностью модуля второго уровня, ограниченного окружностью радиуса 4R₁, а модуль третьего уровня ограничен окружностью радиуса 8R₁, причем центры модулей первого уровня расположены на окружности 2R₁ в точках ее пересечения с осями, проходящими через центр первой окружности и центры N окружностей, являющиеся осями фрактализации, а радиус R₂ базовой окружности второй самоаффинной топологии равен , отличающееся тем, что на подложке сформирована третья самоаффинная топология, радиус R₃ базовой окружности которой равен .

2. Устройство для преобразования электромагнитного излучения в когерентную форму по п.1, отличающееся тем, что топологии сформированы щелями.

3. Устройство для преобразования электромагнитного излучения в когерентную форму по п.1, отличающееся тем, что топологии выполнены на подложке в виде рельефа.

4. Устройство для преобразования электромагнитного излучения в когерентную форму по п.1, отличающееся тем, что топологии выполнены в виде скрытого рельефа в приповерхностном слое подложки.