Оптическая система для формирования светового пятна субволнового размера

Авторы патента:

G02B27/56 - оптика с использованием затухающих волн, например неоднородных волн

B82B3/00 - Изготовление или обработка наноструктур

Владельцы патента RU 2562159:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт систем обработки изображений Российской академии наук (ИСОИ РАН) (RU)

Изобретение относится к области оптики, а именно к острой фокусировке электромагнитного излучения, и может быть использовано для высокоразрешающей оптической записи и сканирующей оптической микроскопии. Технический результат изобретения - уменьшение диаметра светового пятна при фокусировке электромагнитного излучения. Оптическая система представляет собой конический элемент из преломляющего материала с углом при вершине, обеспечивающим полное внутреннее отражение излучения с радиальной поляризацией, проходящего в сторону вершины конуса параллельно его оси. К вершине конуса прикреплена металлическая наноразмерная сфера. Уменьшение размера светового пятна на оптической оси до субволновых размеров осуществляется за счет концентрации электромагнитного излучения в непосредственной близости от поверхностей с малыми радиусами кривизны и определяется размерами металлической наносферы. 1 ил.

Известен дифракционный оптический элемент для формирования светового пятна субволнового размера при плоской поляризации падающего излучения (Патент RU №2458372, МПК G02B 27/42, 27/58) на основе круговой дифракционной решетки с периодом, близким к длине волны, выполненной из двух секций.

Такой дифракционный оптический элемент по своей сути является аксиконом и обеспечивает формирование светового пятна субволнового размера на оптической оси. Однако дальнейшее уменьшение диаметра сформированного светового пятна путем уменьшения периода дифракционной решетки невозможно, а кроме того, из-за линейной поляризации освещающего излучения по обеим сторонам от сформированного светового пятна наблюдаются побочные максимумы, образованные поперечными компонентами сфокусированного излучения.

Наиболее близким по сущности к заявляемому изобретению является высокоапертурный рефракционный аксикон, освещаемый излучением с радиальной поляризацией (V.V. Kotlyar, A.A. Kovalev, and S.S. Stafeev, ″Sharp focus area of radially-polarized gaussian beam propagation through an axicon″, Progress In Electromagnetics Research C, Vol. 5, 2008, p. 35-43), представляющий собой конический элемент из преломляющего материала с углом при вершине, обеспечивающим полное внутреннее отражение излучения с радиальной поляризацией, проходящего в сторону вершины конуса параллельно его оси. Такой оптический элемент обеспечивает формирование светового пятна субволнового размера в непосредственной близости (на расстоянии не более половины длины волны) от вершины конуса.

Недостатком данного оптического элемента является то, что размер светового пятна достигает минимума, а интенсивность в пятне максимума при определенных значениях числовой апертуры аксикона (авторы указывают изменение высоты конуса, что эквивалентно изменению числовой апертуры) и при дальнейшем увеличении числовой апертуры световое пятно снова начинает увеличиваться.

Технический результат изобретения - уменьшение диаметра светового пятна при фокусировке электромагнитного излучения.

Технический результат достигается тем, что в известной оптической системе для формирования светового пятна, содержащей высокоапертурный рефракционный аксикон, освещаемый излучением с радиальной поляризацией и представляющий собой конический элемент из преломляющего материала с углом при вершине, обеспечивающим полное внутреннее отражение излучения с радиальной поляризацией, проходящего в сторону вершины конуса параллельно его оси, особенностью является то, что рефракционный аксикон дополнительно содержит металлическую наноразмерную сферу, прикрепленную к вершине его конуса.

На чертеже представлен общий вид оптической системы в разрезе, где показаны: рефракционный аксикон 1, наносфера 2.

Рефракционный аксикон 1 изготовлен из преломляющего материала и имеет угол при вершине, обеспечивающий полное внутреннее отражение излучения, падающего со стороны основания (показано стрелками на фигуре). На вершине рефракционного аксикона 1 прикреплена наноразмерная сфера - наносфера 2, изготовленная из металла.

Принцип действия оптической системы основан на свойстве электромагнитного излучения концентрироваться в непосредственной близости от поверхностей с малыми радиусами кривизны. Излучение с радиальной поляризацией, проходящее через рефракционный аксикон, образует максимум интенсивности в непосредственной близости от вершины рефракционного аксикона. Продольная компонента электромагнитного поля для высокоапертурных оптических элементов гораздо мощнее и больше локализована на оптической оси, чем поперечные компоненты электромагнитного поля. Таким образом, излучение с радиальной поляризацией образует радиально симметричный максимум интенсивности вблизи вершины рефракционного аксикона, в котором превалирует продольная компонента. Металлическая преграда в виде наноразмерной сферы (наносферы) способствует концентрации излучения по обе стороны от наносферы перпендикулярно к направлению распространения излучения. Поскольку направление распространения продольной компоненты перпендикулярно оси конуса, максимум интенсивности образуется вблизи поверхности наносферы на продолжении оси конуса. Это приводит к уменьшению диаметра центрального пятна, сформированного оптической системой, до размеров, близких к размеру наносферы. Современные нанотехнологии, ориентированные на изготовление ближнепольных безапертурных зондов, позволяют прикреплять на вершину конуса наночастицы различных размеров, вплоть до размера в несколько молекул вещества, например, http://www.htmdt-tips.com/products/group/cp, где описаны консоли субмикронных сфер, присоединенных к самому концу иглы из кремния.

Работает оптическая система следующим образом: оптическое излучение с радиальной поляризацией освещает основание рефракционного аксикона 1 и проходит далее к его поверхности. Из-за полного внутреннего отражения излучение выходит наружу только в районе вершины конуса рефракционного аксикона 1, где суммируется таким образом, что происходит усиление продольной компоненты электромагнитного поля и ослабление поперечных компонент. Продольная компонента, распространяясь поперек оси конуса рефракционного аксикона 1, как бы огибает наносферу 2 и образует максимум вблизи ее поверхности. Максимум образуется только в месте расположения наносферы 2 и поэтому имеет размер, близкий к размеру наносферы 2.

Предлагаемое техническое решение обеспечивает уменьшение размера светового пятна на оптической оси до размеров, определяемых размерами металлической наносферы.

Оптическая система для формирования светового пятна субволнового размера, содержащая высокоапертурный рефракционный аксикон, освещаемый излучением с радиальной поляризацией и представляющий собой конический элемент из преломляющего материала с углом при вершине, обеспечивающим полное внутреннее отражение излучения с радиальной поляризацией, проходящего в сторону вершины конуса параллельно его оси, отличающаяся тем, что рефракционный аксикон дополнительно содержит металлическую наноразмерную сферу, прикрепленную к вершине его конуса.

Изобретение относится к способу инкапсуляции аспирина в ксантановой камеди. Указанный способ характеризуется тем, что суспензию аспирина смешивают с бензолом и диспергируют полученную смесь в суспензию ксантановой камеди в бутаноле в присутствии препарата Е472с при перемешивании 1000 об/с, далее приливают хлороформ, полученную суспензию нанокапсул отфильтровывают и сушат, при этом соотношение оболочка/ядро в нанокапсулах составляет 1:5, 3:1 или 1:1.

Способ получения нанокапсул цефалоспориновых антибиотиков в альгинате натрия // 2561683

Изобретение относится к способу получения нанокапсул цефалоспориновых антибиотиков в альгинате натрия. Указанный способ характеризуется тем, что в суспензию альгината натрия и препарата Е472с в бутаноле добавляют порошок цефалоспорина в бензоле, после образования цефалоспорином самостоятельной твердой фазы добавляют четыреххлористый углерод, полученную суспензию нанокапсул отфильтровывают, при этом соотношение ядро/оболочка в нанокапсулах составляет 1:3.

Способ иммобилизации лекарственных препаратов на поверхность детонационных наноалмазов // 2561592

Изобретение относится к химическим методам иммобилизации лекарственных препаратов на поверхность детонационных наноалмазов. Изобретение представляет способ иммобилизации лекарственного препарата на поверхность детонационных алмазов, основанный на получении суспензии детонационных алмазов и лекарственного препарата растворением в органическом или водно-органическом растворителе, последующем упаривании полученной суспензии лекарственного препарата с наноалмазами и сушке, отличающийся тем, что в качестве лекарственного препарата используют галодиф, при этом полученную суспензию галодифа и детонационных наноалмазов выдерживают при комнатной температуре в течение не менее 24 часов при интенсивном перемешивании, а иммобилизацию галодифа осуществляют на окисленную поверхность детонационных наноалмазов.

Наночастицы антипирена гидроксида магния и способ их производства // 2561379

Изобретение относится к химической технологии. На первой стадии производства наночастиц антипирена гидроксида магния осуществляют взаимодействие водного раствора хлорида магния с щелочным компонентом при температуре не выше 100°C и мольном отношении ионов ОН-: Mg++ в пределах (1,9-2,1):1.

Лазерный формирователь объемных нанокомпозитов // 2561343

Изобретение относится к средствам для изготовления материалов, позволяющих компенсировать врожденные пороки развития человека и животных. Предложенный лазерный формирователь объемных нанокомпозитов содержит столик, на котором установлен сосуд для размещения водно-белковой дисперсии углеродных нанотрубок, оптически сопряженный с оптоволоконным световодом и пирометрическим измерителем температуры и сопряженный с термопарой.

Эластомерные нанокомпозиты, композиции нанокомпозитов и способы их получения // 2561170

Изобретение относится к эластомерному нанокомпозиту на основе C4-C7-изоолефина, обладающего улучшенными рабочими характеристиками и характеристиками смешивания. Нанокомпозит содержит сополимер, образованный из по меньшей мере одного C4-C7-изоолефинового мономера и мультиолефинового мономера, и нанонаполнитель, содержащий смектитовую глину с поверхностно-активным веществом.

Способ определения типа матрицы композитов металл-диэлектрик // 2561017

Изобретение относится к области материаловедения, в частности к способам определения критической концентрации одной из фаз в многофазной системе. Способ определения типа матрицы композитов металл-диэлектрик основан на том, что для определения типа матрицы предварительно измеряют электрическое сопротивление образца композита металл-диэлектрик при комнатной температуре, после чего указанный образец подвергают вакуумному изотермическому отжигу при температурах 300-400°C в течение 30 минут, после чего определяют электрическое сопротивление отожженного материала и сравнивают его с исходным значением.

Установка для обработки нанокомпозитов в водородной плазме // 2560898

Изобретение относится к вакуумно-плазменной обработке нанокомпозитов. Установка для обработки нанокомпозитов в водородной плазме содержит СВЧ-печь, установленный внутри СВЧ-печи кварцевый реактор для размещения в нем нанокомпозитов, состоящий из корпуса в виде полого цилиндра из кварцевого стекла и установленных на его торцах фланцев с хвостовиками для соединения с вакуумными шлангами, один из которых предназначен для подачи водорода в кварцевый реактор и снабжен натекателем, а другой - для вакуумирования СВЧ-печи и реактора.

Наночастицы типа "ядро-оболочка", способ их синтеза и их применение // 2560722

Настоящее изобретение относится к способу синтеза наночастиц типа ядро-оболочка. Описан способ синтеза наночастиц типа ядро-оболочка, включающий следующие стадии: синтез полимерной затравки в растворителе путем «живой» анионной дисперсионной полимеризации, при этом затравка включает моновиниловый мономер, поперечно-сшитый при помощи сшивающего агента для формирования ядра наночастицы, при этом ядро имеет средний диаметр от 5 нанометров до 10000 нанометров и содержит полимерные цепи с «живыми» концевыми группами; добавление стабилизатора для стабилизации затравки и предотвращения осаждения затравки из раствора; и прививка и/или полимеризация частиц оболочки на «живые» концы ядра для формирования оболочки наночастицы; при этом затравка образована полимеризацией моновинилового мономера с использованием инициатора и поперечного сшивания полученного полимера со сшивающим мультивиниловым мономер агентом.

Способ соединения деталей оптического элемента из кристаллов гранатов // 2560438

Изобретение относится к области изготовления оптического элемента путем соединения нескольких кристаллов гранатов. Такие композитные оптические элементы широко применяются в лазерах и других оптических устройствах.

Способ получения наноструктурированного углеродного материала на основе технического углерода // 2562278

Изобретение относится к технологиям получения наноструктурированного углеродного материала и может быть использовано в химической, электротехнической, машиностроительной промышленности при изготовлении усиливающих наполнителей резин и пластмасс, пигментов для типографских красок, в производстве сплавов, специальных сортов бумаги, электродов, гальванических элементов. Сначала сжигают углеводородное топливо в камере сгорания в среде кислорода с получением продуктов сгорания с температурой 1000-3150°С. Поток продуктов сгорания подают из камеры сгорания в канал, имеющий меньшее поперечное сечение относительно поперечного сечения камеры сгорания таким образом, чтобы его скорость составляла 40-800 м/с. В поток продуктов сгорания вводят углеводородное сырье и предшественник катализатора роста углеродных наноструктур, формируя рабочую смесь, вводят ее в реакционную зону, в которой поддерживают температуру 900-2300°С, где предшественник катализатора разлагается до частиц катализатора, а углеводородное сырье разлагается с образованием углеродных наноструктур и газообразных продуктов. Полученные углеродные наноструктуры отделяют от газообразных продуктов разложения. Изобретение позволяет получать однородный наноструктурированный углеродный материал, содержащий нитевидные нановолокна, одностенные и многостенные нанотрубки, частицы техуглерода, луковичные структуры. 17 з.п. ф-лы, 1 ил., 3 пр.

Способ хранения атомарного водорода // 2562493

Изобретение относится к химии и водородной энергетике и может быть использовано в транспортном машиностроении. Водород получают в генераторе 1, направляют в приёмник 2, разделяют на два потока 3 и воздействуют на них импульсным магнитным полем с амплитудой магнитной индукции В более 100 гаусс. Затем пропускают через аккумуляторы атомарного водорода 6, заполненные нанодисперсным углеродом, содержащим углеродные нанотрубки с удельной поверхностью от 200 до 550 м2/г в качестве микроконтейнеров для хранения водорода, при пульсирующем давлении водорода с амплитудой более 0,1 МПа. Обеспечивается надёжное и безопасное хранение водорода. 1 ил.

Способ получения нанокапсул витаминов в каррагинане // 2562561

Изобретение относится к фармацевтической промышленности, в частности к способу получения нанокапсул витаминов А, С, D, Е или Q10. Способ получения нанокапсул витаминов А, С, D, Е или Q10 заключается в том, что определенное количество витамина А, С, D, Е или Q10 добавляют в суспензию каррагинана в бутаноле, содержащую каррагинан в присутствии Е472с, при перемешивании, после чего приливают гексан, отфильтровывают полученную суспензию и сушат. Процесс получения нанокапсул осуществляют при определенных условиях. Вышеописанный способ обеспечивает упрощение и ускорение процесса получения нанокапсул витаминов А, С, D, Е или Q10. 5 ил., 8 пр.

Нанокомпозитный полиарилсульфоновый пленочный материал // 2562651

Изобретение относится к полимерным пленочным материалам, модифицированным нанокомпозитными соединениями, предназначенным для применения в электронной промышленности, электротехнике, машиностроении. Нанокомпозитный полиарилсульфоновый пленочный материал состоит из полиарилсульфона марки ПСФ-190 и включает наночастицы Cu/С или Ni/C размером 90-100 нм в полимерной матрице в количестве 0,002%. Материал обладает улучшенными функциональными свойствами, в частности прочностными характеристиками. 1 табл.

Способ получения наночастиц сукцината хитозана // 2562721

Изобретение относится к химической технологии. Способ предусматривает растворение в дистиллированной воде янтарной кислоты при температуре 20°C, фильтрацию нерастворившейся янтарной кислоты и добавление к полученному раствору низкомолекулярного хитозана, выдерживании при перемешивании со скоростью 200 об/мин в течение 2 часов. По окончании реакции добавляют этанол, центрифугируют. Твердый остаток фильтруют и сушат в вакуумном сушильном шкафу при температуре 30°C. Изобретение позволяет получить наноразмерные частицы сукцината хитозана. 1 ил., 5 пр.

Способ электрической пассивации поверхности монокристаллического кремния // 2562991

Изобретение относится к технологии обработки кремниевых монокристаллических пластин и может быть использовано для создания электронных структур на его основе. Способ электрической пассивации поверхности кремния тонкопленочным органическим покрытием из поликатионных молекул включает предварительную подготовку подложки для создания эффективного отрицательного электростатического заряда, приготовление водного раствора поликатионных молекул, адсорбцию поликатионных молекул на подложку в течение 10-15 минут, промывку в деионизованной воде и сушку подложки с осажденным слоем в потоке сухого воздуха, при этом в качестве подложки использован монокристаллический кремний со слоем туннельно прозрачного диоксида кремния, с шероховатостью, меньшей или сравнимой с толщиной создаваемого покрытия, предварительную подготовку кремниевой подложки проводят путем ее кипячения при 75°C в течение 10-15 минут в растворе NH4OH/H2O2/H2O в объемном соотношении 1/1/4, для приготовления водного раствора поликатионных молекул использован полиэтиленимин, а во время адсорбции поликатионных молекул на подложку осуществляют освещение подложки со стороны раствора светом с интенсивностью в диапазоне 800-1000 лк, достаточной для изменения плотности заряда поверхности полупроводниковой структуры за время адсорбции. Техническим результатом изобретения является уменьшение плотности поверхностных электронных состояний и увеличение эффективного времени жизни неравновесных носителей заряда на границах раздела «органический слой - диэлектрик» и «диэлектрик - полупроводник». 5 ил., 6 табл., 3 пр.

Способ получения нанокапсул аминогликозидных антибиотиков в альгинате натрия // 2563118

Изобретение относится к области нанотехнологии, в частности нанокапсулирования при получении нанокапсул аминогликозидных антибиотиков в оболочке из альгината натрия. Согласно способу по изобретению аминогликозидный антибиотик порциями добавляют в суспензию альгината натрия в бутиловом спирте, содержащую препарат Е472с в качестве поверхностно-активного вещества. Массовое соотношение аминогликозидный антибиотик:альгинат натрия составляет 1:1 или 1:3. Смесь перемешивают, добавляют хлороформ, полученную суспензию нанокапсул отфильтровывают, промывают хлороформом и сушат. Процесс осуществляют в течение 15 минут.

Способ получения наноразмерной системы доставки трифосфата азидотимидина в клетки млекопитающих // 2563171

Изобретение относится к области химии, биологии и молекулярной медицины. Способ относится к получению наноразмерной системы доставки трифосфата азидотимидина в клетки млекопитающих и включает модификацию носителя, в качестве которого используют коммерческие аминосодержащие наночастицы диоксида кремния размером до 20 нм, путем суспендирования последних в ДМСО, содержащем 5% триэтиламин, до конечной концентрации 50-100 мг/мл с последующей обработкой полученной суспензии равным объемом 5% N-гидроксисукцинимидного эфира 5-(пропинилокси)-5-оксопентановой кислоты или 10% пентафторфенилового эфира 6-пропинилоксигексановой кислоты в ДМСО и последующую иммобилизацию трифосфата азидотимидина на полученных алкино-модифицированных наночастицах. Изобретение обеспечивает сокращение длительности способа и повышение функциональных возможностей целевого продукта. 2 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл., 6 пр.

Способ изготовления комплексной нанодисперсной добавки для высокопрочного бетона // 2563264

Изобретение относится к строительству и промышленности строительных материалов, в частности к способам изготовления комплексных нанодисперсных добавок. Способ изготовления комплексной нанодисперсной добавки для высокопрочного бетона заключается в получении путем ультразвукового диспергирования при частоте ультразвука 35 кГц суспензии с концентрацией твердой фазы 3%. При этом суспензия содержит 65-70 мас.% минерального компонента - метакаолина, 30-35 мас.% суперпластификатора С-3 в виде сухого вещества и воду. Техническим результатом является уменьшение размеров частиц, сокращение времени ультразвукового воздействия и упрощение технологии получения добавки. 2 табл., 1 пр.

Способ получения радиационно-защитного материала на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена с повышенными радиационно-защитными свойствами // 2563650

Изобретение относится к способу получения радиационно-защитного материала на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена для изготовления конструкционных изделий радиационной защиты. Способ включает предварительную сушку при температуре 100-130°C порошков сверхвысокомолекулярного полиэтилена, вольфрама и карбида бора. Затем порошки сверхвысокомолекулярного полиэтилена в количестве 32 мас.%, вольфрама - 60 мас.% и карбида бора - 8 мас.% смешивают и подвергают обработке в высокоэнергетичной планетарной мельнице с металлическими мелящими телами, с последующим термопрессованием смеси порошков при температуре 180-200°C и давлении 35-40 МПа. 1 ил., 1 пр.