СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ МАГНИТООПТИЧЕСКИМ ПРОСТРАНСТВЕННЫМ МОДУЛЯТОРОМ СВЕТА Российский патент 1995 года по МПК G02F1/09 

Изобретение относится к физике, в частности к прикладной магнитооптике и промышленно применимо в устройствах для управления светом, основанных на магнитооптическом эффекте Фарадея.

Известен способ управления магнитооптическим пространственным модулятором света (МО ПМС), называемым также магнитооптическим управляемым транспарантом, включающий подачу импульсов тока в две системы взаимно перпендикулярных проводников, между которыми расположены магнитоизолированные ячейки из магнитоодноосного материала [1] Недостатком этого технического решения является низкое быстродействие (25 мкс) вследствие использования термомагнитного способа переключения ячеек.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является известный способ управления магнитооптическим пространственным модулятором света, включающий подачу импульсов тока в две системы взаимно перпендикулярных проводников, между которыми расположены магнитоизолированные ячейки из магнитоодноосного материала [2]
Недостатком прототипа является невысокое быстродействие, поскольку для переключения ячеек используется механизм движения доменных стенок.

Для повышения быстродействия МО ПМС в способе управления МО ПМС, включающем подачу импульсов тока в две системы взаимно перпендикулярных проводников, между которыми расположены магнитоизолированные ячейки из магнитоодноосного материала, в четыре проводника, между которыми расположена переключаемая ячейка, подают по крайней мере два последовательных импульса тока противоположной полярности, причем магнитные поля, создаваемые каждый из четырех проводников, суммируются в переключаемой ячейке, амплитуды и/или длительности первых импульсов тока таковы, что во всех точках переключаемой ячейки суммарное магнитное поле превышает пороговое поле вращения намагниченности, а процесс вращения намагниченности заканчивается к моменту окончания первых импульсов тока, при этом в любой ячейке, на которую воздействуют магнитные поля, создаваемые не более, чем тремя из четырех проводников, окружающих эту ячейку, процесс вращения намагниченности либо не начинается, либо не успевает закончиться, амплитуды вторых импульсов тока таковы, что во всех точках переключаемой ячейки, суммарное магнитное поле меньше порогового поля вращения намагниченности. Длительности вторых импульсов тока могут превышать время, необходимое для релаксации в исходное состояние всех, кроме переключаемой, ячеек, в которых во время действия первых импульсов тока происходило вращение намагниченности. Амплитуды вторых импульсов тока таковы, что напряженность магнитного поля, создаваемого четырьмя проводниками, превышает коэрцитивную силу во всех точках ячеек, в которых под действием первых импульсов тока происходило вращение намагниченности. В каждой из двух систем взаимно перпендикулярных проводников импульсы тока подаются не более, чем в два соседних параллельных проводника.

Для переключения состояния ячейки в четыре проводника, между которыми расположена переключаемая ячейка, подают импульсы тока такой полярности, что создаваемые каждым проводником поля суммируются в переключаемой ячейке. Во всех остальных ячейках суммарное магнитное поле меньше, чем в переключаемой ячейке. Если суммарное магнитное поле во всех точках этой ячейки превышает пороговое поле вращения намагниченности, то переключение состояния ячейки осуществляется по механизму вращения намагниченности. Первый импульс тока заканчивается по окончании процесса переключения заданной ячейки. При этом во всех остальных ячейках процесс вращения намагниченности либо не начинается, либо не успевает закончиться. Для релаксации последних ячеек в исходное состояние сразу после окончания первого импульса подают второй импульс противоположной полярности, амплитуда которого такова, что во всех точках переключаемой ячейки суммарное магнитное поле меньше порогового поля вращения намагниченности, но превышает коэрцитивную силу во всех точках ячеек, в которых под действием первых импульсов тока происходило вращение намагниченности. Длительность второго импульса тока должна быть достаточной для полной релаксации в исходное состояние всех ячеек, кроме переключаемой. При этом в каждую из двух систем взаимно перпендикулярных проводников импульсы тока подаются не более, чем в два соседних параллельных проводника, что обеспечивает суммирование магнитных полей в переключаемой ячейке.

На чертеже изображен фрагмент МО ПМС и показано направление тока в проводниках и направление магнитного поля в ячейках. Видно, что только для одной переключаемой ячейки магнитные поля суммируются.

Важной особенностью процесса вращения намагниченности является четкий порог, характерный разброс порога менее 1 Э при пороговом поле 1000-3000 Э. Тот факт, что переключение ячеек происходит не только при превышении четкого порога, но и при превышении длительностью переключающего импульса критического значения позволяет повысить надежность переключения. Повышение быстродействия обусловлено использованием механизма вращения намагниченности. Наиболее эффективным является использование в качестве магнитоодноосного материала висмут-содержащих пленок феррит-гранатов с компенсацией момента импульса, поскольку в этих пленках реализуется повышенное гидромагнитное отношение, а скорость вращения намагниченности пропорциональна этому отношению. Более того, в таких материалах зависимость скорости доменных стенок от действующего магнитного поля является линейной вплоть до полей, близких к полю одноосной магнитной анизотропии.

Мезаструктуры изготовляли из монокристаллических пленок ферритогранатов состава (Gd, Tm, Bi)₃ (Fe, Ga)₅O₁₂, выращенных на подложках из гадолиний-галиевого граната и имеющих точку компенсации момента импульса при 30^оС. Поле одноосной анизотропии составляло 610 Э. Ячейки имели характерный размер 50 мкм при периоде ячеек 75 мкм. Длительность первого импульса составляла 5 нс, длительность второго импульса 45 нс. Изучение процесса переключения состояния ячеек с помощью метода высокоскоростной фотографии с временем экспозиции 1 нс показало, что реализуется механизм вращения намагниченности при подаче импульсов тока в четыре проводника. В остальных ячейках реализуется механизм движения так называемой волны опрокидывания магнитных моментов, которая преобразуется в обычную доменную стенку во время или до окончания первого импульса тока. Эта стенка перемещается в обратном направлении во время действия второго импульса тока.

Использование: в прикладной магнитооптике, в устройствах для управления светом, основанных на магнитооптическом эффекте Фарадея. Сущность изобретения: в четыре проводника, между которыми расположена переключаемая ячейка, подают два последовательных импульса тока противоположной полярности. В переключаемой ячейке магнитные поля, создаваемые каждым из этих проводников, суммируются и, как следствие, реализуется процесс вращения намагниченности. В остальных ячейках этот процесс либо не начинается, либо не успевает закончиться. Релаксация этих ячеек к исходному состоянию осуществляется под действием второго импульса тока. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ МАГНИТООПТИЧЕСКИМ ПРОСТРАНСТВЕННЫМ МОДУЛЯТОРОМ СВЕТА, включающий подачу импульсов тока в две системы взаимно перпендикулярных проводников, между которыми расположены магнитоизолированные ячейки из магнитоодноосного материала, отличающийся тем, что в четыре проводника, между которыми расположена переключаемая ячейка, подают по крайней мере два последовательных импульса тока противоположной полярности, причем магнитные поля, создаваемые каждым из четырех проводников, суммируются в переключаемой ячейке, амплитуды и/или длительности первых импульсов тока таковы, что во всех точках переключаемой ячейки суммарное магнитное поле превышает пороговое поле вращения намагниченности, а процесс вращения намагниченности заканчивается к моменту окончания первых импульсов тока, при этом в любой ячейке, на которую воздействуют магнитные поля, создаваемые не более чем тремя из четырех проводников, окружающих эту ячейку, процесс вращения намагниченности либо не начинается, либо не успевает закончиться, амплитуды вторых импульсов тока таковы, что во всех точках переключаемой ячейки суммарное магнитное поле меньше порогового поля вращения намагниченности. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что длительности вторых импульсов тока превышают время, необходимое для релаксации в исходное состояние всех, кроме переключаемой, ячеек, в которых во время действия первых импульсов тока происходило вращение намагниченности. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что амплитуды вторых импульсов тока таковы, что напряженность магнитного поля, создаваемого четырьмя проводниками, превышает коэрцитивную силу во всех точках ячеек, в которых под действием первых импульсов тока происходило вращение намагниченности. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в каждой из двух систем взаимно перпендикулярных проводников импульсы тока подаются не более чем в два соседних параллельных проводника.