МАГНИТООПТИЧЕСКИЙ ВЕНТИЛЬ Российский патент 2004 года по МПК G02F3/00 G02F1/00 G02F1/09 

Изобретение относится к оптической технике и может быть использовано как элемент оптической развязки.

Известны различные варианты оптических вентилей, например устройства против ослепления водителей светом фар встречных машин [1], содержащие поляроидные пленки, однако они имеют большие потери световой энергии, что ограничивает возможности их применения.

Акустооптический вентиль, описанный в [2], содержит последовательно расположенные на оптической оси интерферометр Фабри-Перо, настроенный на пропускание излучения с частотой, равной частоте излучения источника света, и акустооптический брэгговский модулятор. Оптическое излучение с частотой ν проходит через интерферометр Фабри-Перо и попадает на акустооптический брэгговский модулятор. На его выходе частота оптического излучения становится равной ν+f, где f - частота акустической волны. Излучение, отраженное от какого-либо элемента оптического тракта или от какого-либо объекта и распространяющееся в обратном направлении, после прохода через акустооптический брэгговский модулятор будет иметь частоту, равную ν+2f. Параметры интерферометра Фабри-Перо подобраны таким образом, что излучение с частотой ν+2f не пройдет через него (при частоте ν кривая зависимости пропускания интерферометра Фабри-Перо от частоты имеет максимум, а при частоте ν+2f имеет минимум). Недостаток акустооптического вентиля заключается в том, что он требует затрат энергии, расходуемой на возбуждение акустической волны в акустооптическом брэгговском модуляторе. Кроме того, частота оптического излучения на выходе акустооптического вентиля не равна частоте оптического излучения на его входе, что сужает область применения такого вентиля.

Известен также оптический вентиль, описанный в [3]. Он содержит последовательно расположенные на оптической оси собирающую линзу с продольной хроматической аберрацией и поглощающую маску, причем поглощающая маска расположена в пределах области продольной хроматической аберрации собирающей линзы. Поглощающая маска может быть закреплена с помощью радиальных растяжек. Оптическое излучение, вошедшее в оптический вентиль в направлении слева направо (в обратном направлении), вследствие продольной хроматической аберрации собирающей линзы разделится на ряд спектральных составляющих. Из них поглотится только та спектральная составляющая, которая сфокусирована в точке расположения поглощающей маски. Все остальные спектральные составляющие пройдут через оптический вентиль в направлении слева направо. В прямом направлении (справа налево) оптическое излучение пройдет практически без ослабления, так как площадь поглощающей маски ничтожно мала по сравнению с площадью поперечного сечения оптического пучка. Недостаток известного оптического вентиля заключается в том, что оптическое излучение, проходящее через этот оптический вентиль как в прямом, так и в обратном направлении, преобразуется в вентиле из плоскопараллельного пучка в сходящийся пучок, который после прохождения через фокальную плоскость собирающей линзы превращается, естественно, в расходящийся пучок, что существенно сужает область применения описанного оптического вентиля.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является описанный в [4] оптический вентиль, содержащий последовательно расположенные на оптической оси поляризатор, магнитооптический ротатор (вращатель плоскости поляризации) и анализатор. Магнитооптический ротатор расположен внутри магнита трубчатой формы с осевой намагниченностью. Таким образом, магнитооптический ротатор помещен в постоянное продольное магнитное поле. Конструкция магнитной системы, величина создаваемого магнитного поля магнитной системы и материал магнитооптического ротатора выбираются таким образом, чтобы угол поворота плоскости поляризации оптического излучения составлял 45°. Оптическое излучение проходит через поляризатор и становится линейно поляризованным. В магнитооптическом ротаторе вследствие магнитооптического эффекта Фарадея плоскость поляризации линейно поляризованного света поворачивается на 45° относительно исходной плоскости поляризации и проходит через анализатор, главная плоскость которого повернута на 45° относительно главной плоскости поляризатора. Излучение, распространяющееся в обратном направлении (обратный луч), пройдя через анализатор и магнитооптический ротатор, будет иметь плоскость поляризации, повернутую на 90° относительно исходной плоскости поляризации, и, следовательно, поглотится в поляризаторе.

Недостаток известного технического решения заключается в низких потребительских свойствах, обусловленных большими массогабаритными характеристиками магнитной системы с осевой намагниченностью.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение потребительских свойств путем снижения массогабаритных характеристик магнитной системы с осевой намагниченностью.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в известный магнитооптический вентиль, содержащий магнитную систему с осевой намагниченностью и последовательно расположенные на оптической оси поляризатор, магнитооптический ротатор и анализатор, при этом магнитооптический ротатор помещен в продольное магнитное поле магнитной системы с осевой намагниченностью, внесены следующие усовершенствования: магнитооптический ротатор выполнен в форме прямоугольного параллелепипеда, передняя и задняя торцовые грани магнитооптического ротатора выполнены отражающими, левый край передней торцовой грани магнитооптического ротатора снабжен прозрачным окном, левый край задней торцовой грани снабжен отражающим скосом, расположенным на пути прямого луча после его прохождения через поляризатор и прозрачное окно передней торцовой грани магнитооптического ротатора, правый край передней торцовой грани магнитооптического ротатора снабжен отражающим скосом, правый край задней торцовой грани магнитооптического ротатора снабжен прозрачным окном, а анализатор расположен на пути отраженного от отражающего скоса передней торцовой грани магнитооптического ротатора и прошедшего через прозрачное окно задней боковой грани магнитооптического ротатора.

Такое построение магнитооптического вентиля позволяет повысить потребительские свойства путем снижения массогабаритных характеристик магнитной системы с осевой намагниченностью путем обеспечения многократного прохождения оптического луча в магнитооптическом ротаторе.

Вследствие невзаимности магнитооптического эффекта Фарадея, заключающегося в том, что направление поворота плоскости поляризации оптического излучения зависит от направления продольного магнитного поля и не зависит от направления распространения оптического излучения (вдоль магнитного поля или в противоположном направлении), угол поворота плоскости поляризации оптического излучения при прохождении света вначале вдоль магнитного поля, затем против магнитного поля, затем вдоль магнитного поля, затем против магнитного поля и так далее, будет равен сумме углов поворота плоскости поляризации на указанных участках. Поэтому длина магнитооптического ротатора вдоль оптической оси может быть значительно сокращена, что ведет за собой значительное сокращение массогабаритных характеристик магнитной системы с осевой намагниченностью, в результате чего повышаются потребительские свойства заявляемого магнитооптического вентиля.

Сущность изобретения поясняется описанием конкретного, но не ограничивающего заявляемое техническое решение варианта выполнения и прилагаемыми чертежами, на которых:

- на фиг.1 приведена функциональная схема заявляемого магнитооптического вентиля;

- на фиг.2 приведен вариант хода оптических лучей в магнитооптическом ротаторе;

- на фиг.3 приведен вариант внешнего вида магнитной системы с осевой намагниченностью и магнитооптического ротатора.

Магнитооптический вентиль содержит (фиг.1) магнитную систему 1 с осевой намагниченностью и последовательно расположенные на оптической оси поляризатор 2, магнитооптический ротатор 3 и анализатор 4, при этом магнитооптический ротатор 3 помещен в продольное магнитное поле магнитной системы 1 с осевой намагниченностью. Магнитооптический ротатор 3 выполнен в форме прямоугольного параллелепипеда (фиг.2), передняя 5 и задняя 6 торцовые грани магнитооптического ротатора 3 выполнены отражающими, левый край передней торцовой грани 5 магнитооптического ротатора 3 снабжен прозрачным окном 7, левый край задней торцовой грани снабжен отражающим скосом 8, расположенным на пути прямого луча после его прохождения через поляризатор 2 и прозрачное окно 7 передней торцовой грани 5 магнитооптического ротатора 3, правый край передней торцовой грани 5 магнитооптического ротатора 3 снабжен отражающим скосом 9, правый край задней торцовой грани 6 магнитооптического ротатора 3 снабжен прозрачным окном 10, а анализатор 4 расположен на пути прямого луча, отраженного от отражающего скоса 9 передней торцовой грани 5 магнитооптического ротатора 3 и прошедшего через прозрачное окно 10 задней боковой грани 6 магнитооптического ротатора 3.

На фиг.3 приведен вариант магнитной системы 1 с осевой намагниченностью, выполненной в форме прямоугольного параллелепипеда, который снабжен осевым отверстием прямоугольного сечения. В этом отверстии размещен магнитооптический ротатор 3. На фиг.3 цифрой 11 обозначен прямой луч.

Магнитооптический вентиль работает следующим образом. Оптическое излучение прямого луча (то есть распространяющееся через оптический вентиль в прямом направлении оптическое излучение) проходит через поляризатор 2 и становится линейно поляризованным. Затем через прозрачное окно 7 прямой луч попадает в магнитооптический ротатор 3, отражается от отражающего скоса 8, поочередно отражается от передней 5 и задней 6 торцовых граней магнитооптического ротатора 3, отражается от отражающего скоса 9 и после прохождения прозрачного окна 10 попадает в анализатор 4, главная плоскость которого повернута на 45° относительно главной плоскости поляризатора 2. Параметры магнитооптического вентиля (величина магнитного поля, материал магнитооптического ротатора и др.) подобраны таким образом, чтобы поворот плоскости поляризации в магнитооптическом ротаторе 3 составлял 45°, поэтому прямой луч проходит через анализатор 4 почти без ослабления, так как электрический вектор прямого луча параллелен главной плоскости анализатора 4. Излучение, распространяющееся в обратном направлении (обратный луч), пройдя через анализатор 4 и магнитооптический ротатор 3, будет иметь плоскость поляризации, повернутую на 90° относительно исходной плоскости поляризации прямого луча, и, следовательно, поглотится в поляризаторе 2.

Источники информации

1. Галкин Ю.Н. Электрооборудование автомобилей. - М.: 1947. С.12-14.

2. Патент №2109122 (Великобритания), МПК G 02 Р 1/11. НКИ G 2 F, опубл. 25.03.83.

3. Авт. свид. №881650 (СССР). МПК G 02 F 3/00, опубл. 15.11.81, БИ №42.

4. Birh К.P. A compact optical isolator. - Optics Communications, 1982, v.43, №2. - p.79-84.

Изобретение относится к оптической технике и может быть использовано как элемент оптической развязки. Конструктивное выполнение магнитооптического ротатора обеспечивает многократное прохождение оптического луча в магнитооптическом ротаторе, который помещен в продольное магнитное поле магнитной системы с осевой намагниченностью, в результате чего снижаются массогабаритные характеристики магнитной системы с осевой намагниченностью. Технический результат - повышение потребительских свойств путем снижения массогабаритных характеристик магнитной системы с осевой намагниченностью. 3 ил.

Магнитооптический вентиль, содержащий магнитную систему с осевой намагниченностью и последовательно расположенные на оптической оси поляризатор, магнитооптический ротатор и анализатор, при этом магнитооптический ротатор помещен в продольное магнитное поле магнитной системы с осевой намагниченностью, отличающийся тем, что магнитооптический ротатор выполнен в форме прямоугольного параллелепипеда, передняя и задняя торцовые грани магнитооптического ротатора выполнены отражающими, левый край передней торцовой грани магнитооптического ротатора снабжен прозрачным окном, левый край задней торцовой грани снабжен отражающим скосом, расположенным на пути прямого луча после его прохождения через поляризатор и прозрачное окно передней торцовой грани магнитооптического ротатора, правый край передней торцовой грани магнитооптического ротатора снабжен отражающим скосом, правый край задней торцовой грани магнитооптического ротатора снабжен прозрачным окном, а анализатор расположен на пути прямого луча, отраженного от отражающего скоса передней торцовой грани магнитооптического ротатора и прошедшего через прозрачное окно задней торцевой грани магнитооптического ротатора.