Магнитооптический переключатель оптических каналов Советский патент 1992 года по МПК G02F1/09 

Изобретении относится к конструкции магнитооптического переключателя оптических каналов, который может использоваться в качестве базовой ячейки координатного коммутатора в системах оптической связи, оптическо обработки информации и т.п.

Цель изобретения - расширение функциЬнальных возможностей путем обеспечения работы переключателя в ячейки координатного коммутатора оптических каналов,

На фиг. 1 показан предлагаемый переключатель; на фнг, 2 - схема координатного коммутатора оптических каналов, построенного на основе предлагаемого переключателя.

Магнитооптический переключатель содержит первую плоскопараллельную пластину 1 из двулучепреломляющего м териала, первый управляемый магнитооптический ротатор 2 плоскости поляризации оптического излучения на tAS, .первый фиксированный ротатор 3 плоскости поляризации оптического . излучения ,па 45 и составную призму А, расположенные, вдоль оси Х,Х;, втоной фиксированньш ротатор 5 плоскости поляризации оптического излу- ЧсПия на 45°, пторой управляемый магнитооптический ротатор 6 плоскости поляризации оптического излучения на f45 и вторую плоскопараллельную плсчстину 7, расположенные на оси Y//,, параллельно направлению расг- пространения лучей, отраженных от плоскости 8 разреза призмы 4. Между каждой плоскопараллельной нлас иной ) и 7 и кажд1 1М управляеь ьгг-1 магнитооптическим р.отатором 2 и 6 в канале одного луча расположены соответственно фиксированные ротаторы 9 и 10 плоскости поляризации оптического .излучения на 90°, Плоскопараллельные пластины 1 и 7 выполнены нз оптичес- ки одноосного кристапла, например из кальцита, и вырезаны под углом 45 к опти ескон осп. Управляемые магнитооптические ротаторы 2 и 6 выпол- книы в виде разм(.;1Щ;;н ых внутри обмо- электромагиптон плоскопараллель- ных пластин из монокристаллов магнетиков с арп-13отропией типа легкая ось, вырезанных перпендикулярно оптической осп. Ось легкого намаг- ничивания (ОЛИ) должна быть ориен-. тирована под углом поверхности, лежащим в пределах в.90°, поле одноосной анизотропии , должно пре

5

0

д 5 О 5 0 5

0

вышать намагниченность насыщения материала 47Мд. При выполнении последнего условия вектор намагниченности К0 в отсутствие внешних воздействий ориентируется вдоль ОЛН. (существуют две возможные ориентации вектора М, отличающиеся на 180). Толщина пластин 1„ выбирается таким образом, чтобы (1) где f удельное фарадеевское вращение на рабочей длине волны света. .Это обеспечивает поворотг плоскости поляризации линейно-поляризованного оптического излучения при прохождении через пласти1гу на 145°, знак плюс соответствует случаю (МК) О, знак минус - случаю (КК)0,

Материалом для изготовления ротаторов могут служить, например, редкоземельные ортоферриты YFeOj, и др., удельное фарадеевское вращение которых в полосе прозрачности (1-5 мкм) составляет «5

«10 град/см. Монокристаллы орто- ферритов являются двухосными оптическими кристаллами, причем оптические оси составляют с кристаллографической г 50, а ОЛН совпадает с ocbro ci Поэтому для пластин, вырезанных перпендикулярно оптической оси, угол ву между ОЛН и поверхностью составляет с: 40. Для обеспечения поворота плоскости поляризации света на f45° толщина пластин согласно формуле (1) должна составлять

1 мм. Из-за больного поля -одноосной анизотропии () п астины ортоферритов обычно находятся в монодоменном состоянии. Коэрцитивную силу пластин выбирают в пределах Hf, lO-20. 3 и регулируют известными технологическими методами. Фиксированные ротаторы 3 и 5 могут быть выполнены в виде плоскопараллельных пластин, аналогичных описанным вьше пластинам, используемым в управляемых ротаторах 2 и 6, за исключением того, что коэрцитивная сила материала, из которого они изготовлены, должна по меньшей мере в десять раз превышать коэрцитивную силу матери- алл управляемых ротаторов. Составная призма 4 выполнена в виде модит фицированной призмы Глана-Фуко с боковыми гранями, образующими угол 50 с плоскостью 8 ее разреза, и ориентирована своими основаниями перпендикулярно оси Х,Х. Ось составляет при этом с осью Y,Y угол

.

80°. При таком выполнении призмы ft обыкиовенные лучи с горизонтальной поляризацией после отражения от ее плоскости 8 разреза падают на боковую грань под углом 90, что обеспечивает поляризационную нечувствительность, коэффициента страже ния световых пучков от боковых граней. Фиксированные ротаторы 9 и 10 могут быть выполнены в виде полуволновых пластин. Электромагниты, HQ- пользуемые для переключения управляемых ротаторов 2 и 6, имеют по две обмотки к аждый, одна из которых включается в шину Х(шр ,а другая - в шину Y(Ui ) .Амплитуда импульсов тока подаваемых в каждую шину lil и Шу, выбирается таким образом, чтобы создаваемое током lynp поле Ну„р удовлетворяло условию

f- н,„р.н,.

(2)

где Hg - коэрцитивная сила материала из которых выполнены управляемые ротаторы 2 и 6. Из условия (2) следует, что если управляющий ток подан только в шину Ш, (или только в шину Ш), то управляемые ротаторы 2 и 6 не перемагничиваются. Если управля- юпшй ток подан в обе шины Ш и Шу, то электромагниты создают поле 2H,rip7 НС, происходит перемагничивание управляемых ротаторов 2 и 6 и вносимый ими угол поворота плоскости поляризации изменяется на +45° {или -45°). Необходимая длительность управляющих импульсов тока определяется временем перемагничивания материала, из которого изготовлены управляемые ротаторы 2 и 6. Для ортоферритов значение fyfjp лежит в пределах 10- 100 НС.

Устройство работает следующим образом.

Неполяризационный световой пучок, падающий по нормали на первую плос- копараллельнук) пластину I из двупре- ломляющего материала, после прохождения пластины 1 расщепляется на два параллельных поляризованных пучка с взаимно перпендикулярньтми плоскостями поляризации - вертикальной и горизонтальной. Горизонтально поляризованный пучок пропускается через полуволиовую пластину 9, после про- хоясдения которой становится вертикально поляризованным. Затем оба вертикально поляризованных пучка

f)54

поступают на управляемый ротатор 2, (так же, как и управляемый ротатор 6) в исходном состоянии -вращает плоскость Поляризации света на t-45 . После прохождения управляемого ротатора 2 световые пучки поступают на фиксированный ротатор 3, который (так же, как и фиксированный ротатор 5) всегда поворачивает плоскость поляризации света на -45. В итоге оба световых пучка снова oкaзывaютqя вертикально поляризованными и проходят через приэ.-;у Глана-Фуко 4 напрямук вдоль оси Х,. Аналогично неполяризованный световой пучок, падающий по нормали на вторую плоскопараллельную пластину 7 из двупрелом- ляющего материала, после прохождения через пластину расщепляется на два параллельных поляризованных пучка с взаимно перпендикулярными плоскостями поляризации. Горизонтально поляризованный пучок пропускается через полуволновую пластину 10, после прохождения которой становится вертикально поляризованным. После прохождения управляемого 6 и неуправляемого 3 ротаторов в описанной ситуации оба световых пучка остаются вертикально поляризованньгми, и в результате проходят через призму А напрямую вдоль оси Y,Y,. Если в шины W, и Ыу одновременно подать управляющие импульсы тока , то под действием полей электромагнитов i, происходит перемагничивание управляемых ротаторов 2 и 6, в результате чего вносимый ими поворот плоскости поляризации становится равным +45 . В этих условиях световые пучки, прохо

дящие сквозь пластины 1, 9 и ротаторы 2, 3, приобретают горизонтальную поляризацию и, отразившись от плоскости разреза В призмы 4, поступают

на фиксированный ротатор 5. После прохождения ротаторов 5, 6 и пластины 0 световые пучки объединяются пластиной 7 и вцходят через нее в направлении оси Y.J . Аналогично поляризованное световое излучение, падающее по нормали на пластину 7, в зтих условиях будет передано в канал X., по обратному пути.

Таким образом, если управляемые

ротаторы 2 и 6 обеспечивают поворот плоскости поляризации на -45°, то входы X, и Y развязаны. Неполяри- зоваиное световое излучение, поступающее на вход X, , выходит вдоль

51

оси X , в виде двух пяралпильньгх вертикально поляризованных пучков, а не поляриэояанноц световое излучение, поступаюшее на вход оси Y, , выходит вдоль оси Y, в виде двух параллельных вертикально поляризованных пучков. Если в шины Ш,н Шу подают уп- рлвляюрше импульсы тока, переключающие управляемые ротаторы в состояние, обеспечивающее поворот ти поляризации на -«-AS, то входы X, и Y оказываются закоммутированными, при этом неполяризованное световое излучение, поступающее на вход X, , выходит в виде иеполяризованного пучка вдоль Y и наоборот излучение, паступаищее на вход Y, поступает иа вход X,. Это дает возможность построить на базе предлагаемого пере клк)ч1ателя многоканальный координатный переключатель пока- эанньгй на фиг. 2. К выходу Xj подключается ячейка, включающая в себя управляемый ротатор II, фиксированный ротатор 12, поляризационную призму 13, фиксированный ротатор 14, управляемый рота.тор 15 и элемент связи, состоящий из пластины 16 из двухпреломляющего материала и полуволновой пластины 17. Таким образом, формируется канал с входом Y. Аналогично строятся каналы с входами YJ,Y,,..,Y. По тому же принципу образуются каналы с входами X{,Xj,.. ... ,Х„,содержащие устройства ввода в в де пластины 18 из двухпреломляюр1его материала, полуволновую пластину 19 и коммутирующую ячейку с управляемыми ротаторами 20 и 21, фиксированными ротаторами 22, 23 и- поляризационной призмой 24. Между выходами YjX , Y;X, , и т.д. располагаются аналогичные коммутирующие, ячейки, содержащие два управляемых ротатора 25 и 26, фиксированные ротаторы 27 и 28 и призму 29. Управление ротаторами 2, 6, И, 15, 19, 21, 25, 26.... осуществляется электромагнитами, каждый из которых имеет две об- Аотки X и Y. Управляющие импульсы тока подаются в обмотки электромагнитов с помощью шин (Ш, Ш,..,Ш)() и шин Y (Ш,,, Ш,,,.,. ,Ш,,).В шину Ш включаются поситкдовательно Х-обмот- ки электромагнитоп для управления ротаторами 2 и 6, 11 и 15,..., в шину Ш Х-обмотки электромагнитов для управления ротаторлми 19 и 21, 25 и 26 и т.д. В шину Ш включаются по

6

0

следовательно У-обмотки ;шя управления ротаторами 6 и 2, 21 и 19,..., я шину Шу Y-обмотки для управления

f. ротаторами 15 и 11, 26 и 23 и т.д. Дпя коммутации Х и Y, каналов необходимо одновременно подать управля- юп1Ие импульсы тока 1у„р в шииы . Форму л а изобретения

g Магнитооптический переключатель оптических каналов, содержащий последовательно расположенные на одной оси первый управляемый магнитооптический ротатор плоскости поляриза5 ции оптического излучения на угол 145°, первый неуправляемый ротатор плоскости поляризации оптического излучения на угол 45 и составную призму из двулучепреломляющего матец риала, отличающийся

тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения работы переключателя в режиме ячейки координатного коммутатора оп5 тических каналов, он дополнительно содержит второй неуправляемый ротатор плоскости поляризации оптического излучения на угол 45, второй управляемь1й магнитооптический ротатор плоскости поляризации оптического излучения на угол 145, выполненный аналогично первому, две плоско- параллельные пластииы из двулучепреломляющего материала и два неуправляемых ротатора плоскости поляризации 35 оптического излучения на угол 90, при этом составная призма выполнена в виде призмы Глана-Фуко с боковы-. ми гранями, образуюсщми угол 30° с

плоскостью ее разреза, и ориеитировадп

на своими основаниями перпендикулярно указанной оси, первая плоскопараллельная пластина и первый иеуправ ляемый ротатор плоскости поляризации оптического излучения на угол

45 90° последовательно расположены

вдоль указанной оси перед первым управляемым магнитооптическим ротатором, второй неуправляемый ротатор плоскости поляризации оптического

50 излучення на угол 45°, второй управляемый магннтооптический ротатор, второй Неуправляемый ротатор плоскости поляризации оптического излучения на угол 90 и вторая плоскопа55 раллельная пластина последовательно расположены вдоль оси, параллельной направлению распространения лучей, отраженных от плоскостн разреза призмы.

fe N

«М

A

Изобретение относится к оптике И мажет быть использовано в системах оптической связи и оптической обработки информации. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем обеспечения работы переключателя в режиме ячейки координатного коммутатора оптических каналов. Магнитооптический коммутатор содержит управляемые ротаторы 2 и 6 плоскости поляризации излучения a/ft на угол ±45, фиксированные ротаторы 3 и 5 плоскости поляризации измерения на угол 45° и фиксированные ротаторы 9 и 10 плоскости поляризации излучения на угол 90. На входе и выходе устройства установлены плоскопараллельные пластины 1 и 7 из двулучепреломляющего материала, вырезанные под углом 4Ь к оптической оси. Составная призма 4 Глана-Фуко с боковыми гранями, образующими угол 50 с плоскостью ее разреза, обеспечивает поляризационную нечувствительность коэффициентов отражения световых пучков от Ьоковых граней.. Вертикально полярнзованное излучение проходит через призму Глана-Фуко 4 напрямую. Если в шины Ш подать управляющие импульсы тока, переключающие управляемые ротаторы, то излучение, поступающее на вход Х, выходит вдоль оси У и наоборот, это дает возможность построить многоканальный координатный переключатель. 2 нл. $ (Л С со со о 0 ел

Составитель В.Рандошкин Редактор Л.Курасова Техред Л.Сердюкова

Заказ 2822/ДСП Тираж 362Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий , Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Пронэводственно-полигра пгаеское предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Ко1 ректо1 Е.Рошко