МАГНИТООПТИЧЕСКИЙ МОДУЛЯТОР СВЕТА Советский патент 1973 года по МПК G02F1/09 

Изобретение относится к оптике, в частности к магнитооптическим устройствам для модуляции излучения лазеров и тепловых источников, и может быть использовано в оптических линиях связи и передачи информации. Известные фарадеевские модуляторы на ферритах-гранатах работают в инфракрасной области и не работают в видимой области спектра и требуют управляющих магнитных полей порядка ста эрстед. Известны также модуляторы на ортоферритах, работающих в видимой области спектра, принцип действия которых основан на пульсации цилиндрических доменов в пластине, вырезанной перпендикулярно к оси слабого ферромагнетизма - оси с. Однако известные модуляторы характеризуются большими потерями. (Через систему поляризатор-анализатор проходит не более 1/100 доли света источника; столь значительные потери энергии излучения обусловлены большим двупреломлением ортоферритов вдоль нанравлений, не совпадающих с оптическими осями. Большая величина двупреломления приводит к тому, что при распространении света вдоль оси с невозможна, строго говоря, реализация эффекта Фарадея и наблюдаемое изменение интенсивности проходящего света не превышает нескольких процентов). Кроме того, для разных длин волн падающего излучения необходимо изготавливать пластины ортоферрнтов различной толщины, иначе при изменении длины волны модуляцня будет быстро уменьшаться и, в частности, становиться пулевой. Целью изобретения является снижение оптических потерь, уменьшение управляющих мошностей и увеличение рабочего диапазона частот. Для этого в модуляторе пластина из ортоферрита выполнена с онтической осью, нормальной к плоскости пластины, а полосовые домены в пластине ориентированы параллельно градиенту внешнего постоянного магнитного поля. Изобретение пояснено чертежами. Иа фиг. 1 приведена кристаллографическая ориентация пластины ортоферрнта; на фнг. 2 - условия создания Подвижных клиновидных доменов в пластине ортоферрита; на фиг. 3 приведена принцнпиальная схема модулятора. Магнитооптический модулятор света содержит источник излучения 1 (напрнмер, лазер с длиной волны излучения ,63 мкм), поляризатор 2, собирающие линзы 3 и 4, токопровод для модулирующего сигнала 5, пластина ортоферрита 6, клиновидный домен 7 (а и б - два положения домена для разных знаЧёний модулирующего сигнала), домен 8 с противоноложно направленным магнитным моментом, поворотный механизм 9, анализатор 10, приемник излучения 11.

Из монокристалла ортоферрита вырезают пластину в плоскости, нормальной к оптической оси. Оптическая ось в диспрозиевом ортоферрите лежит в плоскости b-с и при (,0,63 мкм составляет с осью с угол 52°. В такой пластине в отсутствие внешнего поля образуется система параллельных полосовых доменов, направление которых совпадает с проекцией оси с на плоскость пластины (см. фиг. 1). Если такую пластину поместить в постоянное магнитное поле с градиентом, совпадающим по направлению с нолосовыми доменами (см. фиг. 2) в пластине образуются специфические клиновидные домены, имеющие весьма высокую подвижность вдоль проекции оси с. Это объясняется анизотропией магнитных свойств в пластине ортоферрита, вырезанной под углом к плоскости а-Ь. Наложение крайне малых, порядка эрстенда, модулирующих полей позволяет создавать возвратно-поступательное движение клиновидного домена.

Модулятор работает следующим образом.

Луч света от источника 1, пройдя через поляризатор 2, становится линейно-поляризованным и посредством линзы 3 фокусируется на определенный (порядок 10 мкм) участок ортоферрита, который под воздействием переменного магнитного поля токопровода 5 становится попеременно занятым то доменом 7, то доменом 8. После прохождения через пластину ортоферрита первоначальная поляризация излучения благодаря эффекту Фарадея оказывается повернутой на некоторый угол, величина которого зависит от толщины пластины, а знак - от направления магнитного момента домена. Анализатор 10 установлен таким образом, чтобы полностью гасить свет одной поляризации и пропускать излучение другой поляризации, которое затем линзой 4 фокусируется на приемник излучения 11.

Положение оптической оси ортоферритой различно для различных длин волн излучения: при ,63 мкм оптическая ось диспрозиевого ортоферрита составляет с осью с угол 52°, при К 1,15 мкм - угол 47°, при К 1,8 мкм- 45,5°. С дальнейщим ростом длины волны дисперсия умеиьщается и в интервале 1,8- 3,39 мкм положение оси изменяется менее чем на 0,5°. Поворотный механизм 9, ось вращения которого совпадает с кристаллографической осью а, дает возможность направлять оптическую ось ортоферрита вдоль луча света при различных длинах волн излучения, причем угол поворота не зависит от толщины пластины.

Стопроцентная глубина модуляции при ,63 мкм достигается использованием диспрозиевой пластины толщиной ПО мкм и оптические потери определяются исключительно коэффициентом поглощения ортоферрита, т. е. на два порядка ниже, чем в известных типах модуляторов. Независимое управление больщим количеством клиновидных доменов может обеспечить создание сложиых магнитооптических систем типа видеотелефоиа. Помещение пластины ортоферрита со множеством клиновидных доменов в однородное переменное магнитное поле позволяет модулировать несфокусированный поток света на частотах до 10 ГЦ.

Предмет изобретения

Магнитооптический модулятор света, содержащий пластину из ортоферрита, источник света, линзы, поляризатор, анализатор, источники внещних переменного и постоянного магнитных полей, приемник излучения, отличающийся тем, что с целью снижения онтических потерь, уменьщения управляющих мощностей и увеличения рабочего диапазона частот, в нем пластина ортоферрита выполнена с оптической осью, нормальной к плоскости пластины, а полосовые домены в пластине ориентированы параллельно градиенту внещнего постоянного магнитного поля.

Оптическая j

.