МАГНИТООПТИЧЕСКИЙ ВРАЩАТЕЛЬ ПЛОСКОСТИ ПОЛЯРИЗАЦИИ СВЕТА

Полезная модель относится к области волоконной оптики, а именно к волоконно-оптическим устройствам, предназначенным для модуляции и переключения направления света, исходящего от независимого источника, основанных на магнитооптических (МО) приборах, обладающих эффектом Фарадея.
В качестве ближайшего аналога выбрана конструкция МО вращателя плоскости поляризации входящего в состав магнитооптического модулятора - патент US 6661560 (В1).
Конструкция вращателя поляризации включает плоскую подложку, на которой расположена МО монокристаллическая пленка, входной и выходной торцы которой параллельны друг другу и перпендикулярны плоскости пленки, при этом на поверхности пленки расположен источник магнитного поля, который выполнен в виде плоского проводника, направление электрического тока в котором перпендикулярно направлению распространения света.
МО пленка образует планарный оптический волновод, в котором распространяется свет. При отсутствии электрического тока в проводнике, расположенном на поверхности МО пленки, направление плоскости поляризации света, который водится во входной торец пленки, совпадает с плоскостью поляризации света на ее выходном торце.
При прохождении электрического тока через проводник вокруг него образуется магнитное поле, силовые линии которого в МО пленке, в зависимости от направления электрического тока, или совпадают, или противоположны направлению света, проходящего через пленку. За счет эффекта Фарадея осуществляется поворот плоскости поляризации света. При этом значение угла поворота плоскости поляризации света пропорционально силе тока в проводнике, а направление поворота зависит от направления тока в проводнике. Таким образом, изменением силы и направления тока в проводнике можно модулировать угол поворота плоскости поляризации света на выходе МО пленки. Размер пленки вдоль направления распространения света определяется оптимальным диапазоном угла поворота плоскости поляризации света, который составляет 90 градусов, при заданном диапазоне изменения силы и направления тока в плоском проводнике.
Основным недостатком МО вращателя поляризации света является то, что он предназначен для вращения плоскости поляризации пучка света только с одной длиной волны.
В основу полезной модели поставлена задача усовершенствовать МО вращатель плоскости поляризации света для повышения его функциональности, путем создания в МО пленке, по меньшей мере, второго оптического волноводного канала параллельного первому оптическому волноводному каналу для света с другой длиной волны.
Поставленная задача решается тем, что в МО вращателе плоскости поляризации, включающем плоскую подложку, на которой расположена МО пленка, входной и выходной торцы которой параллельны друг другу и перпендикулярны плоскости пленки, а также источник магнитного поля, выполненный в виде плоского проводника, расположенного на поверхности МО пленки, направление электрического тока в котором перпендикулярно направлению света, согласно полезной модели, пучки света расположены в один ряд, не пересекаются между собой, их оси параллельны друг другу и плоскости МО пленки и перпендикулярно проходят через центральные осевые линии ее торцов, длина которых не меньше поперечной длины пучков света, ширина плоского
п>2
V
V\>Vi>...>V
,
S
Si < S2
S
. ••
n
n
проводника выполнена переменной, а оси пучков света расположены в пленке в местах равного поворота плоскости поляризации, причем для пучков света с разными длинами волн, при постоянных Верде МО пленки ширина проводника в месте прохождения соответствующего пучка света удовлетворяет условию <...<
Магнитооптический вращатель плоскости поляризации света (фиг. 1) содержит: 1
-
МО пленка, 2 - подложка, 3 - плоский проводник, 4, 5 - входные пучки света сразными длинами волн <i>Xi </i>и <i>Хг </i>соответственно, 6, 7 - выходные пучки света с длинамиволн <i>Xi </i>и <i>Хг </i>соответственно, МО пленка 1 расположена на подложке 2. На МО пленке 1расположен плоский проводник 3. Ширина проводника 3  выполнена переменной.Световые пучки 4 и 5 расположены в один ряд, так, что они не пересекаются междусобой, их оси параллельны друг другу и плоскости МО пленки, и перпендикулярнопроходят через центральные осевые линии ее торцов, длина которых не меньшепоперечной длины пучков света. Плоский проводник 3 имеет переменную ширину. Осипучков света 4 и 5 расположены в местах равного поворота плоскости поляризации.
V\
Vi
V\>V2.
S\
Условно принято, что значение постоянной Верде МО пленки и для пучков света 4 и 5 соответственно удовлетворяет условию Для этого случая, согласно заявляемой полезной модели, оси световых пучков 4 и 5 располагаются в местах равного поворота плоскостей поляризации. Причем для пучка света 4, для которого постоянная Верде имеет большее значение, ширина проводника в месте его прохождения через МО пленку меньше, чем ширина & проводника в месте прохождения через пленку пучка света 5, как показано на фиг. 2а и 26.
Ввод света в пленку может быть осуществлено направленными пучками, которые формируются коллимирующей оптикой. Так же, ввод и вывод света может осуществляться с помощью оптических волокон.
МО вращатель плоскости поляризации света работает следующим образом.
На фиг. 2 показано прохождение двух пучков света через МО пленку при одновременном прохождении тока через проводник, где 1 - МО пленка, 2 - подложка, 3
-
плоский  проводник,   4,   5   -  входные  пучки   света  с  длинами  волн   <i>Х\   </i>и  <i>Хг</i>,соответственно, 6, 7 - выходные пучки света с длинами волн <i>Х\ </i>и <i>Хг </i>соответственно, 8 -
Н.
силовые линии магнитного поля
S\
S\,
Si.
Переменная ширина проводника 3 в поперечном сечении позволяет создавать на разных участках МО пленки 1 разную конфигурацию магнитного поля. На участке МО пленки 1, где ширина проводника равняется (фиг. 2а) силовые линии 8 магнитного поля более тесно сконцентрированы в центральной части МО пленки 1 и более разрежены у ее торцов в сравнении с участком, где ширина проводника 3 & (фиг. 26). Это обусловливает меньшую результирующую намагниченность МО пленки 1 на участке в сравнении с участком Поэтому для пучка света 4 результирующий поворот плоскости поляризации будет соответственно меньше. Причем в месте прохождения через МО пленку светового пучка 4, для длины волны которого значения постоянной Верде больше, чем для светового пучка 5, результирующий поворот плоскости поляризации света уменьшен, соответственно, так, что поворот плоскостей поляризации пучков света 4 и 5 одинаков.
V(Xe) > V(Xs) > V(XA) > v(ki) > У(Хг) > V(Xi),
Si < S2 < S3 <
S5 <
На фиг. 3 показан пример МО вращателя плоскости поляризации света (вид сверху - со стороны плоского проводника) для шести световых пучков с разными значениями длин волн. Оси пучков света расположены в местах равного поворота плоскости поляризации. Значение постоянной Верде МО пленки для этих пучков света удовлетворяет условие при этом ширина плоского проводника £4 < 5*6.
Пример.
Для построения заявляемого МО вращателя поляризации света могут быть использованы следующие  элементы.  В  качестве МО  пленки  можно  использовать
монокристаллическую эпитаксиальную пленку с анизотропией "легкая плоскость" химического состава (BiLuCa)3(FeGa)5Oi2, выращенную на подложке гадолиний-галлиевого граната с ориентацией кристаллографических осей 111, с полем насыщения 5-50 Э. Для длин волн света, например, A,i=l,31 мкм и Л,2=1,55 мкм для такого типа МО материала значения постоянной Верде составляют, приблизительно, 70 град/мм и 58 град/мм, соответственно. Для обеспечения диапазона углов поворота плоскости поляризации света 90 градусов на длине волны 1,55 мкм минимальная длина МО пленки в направлении распространения света составит, приблизительно, от 0,8 до 1 мм. При этом вращение плоскости поляризации пучков света осуществляют на угол от 0 до ±45 градусов электрическим током разной полярности.
В качестве плоского проводника 3 можно использовать медный проводник переменной ширины, который нанесен на поверхность МО пленки 1, например, методом напыления.
При ширине плоского проводника 0, 8 мм для пучка света с длиной волны 1,55 мкм, положение светового пучка света с длиной волны 1,31 мкм при равном повороте плоскостей поляризации, определенное экспериментально, находилось на участке МО пленки, на которой ширина проводника составляла ~ 0, 6 мм.
Для формирования входных пучков света, которые вводятся во входной торец пленки, могут использоваться коллимирующие оптические системы разного типа. Также ввод света во входной торец МО пленки и вывод его из ее выходного торца может быть осуществлен с помощью оптических волокон.
Таким образом, заявляемый МО вращатель позволяет осуществлять синхронное вращение плоскости поляризации света на одинаковый угол, по меньшей мере для двух длин волн.
Преимуществом предложенного МО вращателя плоскости поляризации света является более высокая функциональность.