ОДНОМЕРНЫЙ МАГНИТОФОТОННЫЙ КРИСТАЛЛ

Полезная модель относится к оптической обработке информации и может быть использована для управления когерентными потоками света в оптоэлектронных и магнитофотонных приборах, системах отображения, хранения и передачи информации.
k
k
m
m
2
5
5
2
2
2
5
Известна многослойная структура одномерного магнитофотонного кристалла, действующего на эффекте Керра [Kato H. Reflection-mode operation of one-dimensional magnetophotonic crystals for use in film-based magneto-optical isolator devices / H. Kato, M. Inoue // J. Appl. Phys. - 2002. - Vol.91, N10. - P.7017-7019]. Структура изготовлена методами вакуумной технологии на кварцевой подложке и представляет собой последовательность таких слоев: (SiO2/Ta2Os)/Bi: YIG/(Ta2Os/SiO2)/R, где к - число пар слоев, R = Al; (TaO/SiO2); (Ta2O/SiO)/Al. Слои SiO имеют низкий, а слои ТаО и Bi: YIG - высокие показатели преломления.
Недостатком устройства на основе такой структуры является невозможность регулирования его резонансной длины волны с помощью внешних параметров, что существенно ограничивает функциональные возможности устройства.
m
m
Известна многослойная структура одномерного магнитофотонного кристалла, действующего на эффекте Керра и представляющая собой последовательность слоев: (SiO2/SiN)/Co/(SiN/SiO2), где m = 4 число пар слоев [One-dimensional magnetophotonic crystals / М. Inoue, К. Arai, Т. Fujii, M. Abe // J. Appl. Phys. - 1999. - Vol.85, N8. - P.5768-5770]. Слои SiO2 имеют низкий, а слои SiN - высокий показатели преломления. Такой кристалл моделировался для длины волны 780 нм и был получен методами вакуумного напыления на стеклянной подложке. Толщины слоев: SiO2 - 111 нм, SiN - 88,5 нм и Со -51,5 нм.
Недостатком устройства является невозможность регулирования его резонансной длины волны с помощью внешних параметров, что существенно ограничивает функциональные возможности устройства.
В основу изобретения поставлена задача усовершенствовать одномерный магнитофотонный кристалл путем введения дополнительного металлического слоя между подложкой и первым диэлектрическим слоем, полупрозрачного металлического слоя на верхний диэлектрический слой, что обеспечивает возможность изменения толщины диэлектрических слоев и, тем самым, управление параметрами магнитофотонного кристалла.
Поставленная задача решается тем, что одномерный магнитофотонный кристалл, включающий подложку, 2т пар чередующихся диэлектрических слоев с большим и малым показателями преломления, в середине между которыми размещен слой ферромагнетика, согласно полезной модели, диэлектрические слои выполнены из пьезоэлектрических материалов, а на подложку и верхний диэлектрический слой структуры дополнительно нанесены отражательный и полупрозрачный слои металла. Свойствами такого кристалла можно дополнительно управлять с помощью внешнего электрического поля, приложенного к металлическим слоям, что обеспечивает повышение его функциональности.
На Фиг. 1 приведено схематическое изображение одномерного магнитофотонного кристалла. На подложку 1 последовательно нанесены следующие слои: слой металла 2, m пар чередующихся пьезоэлектрических слоев 3, соответственно, с малым и большим показателями преломления, слой ферромагнетика 4, следующие m пар чередующихся пьезоэлектрических слоев 5, соответственно, с большим и малым показателями преломления, и полупрозрачный слой металла 6. Для управления свойствами кристалла к нижнему металлическому слою 2 и верхнему металлическому слою 6 подключается внешний источник электрического напряжения 7.
Устройство управления световым потоком на основе одномерного магнитофотонного кристалла действует следующим образом. Устройство помещается во внешнее магнитное поле Н, направленное вдоль нормали к поверхности структуры и превышающее поле насыщения ферромагнитного слоя. На структуру нормально к ее поверхности направляется световой поток излучения 8 с резонансной длиной волны AR. В связи с тем, что структура представляет собой магнитофотонный кристалл, на ее спектральных зависимостях коэффициента отражения и угла вращения Керра на длине волны AR будут наблюдаться максимумы коэффициента отражения и угла вращения Керра. При подаче постоянного электрического напряжения от внешнего источника на металлические слои 2 и 6 пьезоэлектрические слои 3 и 5 окажутся под действием электрического поля. В результате действия электрического поля в них будет возникать обратный пьезоэлектрический эффект, приводя их в состояние сжатия или растяжения в зависимости от полярности приложенного напряжения и изменяя их толщину. Изменение толщины диэлектрических слоев под действием электрического поля будет приводить к смещению резонансной длины волны в спектре отраженного излучения на выходе структуры по сравнению с той, что была до подачи на структуру электрического напряжения. Величина смещения резонансной длины волны AAR И его направление будут зависеть от величины приложенного к структуре напряжения и его полярности: с увеличением напряжения AAR будет увеличиваться, а при изменении полярности напряжений направление смещения будет изменяться. Таким образом, регулируя величину и полярность внешнего электрического напряжения на таком магнитофотонном кристалле, можно регулировать величину и направление смещения резонансной длины волны на спектральных зависимостях коэффициента отражения и угла вращения Керра.
При приложении к одномерному магнитофотонному кристаллу напряжения, изменяющегося по определенному закону, происходит изменение величины и направления смещение резонансной длины волны по определенному закону. Это существенно расширяет функциональные возможности устройства.
4
4
=
пва?2
Примером конкретного исполнения может быть структура, смоделированная для резонансной длины волны 780 нм и изготовленная на подложке из плавленого кварца: Al/(BaF2/SrTiO3)/Ni (SrTiCb/BaFi) Al. В этой структуре нижний отражательный слой AI имеет толщину 500 нм, верхний полупрозрачный слой AI имеет толщину 5-10 нм, слои BaF2 с показателем преломления = 1,44 имеют толщину по 135 нм каждый, слои SrTiCb с показателем преломления ЯБГТЮЗ  2,44 имеют толщину по 80 нм каждый, слой Ni имеет толщину 45нм. Все слои структуры изготавливаются методом высокочастотного магнетронного распыления соответствующих мишеней.
После подачи на структуру постоянного напряжения величиной 100В одной полярности происходило смещение резонансной длины волны в сторону коротких длин волн, смещение составляло примерно Юнм. При изменении полярности напряжения смещение резонансной длины волны происходило в обратную сторону на ту же величину. Это свидетельствует о возможности управления резонансной длиной волны в таком магнитофотонном кристалле и подтверждает работоспособность предложенной структуры.
Таким образом, преимуществом предлагаемой структуры по сравнению с известными являются возможность дополнительного управления ее свойствами с помощью электрического напряжения.