ВОЛОКОННЫЙ МАГНИТООПТИЧЕСКИЙ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ

т
Полезная модель относится к области волоконной опти"т, а именно, к волоконно-оптическим устройствам, предназначенным для переключения направления света, исходящего от независимого источника, основанных на магнитооптических приборах, обладающих эффектом Фарадея.
В качестве ближайшего аналога выбрана конструкция магнитооптического переключателя (патент Китай № CN 1700060A, 25.05.2005г.).
Конструкция переключателя включает: быстродействующий источник магнитного поля, три волоконно-оптических поляризационно-селективных разветвителя конфигурации 1x2, два волоконно-оптических поляризационных объединителя конфигурации 1><2, и два магнитооптических фарадеевских вращателя плоскости поляризации света, которые выполнены в виде железо-итриевых гранатовых оптических волокон, которые размещены в магнитном поле.
Первые и второй выходные полюса первого поляризационно-селективного разветвителя соединены с входными полюсами, соответственно, первого и второго магнитооптического вращателя. Входные полюса второго и третьего поляризационно-селективных разветвителей соединены, соответственно, с выходными полюсами первого и второго магнитооптических вращателей. Входные полюса первого волоконно-оптического поляризационного объединителя подключены к первым выходным полюсам второго и третьего поляризационно-селективных разветвителей, а входные полюса второго волоконно-оптического поляризационного объединителя подключены ко вторым выходным полюсам второго и третьего поляризационно-селективных разветвителей. Входной полюс первого поляризационно-селективного разветвителя является входным полюсом магнитооптического переключателя, а выходные полюса волоконно-оптических поляризационных объединителей является выходными полюсами магнитооптического переключателя.
К недостаткам магнитооптического переключателя относятся повышенный уровень вносимых оптических потерь, сложность конструкции, низкая функциональность, высокое энергопотребление, низкая технологичность конструкции.
Сложность конструкции магнитооптического переключателя и повышенный уровень оптических потерь обусловлена большим числом разветвителей 1 х2 разных типов, которые необходимы для его построения.
Х
Низкая функциональность магнитооптического переключателя обусловлена тем, что при конфигурации 12, он позволяет строить на его основе оптические цепи переключающих устройств только конфигурации 1><N, которые предназначены для переключения направления только одного входного оптического сигнала в один из N выходных полюсов.
Высокое энергопотребление обусловлено тем, что для перемагничивания материала магнитного вращателя нужны импульсы тока высокого напряжения амплитудой от 10 до 100В («High-speed all-fiber magneto-optic switch and its integration» Zihua Weng, Zhimin Chena, Yuanqing Huanga Yun Zhua, Qinping Wub, Dezhi'Wua, Guoguang Yangc / Proc. of SPIE Vol. 6021).
Низкая технологичность конструкции обусловлена сложной и малопродуктивной технологией производства железо-итриевых гранатовых оптических волокон.
В основу полезной модели поставлена задача усовершенствовать магнитооптический переключатель путем использования поляризационно-селективных разветвителей 2x2, использование в качестве магнитооптических вращателей планарных волноводов, выполненных из висмутсодержащей эпитаксиальной пленки феррита-граната (ЭПФГ) типа „легкая плоскость", что позволяет снизить уровень энергопотребления, и повысить технологичность конструкции переключателя.
Поставленная задача решается тем, что волоконный магнитооптический переключатель, включающий быстродействующий источник магнитного поля, первый и второй выходные полюса первого разветвителя соединены с входными полюсами первого и второго магнитооптического вращателя, а выходной полюс первого магнитооптического вращателя соединен с первым входным полюсом второго разветвителя, согласно полезной модели, содержит два магнитооптических фарадеевских вращателя, выполненные из висмут содержащей эпитаксиальной пленки феррита-граната (ЭПФГ) типа „легкая плоскость", размещенные в магнитном поле, а оптические разветвители выполнены конфигурации 2x2, причем второй входной полюс второго разветвителя 2x2 соединен с выходным оптическим полюсом второго магнитооптического вращателя, что обеспечивает более простую конструкцию магнитооптического переключателя, повышает его функциональность, а также позволяет снизить уровень энергопотребления, и повысить технологичность конструкции переключателя.
Волоконный магнитооптический переключатель содержит (Фиг.1) 1 и 2 - первый и второй магнитооптический вращатель, соответственно, выполненные в виде планарных волноводов, которые выполнены из ЭПФГ; 3 - источник магнитного поля; 4 и 5 - первый и второй поляризационно-селективные разветвители 2x2, соответственно; 6 и 7 - первый и второй входные полюса разветвителя 4, соответственно; 8 и 9 - первый и второй выходные полюса разветвителя 4, соответственно; 10 и 11 - первый и второй входные полюса разветвителя 5, соответственно, 12 и 13 - первый и второй выходные полюса разветвителя 5, соответственно; 14 - узел стыковки оптических волокон, 15 - эпитаксиальная пленка; 16 -подложка.
При этом выходные оптические полюса 8 и 9 разветвителя 4 соединены с входными оптическими полюсами магнитооптических вращателей 1 и 2, соответственно, а входные оптические полюса 10 и 11 разветвителя 5 соединены с выходными оптическими полюсами магнитооптических вращателей 1 и 2, соответственно. Оптические волокна разветвителей 4 и 5 (полюса 8, 9, 10 и 11) соединены с планарными волноводами магнитооптических вращателей 1 и 2 способом разъемного или неразъемного соединения в узлах стыковки 14. Магнитооптические вращатели 1 и 2, выполненные из ЭПФГ, включают эпитаксиальную пленку 15, которая выполняет роль оптического волновода, и подложку 16.
Волоконный магнитооптический переключатель работает таким образом.
На (Фиг.2) показано прохождение света с произвольным состоянием поляризации через магнитооптический переключатель при выключенном магнитном поле. На Фиг.2 а) показано прохождение света через магнитооптический переключатель, который поступает в его первый входной полюс, которым является входной полюс 6 разветвителя 4. При этом распространение света можно рассматривать в виде суммарного распространения двух оптических линейно поляризованных световых пучков р и s, плоскости поляризации которых взаимно перпендикулярны. Волоконно-оптический разветвитель 4 распределяет световые пучки р и s так, что световой пучок р направляется в выходной полюс 8, а пучок s - в выходной полюс 9.
Дальше световые пучки р и s из выходных полюсов 8 и 9 разветвителя 4 поступают, соответственно, на входные полюса магнитооптических вращателей 1 и 2. При выключенном магнитном поле состояние поляризации световых пучков на выходных полюсах магнитооптических вращателей 1 и 2 не изменяется и во входной полюс 10 разветвителя 5 вводится световой пучок р, а во входной полюс 11 - световой пучок s. При прохождении разветвителя 5 световые пучки р и s направляются в его выходной полюс 12, на выходе которого присутствует суммарный световой пучок p+s, образованный из двух световых пучков р и s, плоскости поляризации которых взаимно перпендикулярны, и который идентичен свету, который вводится в магнитооптический переключатель.
На (Фиг.2 б) показано прохождение через магнитооптический переключатель света, который поступает на его второй входной оптический полюс, которым является входной полюс 7 разветвителя 4. Прохождение света по оптическим цепям магнитооптического
переключателя будет аналогично прохождению света, введенного в полюс 6, но при этом свет будет направляться во второй выходной полюс магнитооптического переключателя, которым является оптический полюс 13 разветвителя 5.
На (Фиг.З) показано прохождение света с произвольным состоянием поляризации через оптические цепи магнитооптического переключателя при включенном магнитном поле. На (Фиг.З а) показано прохождение через магнитооптический переключатель света, который поступает на его первый входной полюс, которым является входной полюс 6 разветвителя 4. Волоконно-оптический разветвитель 4 распределяет световые пучки р и s так, что световой пучок р направляется в выходной полюс 8, а световой пучок s - в выходной полюс 9.
Дальше световые пучки р и s из выходных полюсов, 8 и 9 разветвителя 4 поступают, соответственно, на входные полюса магнитооптических вращателей 1 и 2. При включенном магнитном поле плоскость поляризации оптических сигналов на выходных полюсах магнитооптических вращателей 1 и 2 поворачивается на 90 градусов. За счет этого происходит преобразование входного светового пучка р, который входит в магнитооптический вращатель 1, в световой пучок s на его выходе, а также светового пучка s на выходе магнитооптического вращателя 2 - в световой пучок р. При прохождении разветвителя 5 световые пучка s и р, которые поступают на входы 10 и 11 разветвителя 5 направляются в его выходной полюс 13, на выходе которого присутствует световой пучок s+p, образованный из двух световых пучков s и р, плоскости поляризации которых взаимно перпендикулярны, который идентичный свету, который вводится в магнитооптический переключатель.
На (Фиг.З б) показано прохождение через магнитооптический переключатель света, который поступает на его второй входной оптический полюс, которым является входной полюс 7 разветвителя 4, при включенном магнитном поле. Прохождение света по оптическим цепям магнитооптического переключателя аналогично, прохождению света, введенного в полюс 6 при включенном магнитном поле, но при этом свет будет направляться в первый выходной полюс магнитооптического переключателя, которым является оптический полюс 12 разветвителя 5.
Таким образом, при включении магнитного поля происходит переключение оптических сигналов между выходными оптическими полюсами магнитооптического переключателя.
Пример.
Для построения заявляемого магнитооптического переключателя, могут быть использованы следующие элементы. В качестве поляризационно-селективных разветвителей могут быть использованы поляризационные разветвители конфигурации 2><2, например, polarization beam combiner/splitter 2x2 производства Opto-Link Corporation Ltd. В качестве магнитооптических вращателей можно использовать планарные волноводы, которые, выполнены, например, путем фотолитографии из висмутсодержащей ЭПФГ типа „легкая плоскость".
Если материал магнитооптического вращателя имеет значительную коэрцитивность, то для управления поворотом плоскости поляризации света используют магнитное поле разной полярности. При этом угол поворота плоскости поляризации выходного света по отношению к плоскости поляризации входного света составляет ±45 градусов, так, чтобы суммарный поворот плоскости поляризации при изменении полярности магнитного поля составлял 90 градусов. При этом торцы поляризационных оптических волокон, соединенных с входным и выходным полюсами магнитооптического вращателя, должны быть повернуты относительно друг друга так, чтобы быстрые оси этих оптических волокон были скрещены на угол минус 45 или плюс 45 градусов, в зависимости от того, какой из данных углов поворота плоскости поляризации света на выходе магнитооптического вращателя в выбран в качестве начального положения состояния переключения.
Планарные волноводы магнитооптических вращателей могут быть сформированы как на разных подложках, так и на одной подложке.
Таким образом, магнитооптический переключатель позволяет осуществлять переключение оптического сигнала, введенного во входной оптический полюс, между его выходными оптическими полюсами при меньшем числе используемых разветвителей, что упрощает его конструкцию. Кроме того, при любом состоянии коммутации магнитооптического переключателя, оптические сигналы, введенные в его входные оптические полюса, направляются в разные выходные оптические полюса, а при изменении состояния коммутации происходит перенаправление каждого из оптических сигналов в соседний выходной оптический полюс. При этом заявляемый магнитооптический переключатель выполняет функцию коммутатора 2x2, что повышает его функциональность. Кроме того, пленка ЭПФГ имеет более однородную структуру, чем кристаллическое волокно, что повышает качество ее оптических свойств. Пленки типа „легкая плоскость" из материалов данного типа требуют меньшей напряженности магнитного поля для поворота вектора намагниченности в плоскости пленки, за счет чего значительно уменьшается энергопотребление управляющих магнитных систем.
Преимуществом магнитооптического переключателя является более простая и технологическая конструкция, более высокая функциональность, более низкий уровень вносимых оптических потерь, а также меньшее энергопотребление.