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Lichtmodulator
Die Erfindung bezieht sich auf Lichtmodulatoren, bei welchen ein transparentes ferrimagnetisches Material zur Erzeugung einer Faraday'schen Polarisationsdrehung verwendet wird. Erfindungsgemäss wird für solche Lichtmodulatoren ein transparenterferrimagnetischer Yttrium-Eisen-Granat oder einerderferri- magnetischen Seltene Erde-Eisen-Granate verwendet.
Im allgemeinen ist der Koeffizient der spezifischen Polarisationsdrehung (in Graden je cm) für eine Gruppe von Stoffen letzten Endes von dem Anteil an Elektronen in den. Stoffen abhängig, deren Spins in der gleichen Richtung verlaufen. Magnetische Materialien, d. h. also Materialien, in welchen eine starke Resultierende unpaarer Elektronenspins vorhanden ist, zeigen stärkere spezifische Polarisationsdrehung als Materialien, die weniger oder überhaupt keine unpaaren Elektronen enthalten. Bei Einrichtungen, welche den Faraday-Effekt ausnützen, ist es daher sehr erwünscht, als übertragendes und polarisationsbeeinflussendes Medium ein magnetisches Material mit starker spezifischer Polarisationsdrehung zu verwenden.
Bei den meisten magnetischen Materialien liegen jedoch die Elektronenschalen so dicht über dem Grundzustand, dass Licht, dessen Wellenlänge kürzer als Infrarot von etwa 1600 mu ist, vollständig absorbiert wird. Wenn magnetische Materialien in so dünnen Schichten hergestellt werden, dass sie Licht mit Wellenlängen im Infrarotbereich übertragen, so ist der Lichtweg für das sichtbare oder ultraviolett Licht so kurz, dass nur eine sehr geringe Polarisationsdrehung stattfindet, obgleich das Material an sich eine starke spezifische Polarisationsdrehung zeigt. Anderseits ist bei nichtmagnetischen Materialien die für Licht innerhalb und ausserhalb des sichtbaren Spektralbereiches transparent sind, die spezifische Polarisationsdrehung so gering, dass für die Praxis zu lange Wege durch das Material erforderlich sind, um eine beträchtliche Polarisationsdrehung zu erhalten.
Neuerdings ist jedoch eine Gruppe von synthetischen ferrimagnetischen Materialien entdeckt worden, deren Glieder hinreichend weit oberhalb des Grundzustandes nicht aufgefüllte Elektronenschalen aufweisen, so dass sie in relativ dicken Schichten im Bereich des sichtbaren Spektrums und ausserhalb desselben transparent sind. Diese Materialien sind strukturell ähnlich dem in der Natur vorkommenden nichtmagne-
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Die ferrimagnetischenVerdünnung der Yttriumatome mit den genannten Elementen aus der Gruppe der Seltenen Erden nicht gestört, noch wird hiedurch die Kristallform geändert. Ferner kann das 3-wertige Eisen der Yttrium-Eisenund Seltene Erde-Eisen-Granate ohne Änderung der Kristallstruktur oder vollständigen.
Verlust der magnetischen Eigenschaften des Materials mit Atomen von Aluminium, Gallium, Scandium oder Chrom oder mit Gemischen dieser Elemente verdünnt werden.
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bis 71 oder ein Gemisch solcher Seltener Erden untereinander oder mit Yttrium bedeutet, während B Eisen oder mit Aluminium, Gallium, Scandium oder Chrom oder Gemischen dieser Elemente verdünnte Eisen.
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bedeutet.
Dt der nachfolgenden Tabelle 1 ist die spezifische Polarisationsdrehungbei einem Yttrium-Eisen-Granat als typischer Vertreter der vorstehend angegebenen Gruppe ferrimagnetischer Materialien mit der spezifischen Polarisationsdrehung verglichen, die mit einer Anzahl von typischen nichtmagnetischen Materialien erzielt werden kann. Die spezifische Polarisationsdrehung der nichtmagnetischen Materialien wurde aus den Verdet'schen Konstanten (vgl. Handbook of Chemistry and Physics, Chemical Rubber Publishing Company, Cleveland 37. Auflage 1955-56, Seiten 2764) für eine magnetische Feldstärke von 10000 Gauss und einem Winkel von 00 zwischen der Richtung des magnetischen Feldes und dem Lichtweg errechnet.
Tabelle I
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<tb>
<tb> Material <SEP> Spezifische <SEP> Polarisationsdrehung
<tb> (in <SEP> Graden <SEP> je <SEP> cm)
<tb> Kalziunfluorid <SEP> (Fluorit) <SEP> 1, <SEP> 5 <SEP>
<tb> Kohleustoli <SEP> Diamant) <SEP> 2, <SEP> 1 <SEP>
<tb> Jenaer <SEP> Glas <SEP> (leichter-Flint) <SEP> 5, <SEP> 3 <SEP>
<tb> Jenaer <SEP> Glas <SEP> (sehr <SEP> schwerer <SEP> Flint) <SEP> 14, <SEP> 8 <SEP>
<tb> Kaliumchlorid <SEP> (Sylvin) <SEP> 4, <SEP> 8 <SEP>
<tb> Natriumchlorid <SEP> (Steinsalz) <SEP> 6, <SEP> 0 <SEP>
<tb> Zinnchlorid <SEP> 7, <SEP> 3 <SEP>
<tb> Zinksulfid, <SEP> B <SEP> 37, <SEP> 5 <SEP>
<tb> Yttrium-Eisen-Granat <SEP> > <SEP> 1000
<tb>
Die vorstehend erwähnten ferrimagnetischen Materialien können in für Infrarot und für Licht kürzerer
Wellenlänge durchlässigen Schichten hergestellt werden.
Bei Yttrium-Eisen-Granaten tritt beispielsweise die Absorptionsgrenze erst bei Grün auf, so dass Licht von grösserer Wellenlänge als jene des grünen Lichtes mit Polarisationsdrehung durchgelassen wird. Die Tatsache, dass die Absorptionsgrenze bei Grün liegt, be- weist, dass Licht dieser Frequenz sehr genau mit der natürlichen Frequenz einiger der Atome des synthe- tischen Granats übereinstimmt. Da Licht mit dieser Frequenz am stärksten mit den Atomen des Granats in
Wechselwirkung tritt, zeigt das grüne Licht die stärkste spezifische Polarisationsdrehung. Licht grösserer
Wellenlänge erfährt eine schwächere spezifische Polarisationsdrehung. Licht geringerer Wellenlänge als
Grün wird in dem Material absorbiert.
Infolge dergeringfegigenAbhängigkeitder spezifischen Polarisationsdrehung von der Wellenlänge wird polychromatisches, linear polarisiertes Licht beim Durchgang durch einen Yttrium-Eisen-Granat zerlegt.
Die Polarisationsdrehung kann daher am besten bei Verwendung von monochromatischem Licht beobachtet werden. Da die Poldrisationsdrehung am stärksten bei Grün ist, ist monochromatisches grünes Licht, bei- spielsweise die Quecksilberlinie von 546, 1 m lür die Beobachtung der Polarisationsdrehung in Yttrium-
Eisen-Granaten besonders geeignet.
Nur jene Regionen des Granats, in denen die magnetischen Ionen des Kristalls so ausgerichtet sind, dass eine Komponente ihres magnetischen Spin-Bahn-Momentes parallel oder antiparallel zu der Fortpflan- zungsrichtung eines einfallenden Strahles polarisierten Lichtes liegt, wirken mit der elektromagnet schen Welle zusammen. Das bedeutet, dass nur jene Regionen des Granatkristallsjn welchen die Magne- tisierung eine entweder parallel oder antiparallel zur Fortpflanzungsrichtung des Lichtstrahles verlaufende
Komponente hat, eine Drehu :. g der Polarisationsebene bewirken. In Regionen, in denen keine dermassen orientierte Komponente der Magnetisierung vorhanden ist, findet auch kein Zusammenwirken statt.
Bei
Fehlen eines auf den Granatkristall einwirkenden orientierenden Magnetfeldes werden einige magnetische
Bezirke des Granats eine Magnetisierung aufweisen, die eine zur Richtung der übertragenen polarisierten
Welle parallel oder antiparallele Komponente hat. Andere Bezirke werden eine solche Komponente nicht aufweisen.
Wenn sichtbares monochromatisches Licht durch den Durchgang durch ein Nicol'sches Prisma polari- siert, hierauf durch einen Kristall aus Yttrium-Eisen-Granat geleitet und schliesslich durch ein zweites Nicol'sches Prisma, das rechtwinkelig zum Polarisator orientiert ist, beobachtet wird, so ist die Struk- tur der magnetischen Bezirke des Granats erkennbar. Jene Bezirke, die keine zum einfallenden Strahl pa- raU.lele oder antiparallele Magnetisierungskomponente aufweisen, bewirken keine Polarisationsdrehung des
Strahles. Das durch diese Bezirke übertragene Licht wird im Analysator ausgelöscht.
Jene Bezirke, die eine zum ewallenden Strahl parallele Magnetisierungskompol1ente aufweisen, drehen die Polarisation des Lieh-
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tes währenddem Durchganges durch den Granatkrirtall. Das polarisationsmässig gedrehte Licht wird vom
Analysator in einem Ausmass durchgelassen, das vom Betrag der Polarisationsdrehung des Lichtes aus der durch den Polarisator bestimmten Polarisationsebene in Richtung zu der Polarisationsebene des vom Analy- sator durchgelassenen Lichtes abhängt. Jene magnetischen Bezirke, in denen eine zur Fortpflanzungsrich- tung des einfallenden Strahles antiparallele Magnetisierungskomponente vorhanden ist, bewirkeninähnli- cher Weise eine Polarisationsdrehung des durchgehenden Lichtes,
die jedoch in entgegengesetzter Rich- tung, allerdings mit gleichem Betrag erfolgt wie jene, die in Bezirken mit einer betragsgleichen, aber parallel zur Fortpflanzungsrichtung des einfallenden Strahles verlaufenden Magnetisierungskomponeage stattfindet. Auf diese Weise können die magnetischen Bezirke des Granatkristalls durch den Analysator in
Form eines Musters von hellen und dunkien Stellen im Betrachtungsfeld sichtbar gemacht werden.
Die Einwirkung eines äusseren, orientierendeil magnetischen Gleichfeldes auf einen Granatkristall mit einer zur magnetischen Sättigung des Kristalls ausreichenden Stärke bewirkt eine Ausrichtung der magne- tischen Atome des Granats, so dass ein einziger magnetischer Bezirk entsteht, dessen Magnetisierungsrich- tung durch das orientierende Gleichfeld festgelegt wird. Wenn der ganze Kristall hinsichtlichseiner Magne- tisierung senkrecht zur Fortpflanzungsrichtung des einfallenden linearpolarisiertenLichtstrahles ausgerich- tet wird, so kann der Kristall den Strahl ohne jede Polarisationsdrehung übertragen.
Wird der ganze Kristall hingegen so orientier), dass die Magnetisierung parallel oder antiparallel zum einfallenden Lichtstrahl verläuft so kann eine Polarisationsdrehung des gesamten Strahles indem einen oder andem Richtungssinn bewirktwer- den Wenn der Kristallschliesslich so orientiert wird, dass seine Magnetisierung nur eine Komponente in Richtung der einfallenden polarisierten Welle hat, so wird eine geringere Polarisationsdrehung als die maximal mögliche erreicht Wenn eindurch einen solchenGranatkristall übertragenes linear polarisiertes Cicht durch eiBLanalysie- rendes Prisma bettachtet wird, das senkrecht zum polarisierenden Prisma steht, und dabeidie Richtung des orien- tierendenFeldes, das auf den Granateinwirkt, geändert wird,
so ist das Betrachtungsfeld zwar stets gleichmässig hell, doch änden sich die Helligkeit des gesamtenBetrachtungsfeldes je nachden Richtungsändèrungendes an- gelegten orientierenden Magnetieldes zwischendem Maximalwert bei ungeschwächter Übertragung und dem
Nullwert bei vollständiger Löschung, weil bei diesen Richtungsänderungen der Magnetfelder der Betrag der Ma- gnetisierungsmmponentedes Kristalls, der in die Fortpflanzungsrichtung des Lichtes fällteineänderung erfährt
DiesesPhänomenkanninverschiedenenEinrichtungennutzbringendausgewertetwerden. Beispielsweise können auf dieser Basis magnetische Verschlüsse gebaut werden.
Die Faraday'sche Polarisationsdrehung ist ferner auf dem Gebiete der Mikrowellenübertragung zur Ausbildung von Isolatoren, Gyratoren, Zirkulato- ren und Modulatoren angewendet worden. Ähnliche Einrichtungen können nun zur Beeinflussung von Wellen höherer Frequenz als die Mikrowellen in gleicher Weise wie bisher für Mikrowellen gebaut werden. Wegen der starken spezifischen Polarisationsdrehung in ferrimagnetischen Yttrium-Eisen-Granaten und in den ferri- magnetischen Seltene Erde-Eisen-Granaten sind keine übermässig langen Lichtwege durch die Materialien erforderlich. Es können somit Einrichtungen gebaut werden, die unter Verwendung anderer Materialien, welche in Teilen des Frequenzspektrums oberhalb des Mikrowellen- und Infrarotbereiches einen FaradayEffekt zeigen, nicht herstellbar wären.
Die Erfindung soll nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen genauer erläutert werden. Fig. 1 stellt die Absorptionskurve des Yttrium-Eisen-Granats dar. Fig. 2 zeigt schematisch den Durchgang eines Lichtstrahles durch einen Kristall aus Yttrium-Eisen-Granat oder einem Seltene Erde-Eisen-Granat, bei der keine Polarisationsdrehung des Lichtstrahles stattfindet, weil die Richtung des orientierenden magnetischen
Gleichfeldes, welches auf den Granatkristall wirkt, senkrecht zur Strahlrichtung gewählt ist. Fig. 3 ist eine ähnliche schematische Darstellung, bei der aber die Orientierung des wirksamen magnetischen Gleichfeldes durch Anlegen eines zweiten magnetischen Feldes so geändert worden ist, dass derlichtübertragende kristall eine Magnetisierungskomponente in der Fortpflanzungsrichtung des einfallenden Strahles erhält, so dass eine .
Polarisationsdrehung des Strahles bewirkt wird. Fig. 4 ist eine schematische Draufsicht auf das magnetische Feld zu Beginn einer Schwingungsperiode in einem Mikrowellen-Hohlraumresonator, der in der Schwin- gungsartTM inResonanz steht. Fig. 5 ist eine schematische Draufischt auf das magnetische Feld des Hohlraumresonators nach Fig. 4 in einem Zeitpunkt, der eine halbe Periode später liegt. Fig. 6 ist eine schematische perspektivische Darstellung eines Mikrowellen-Hohlraumresonators, ähnlich dem in den Fig. 4 und 5 gezeigten, mit angesetzten Hohlleitern, wobei im Hohlraum ein Kristall aus Yttrium-Eisen-oder
Seltene Erde-Eisen-Granat angeordnet ist.
Im Diagramm nach Fig. l ist auf den Ordinaten die perzentuelle Lichtdurchlässigkeit eines Kristalls
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längen dargestellt. Wenn die"Absorptionsgrene"als jener Punkt definiert wird, bei dem eine zigue Absorption erfolgt, so liegt diese Absorptionsgrenze gemäss der dargestellten Kurve für den Yttrium-Eisen-
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Granat bei etwa 536 m . Der Lichtdurchgang wurde für die Aufnahme dieses Diagramms ohne Berücksichtigung einer Polarisation des einfallenden Lichtes gemessen.
IJL Fig. 2 ist eine dünne Scheibe eines Einkristalls aus Yttrium-Eisen-Granat oder Seltene Erde-Eisen-
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wird imor-okristahinesAnwendungsfällen auch dichte polykristalline Granatkörper benutzt werden, falls die Dispersion innerhalb dieser Körper hiareichedd niedrig ist, um eine Transparenz zu wahren. Die Stirnfläche der Scheibe 11 ist senkrecht zu einer mit z bezeichneten Achse orientiert. Die Scheibe selbst liegt in der Ebene von orthogonalen x-und y-Achsen, die ihrerseits orthogonal zur z-Achse sind. An den beiden Seiten der Scheibe 11 sind ein polarisierendes Prisma 12 bzw. ein analysierendes Prisma 13 angeordnet. Das Prisma 12 ist so orientiert, dass es Licht durchlässt, das parallel zur y-Achse linear polarisiert ist.
Spulen 14, die zu beiden Seiten des Granatkörpers und längs der y-Achse angeordnet sind, erzeugen ein magnetisches Gleichfeld, das in Fig. 2 mit HOR bezeichnet ist. Dieses Feld ist so stark, dass der ferrimagnetische Körper 11 gesättigt wird. Die Magnetisierung des Granatkörpers 11 in diesem Gleichfeld HOR verläuft in Richtung des Feldes.
Da das Feld und die Magnetisierung des Kristalls orthogonal zur Fortpflanzungsrichtung des monochromatischen Lichtstrahle"15 sind, der den Granatkörper 11 durchsetzt, übt dieser Körper keinen polarisationsdrehenden Effekt auf den Strahl 15 aus. Das analysierende Prisma 13 unterdrückt den Strahl 15, wenn es gegenüber dem polarisierenden Prisma 12 um 900 gedreht angeordnet ist.
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Spule 16 wird so erregt, dass sie ein magnetisches Gleichfeld HAPP in einer Richtung erzeugt, die parallel zur Fortpflanzungsrichtung des Lichtstrahles 15 verläuft. Durch das magnetische Feld H erhält nun die Magnetisierung des frriD1agnetischen Granatkörpers 11 eine Komponente in der Fortpflanzungsrichtung des Lichtstrahles 15.
Es tritt somit beim Durchgang des Lichtstrahles durch den Körper 11 eine Polarisationsdrehung auf und das analysierende Prisma 13 muss in eine andere Winkellage gedreht werden, um den Lichtstrahl 15 bei seinem Austritt aus dem Granatkörper 11 wieder vollständig auszulöschen. In Fig. 3 ist die Polarisationsdrehung, gesehen vom Analysator 13 aus, als eine Drehung im Uhrzeigersinn angedeutet.
In den Fig. 2 und 3 ist zwar das orientierende magnetische Gleichfeld HOR längs der y-Achse verlaufend dargestellt, doch versteht sich, dass dieses Feld in einer beliebigen Richtung in der xy-Ebene verlaufen kann. Jede solche Feldorientierung vermeidet nämlich eine zur Fortpflanzungsrichtung des Lichtstrahles 15 parallele oder antiparallele Komponente.
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kann die Richtung des magnetischen Gleichfeldes HAlel zur Fortpflanzungsrichtung des Lichtstrahles 15 verläuft und somit eine Polarisationsdrehung des Strahles 15 zur Folge hat, soferne das Feld ausreichend stark ist, um die Magnetisierung des Körpers 11 zu beeinflussen.
Wenn das Feld Han su gerichtet ist, dass es eine zur Fortpflanzungsrichtung des Lichtstrahles 15 antiparallele Komponente aufweist, so hat die Polarisationsdrehung des Strahles den entgegengesetzten Richtungssinn wie bei einem Feld, das eine parallel zur Fortpflanzungsrichtung des Lichtstrahles verlaufende Komponente aufweist, doch ist der Betrag der Polaisationsdrehung bel berragsgleichen Feldstärken in beiden Fällen gleich gross. Wenn beispielsweise in Fig. 3 die Richtung des Feldes HAPP um 1800 geändert wird, so tritt eine Polarisationsdrehung des Strahles 15 auf, die betragsgleich der dargestellten ist, aber, gesehen vom Analysator 13 aus, entgegen dem Uhrzeigersinn erfolgt.
Es ist ferner erkennbar, dass die relativen Beträge der magnetischen Felder BOR und HAPP unabhängig voneinander geändert werden können. Wenn die Stärke des Feldes HOR gegen Null vermindert und die Stärke des Feldes HAPPE auf einen zur magnetischen Sättigung des Körpers 11 ausreichenden Wert erhöht wird, dann wird die Magnetisierung des Körpers, 11 parallel zur Fortpflanzungsrichtung des Lichtstrahles ausgerichtet, wobei die maximale Polarisationsdrehung bei gegebener Dicke des Granatkörpers 11 auftritt.
Da die Felder HOR und HApp auch als Komponenten eines einzigen Magnetfeldes angesehen werden können, braucht auf den Körper 11 nur ein einziges Magnetfeld zur Wirkung gebracht werden, um ein beliebiges der vorstehend beschriebenen Ergebnisse zu erzielen. Ein solches Feld kann hinsichtlich Betrag und Richtung kontinuierlich oder intermittierend mit beliebiger Frequenz geändert-werden, um entsprechende Änderungen der Magnetisierung des ferrimagnetischen Körpers 11 hervorzurufen.
Schliesslich braucht die Orientierung des Kiirnen 11 in bezug auf die x-, y-und z-Achse nicht der Darstellung in den Fig. 2 und 3 zu entsprechen ; der Körper 11 kann vielmehr so orientiert werden, dass er in einer beliebigen Ebene des Raumes liegt. Die Länge des Lichtwege durch den in den Fig. 2 und 3 der Einfachheit halber als Scheibe dargestellten Körper 11 wird sich natürlich mit der Orientierung der Scheibe in bezug auf den Lichtstrahl 15 ändern, doch kann der Kristall selbst, unabhängig von der gewählten Orientierung der Scheibe in bezug auf den Strahl, immer so magnetisiert werden, dass er entweder eine parallel
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aufweist oder eine solche Komponente nicht aufweist.
la der Praxis ist die kubische Kristallstruktur des ferrigamnetischsnYttrium-Eiscn-Granats und der ferrimagnetischen Seltene Erde-Eisen-Granate magnetisch anisotrop. Die innere Induktion solcher Materialien kann längs bestimmter Achsen des Kristalls, welche als Richtungen leichter Magnetisierbarkeit bzw. als Vorzugsrichtung bezeichnet werden, leichter als in anderen Richtungen ausgerichtet werden. Es ist oft empfehlenswert, die Kristalle so zuzuschleifen, dass der Weg des durchfallenden Lichtstrahles oder die Richtung eines angelegten magnetischen Feldes eine bestimmte Orientierung bezüglich der Vorzugsrichtung bzw. einer der Vorzugsrichtungen aufweist, falls mehrere vorhanden sind.
In solchen Fällen wird der Kristall so zugeschliffen, dass dem einfallenden Lichtstrahl bzw. einem angelegten Feld eine bestimmte Stirnfläche zugekehrt werden muss, wodurch die freie Wahl der Kristallorientierung im Raum beschränkt wird, wenn die erwünschten Vorteile erzielt werden sollen. Bei der nachstehend erläuterten Klasse von Einrichtungen empfiehlt es sichbeispielsweise, denhiefür verwendeten Einkristall aus Yttrium-Eisen-Granat so zuzuschleifen, dass das orientierende magnetische Feld längs einer der äquivalenten [ 100 ] - Richtungen leichter Magnetisierbarkeit des Kristalls angelegt werden kann. Wenn das orientierende Feld längs einer solchen Richtung verläuft, so zeigt nämlich der Yttrium-Eisen-Granat die schmälsten ferrimagnetischen Resonanzlinien.
Die ferrimagnetische Resonanz ist ein Phänomen, das im Mikrowellenbereich bereits weitgehend erforscht worden ist. Bestimmte magnetische Materialien, wie z. B. der ferrimagnetische Yttrium-EisenGranat und die ferrimagnetischen Seltene Erde-Eisen-Granate, die hier erläutert werden, und allgemeiner
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in einem magnetischen Gleichfeld angeordnet werden, das senkrecht zur Übertragungsrichtung der Mikrowellen verläuft. Die maximale Absorption oder Resonanz tritt bei einer Mikrowellen-Frequenz auf, die der natürlichen Prezessionsfrequenz der Magnetisierung des Materials um die durch das angelegte orien- tierend Feld definierte Achse entspricht.
Dieses Resonanzphänomen und die Bedingungen, unter denen es auftritt, sind beispielsweise in dem Buch" Spectroscopy at Radio and Microwave Frequencies" von D. J. E.
Ingram, Butterworths Scientific Publications, London, 1955, Seiten 194-200, erläutert. Ganz analoge Phänomene treten in den Ferriten und in den hier behandelten ferrimagnetischen Granaten auf.
Yttrium-Eisen-Granat und die Seltene Erde-Eisen-Granate zeichnen sich somit nicht nur deshalb durch ein einzigartiges Verhalten aus, weil sie ferrimagnetische Materialien sind, welche Wellen höherer Frequenz als Infrarot mit stärkeren spezifischen Polarisationsdrehungen als andere in diesem Bereich transparente Materialien übertragen und modulieren, sondern auch deshalb, weil diese Granate so beeinflusst werden können, dass sie eine geregelte Modulation mit Hochfrequenz ermöglichen, weil sie zu einer ferrima-
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4,tion eines Lichtstrahles bewirkt werden kann.
Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf einen Resonanzhohlraum für M1kroweJlen, der eine volle stehende Welle der Type TM (Bezeicbn. ungsweise siehe"Elektronic and Radio Engineering"Mc. GrawHillBook Company, Inc., 1955, Seiten. 12 7-137) umschliesst, die sich in Resonanz befindet. Die unterbrochenen Linien dieser Figur stellen die Richtung des magnetischen Vektors dar, der jeder Halbwelle zu Beginn einer Schwingungsperiode zugeordnet ist. Es ist erkennbar, dass sich in der quer verlaufenden Halbierungsebene des Hohlraumes, also längs der Symmetrielinie 4-4 in Fig. 4, die magnetischen Felder de1 beiden Halbwellen infolge einer richtungs mässigen Koinzidenz addieren.
Fig. 5 zeigt den gleichen Hohlraum wie Fig. 4 in dem um eine Halbperiode später auftretenden Zustand. Die magnetischen Felder haben nun ihre Richtung umgekehrt. Auf der Symmetrielinie 5-5 ist daher die Richtung des verstärkten Feldes um 1800 geändert worden. Eine solche Umkehr der Feldrichtung findet in jeder Periode zweimal statt, weil das magnetische Feld in der Halbierungsebene des Hohlraumes am Ende der Periode wieder die ursprüngliche Richtung wie zu Beginn der Periode einnimmt. Ein rasch schwindendes Feld dieser Art kann für das Feld liapp in Fig. 3 angewendet weiden, um eine Prezession der Magnetisierung in einem Granat-Einkristall bei Resonanz zu bewirken und so eine rasch schwingende Magnetisierungskomponente in der Fortpflanzungsrichtung des den Kristall durchsetzenden Lichtstrahles zu erzeugen.
In Fig. 6 ist eine Einrichtung dargestellt, in der auf diese Weise ein Mikrowellenfeld angewendet wird.
Längs der z-Achse ist ein in Scheibenform dargestellter Körper 11 aus monokristallinem Yttrium-EisenGranat oder Seltene Erde-Eisen-Granat angeordnet. Diese Anordnung ist ähnlich der des Körpers 11 in den Fig. 2 und 3. Längs der x-Achse sind Wellenleiter 17 vorgesehen, die durch Öffnungen 19 in den Resonanzhohlraum 18 einmünden bzw. aus diesem herausführen. Längs der z-Achse sind an beiden Seiten des Hohl-
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raumes 18 Rohrstutzen 20 angeordnet, die mit dem Hohlraum 18 durch Öffnungen 21 in Verbindung stehen.
Die Öffnungen 21 und die Rohrstutzen 20 sind so dimensioniert, dass an diesen Stellen aus dem Hohlraum 18keine Mikrowellenenergie austreten kann. Auf den Kölperll wird ein orientierendes magnetisches Gleich- feld, das beispielsweise durch nicht dargestellte Spulen erzeugt wird, so zur Wirkung gebracht, dass die Magnetisierung des Körpers 11 in einer in der xy-Ebene liegenden Richtung verläuft.
Wie in den Fig. 4 und 5 dargestellt ist, erzeugen die im Hohlraum 18 in Resonanz stehenden Mikrowellen ein hochfrequent schwingendes Magnetfeld, das in der quer verlaufenden Halbierungsebene des Hohlraumes 18 liegt, die in Fig. 6 als xy-Ebene bezeichnet worden ist. Da der Körper 11 gemäss Fig. 6 so
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senkrecht zur yz-Ebenefeld im Körper 11 eine Magnetisierungskomponence erzeugen, die senkrecht zu dessen breiten Stirnflächen verläuft. Normalerweise werden hochfrequente Felder nur geringen Einfluss auf die Orientierung der Magnetisierung des Granatkörpers 11 haben.
Wenn jedoch die Mikrowellen-Frequenz und die Stärke des orientie-
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sche magnetische Orientierung dieses Körpers bewirkt werden, weil die hochfrequenten Wellen eine Prezession der Magnetisierung um eine Achse hervorrufen, die in Richtung des orientierenden Feldes verläuft.
Ein (nicht dargestellter) Lichtstrahl, der vom polarisierenden Prisma 12 in den Hohlraum 18 eintritt, durch den Körper 11 verläuft und schliesslich das analysierende Prisma 13 durchsetzt, wird durch den Körper 11 hinsichtlich seiner Polarisation gedreht, wobei der Betrag der Drehung von der bei Resonanz aufgedrücken hochfrequenten magnetischen Feldstärke und der Richtungssinn der Drehung von der rasch veränderlichen Richtung dieses hochfrequenten Feldes abhängt. Die Modulation des Lichtes kann durch das analysierende Prisma beobachtet werden. So kann beispielsweise bei geeigneter relativer Einstellung von Polarisator 12 und Analysator 13 gemäss Fig. 6 ein Durchgang des Lichtes durch das System wahlweise einoder zweimal innerhalb jeder Periode bewirkt werden.
Bei einerscheibe aus Yttrium-Eisen-Granat mit einem Durchmesser von 1, 4 mm und einer Dicke von 0, 075 mm ist eine Mikrowellenresonanz bei 24, 019 MHz in einem orientierenden magnetischen Gleichfeld von 7804 Örsted beobachtet worden. Eine Scheibe aus Yttrium-Eisen-Granat der angegebenen Dicke zeigt im Bereich des grünen Lichtes eine maximale Polarisationsdrehung von ungefähr 11800/cm, was einer spezifischen Polarisationsdrehung von mehr als 10000/cm für Grün entspricht, wie dies in der Tabelle I angegeben worden ist.
Einkristalle aus Yttrium-Eisen-Grarat sind nach dem folgenden Verfahren hergestellt worden :
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peratur von 13250 C erhitzt und für 5 Stunden auf dieser Temperatur gehalten. Sodann wurde der Tiegel in einem Ofen mit einer Geschwindigkeit von 5 C je Stunde auf 9000 C abgekühlt, hierauf dem Ofen entnommen und auf Zimmertemperatur abkühlet gelassen. Die erhaltene feste Masse setzte sich aus einer Bleioxydphase, einer kristalline Magnetoplumbitc'nthaltenden Phase und einer dritten Phase aus Yttrium- Eisen-GranatkristaI1e'1 mit charakteristischen Abmessungen zusammen.
Die beiden kristallinen Phasen wurden von der Matrix aus Bleioxyd durch Lösung der letzteren in 6n-Salpetersänre getrennt, welche die Kristalle nicht angriff.-) ie Yttrium-Eisen-Granate wurden sodann durch Auslesen von der Magnetopium- bit-Phase getrennt. Die Seltene Erde-Eisen-Granate können nach ähnlichen Verfahren als Einkristalle hergestellt werden.
Vorstehend sind zwar spezielle Ausführungsformen beschrieben worden, doch versteht sich, dass diese nur als erläuternde Beispiele dienen und im Rahmen der Erfindung verschiedene Abänderungen zulassen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Lichtmodulator, der nach dem Prinzip des Faraday-Effektes arbeitet, dadurch gekennzeichnet, dass er einen ferrimagnetischen Übertragungskörper aus einem Material enthält, das aus der den Yttrium-EisenGranat und die Seltene Erde-Eisen-Granate umfassenden Gruppe ausgewählt ist.