CN111679458A - 一种平面化磁光开关 - Google Patents
一种平面化磁光开关 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111679458A CN111679458A CN202010450071.7A CN202010450071A CN111679458A CN 111679458 A CN111679458 A CN 111679458A CN 202010450071 A CN202010450071 A CN 202010450071A CN 111679458 A CN111679458 A CN 111679458A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- microstrip line
- magneto
- optical
- optical switch
- layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000012788 optical film Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000010408 film Substances 0.000 claims description 8
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 5
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 abstract description 7
- 238000004891 communication Methods 0.000 abstract description 6
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 10
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- ZPDRQAVGXHVGTB-UHFFFAOYSA-N gallium;gadolinium(3+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Ga+3].[Gd+3] ZPDRQAVGXHVGTB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000004943 liquid phase epitaxy Methods 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 2
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008033 biological extinction Effects 0.000 description 1
- 239000008358 core component Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000005674 electromagnetic induction Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 239000002223 garnet Substances 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/09—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on magneto-optical elements, e.g. exhibiting Faraday effect
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
Abstract
一种平面化磁光开关，属于激光通信技术领域。该平面化磁光开关包括法拉第转子、起偏器和检偏器，所述法拉第转子包括基片，以及对称设置于基片两侧的磁光薄膜层、第一微带线层和第二微带线层，所述第一微带线和第二微带线用于提供直流偏置，且第一微带线和第二微带线相互垂直。本发明提供的一种平面化磁光开关，在磁光薄膜层上设置两层相互垂直的矩形微带线，来代替传统的永磁体或通电线圈提供直流偏置磁场，不仅有效减小了磁光开关的体积，还可通过控制两层微带线的电流实现多路光纤的开关切换，可满足器件小型化、平面化的要求。
Description
技术领域
本发明属于激光通信技术领域，具体涉及一种平面化磁光开关器件。
背景技术
光开关是一种在激光通信系统中用于一个或多个输入光纤端口与一个或多个输出端口之间进行切换的光学器件，可用于激光通信系统中传输通道的连接和断开。
磁光开关主要包括法拉第转子、放置于光入射侧的起偏器、以及放置于光出射侧的检偏器，其是利用介质内部光波与磁场之间的法拉第效应会使光波的偏振面发生旋转的原理，通过改变外加磁场改变磁光材料对入射光偏振面的旋转，检偏器则实现光路切换的开关作用。其中，法拉第转子是磁光开关的核心组件，包括磁光材料、以及为磁光材料提供外加磁场的永磁体或通电线圈。目前常用的块状磁光材料法拉第旋角较小，为了使偏振面旋转90°，其材料的厚度常设置为10～20mm，同时起偏器和检偏器体积较大，使得器件的整体尺寸偏大，无法满足光纤通信系统中的小型化、平面化要求。
发明内容
本发明的目的在于，针对背景技术存在的传统磁光开关体积偏大的缺陷，提出了一种平面化磁光开关，以满足光纤通信系统中的小型化、平面化要求，并实现多路光纤的开关切换。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种平面化磁光开关，包括法拉第转子、起偏器和检偏器，其特征在于，所述法拉第转子包括基片，以及对称设置于基片两侧的磁光薄膜层、第一微带线层和第二微带线层，所述第一微带线和第二微带线用于提供直流偏置，且第一微带线和第二微带线相互垂直。
进一步地，所述第一微带线为横向微带线时，第二微带线为纵向微带线；所述第一微带线为纵向微带线时，第二微带线为横向微带线。
进一步地，所述基片为钆镓石榴石(GGG)基片。
进一步地，所述磁光薄膜层为液相外延法生长的LuBiIG薄膜，磁光薄膜层厚度为230μm以上。
进一步地，所述起偏器和检偏器为薄膜偏振片，起偏器与检偏器之间透振方向夹角为0°。
进一步地，所述起偏器与法拉第转子之间、检偏器与法拉第转子之间、第一微带线层和第二微带线层之间还设置有绝缘层，所述绝缘层材料为氮化硅，厚度为2mm。
进一步地，所述磁光薄膜层与第一微带线层之间还可设置绝缘层。
进一步地，所述第二微带线层中包括一条矩形微带线，第一微带线层中包括2条以上、相互平行的矩形微带线，每条微带线都可单独通入电流。
进一步地，所述第一微带线层中，相邻矩形微带线之间的间距相等。
进一步地，所述第二微带线层中的矩形微带线与第一微带线层中的矩形微带线垂直，且第二微带线层中的一条矩形微带线位于第一微带线层中2条以上矩形微带线的中心。
本发明涉及的磁光开关利用了法拉第效应。法拉第效应指磁光物质在外加磁场的作用下，使通过它的平面偏振光的偏振方向发生旋转，偏振面发生旋转的光束无法通过检偏器，达到光路切换的开关作用。本发明提供的一种平面化磁光开关，在第二微带线层中的一条矩形微带线中通入电流、第一微带线层的各条矩形微带线中通入相同方向的电流，磁光开关为“全OFF”状态；在第二微带线层中的一条矩形微带线中通入电流、第一微带线层的各条矩形微带线中通入相反方向的电流，磁光开关为“全ON”状态；在第二微带线层中的一条矩形微带线中通入电流、第一微带线的各条矩形微带线中一条矩形微带线通入相反方向电流其他矩形微带线通入相同方向电流，磁光开关为“单路ON”状态。具体地，在第二微带线层中的一条矩形微带线中通入顺时针方向的电流，第一微带线层的各条矩形微带线中通入顺时针电流时，该路激光偏振面旋转90°无法通过检偏器，光路关闭；在第二微带线层中的一条矩形微带线中通入顺时针方向的电流，第一微带线层的各条矩形微带线中通入逆时针电流时，该路激光偏振面不发生旋转，可以通过检偏器，光路打开。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供的一种平面化磁光开关，在磁光薄膜层上设置两层相互垂直的矩形微带线，来代替传统的永磁体或通电线圈提供直流偏置磁场，不仅有效减小了磁光开关的体积，还可通过控制两层微带线的电流实现多路光纤的开关切换，可满足器件小型化、平面化的要求。另外，本发明磁光开关采用液相外延生长的石榴石薄膜作为磁光薄膜层，具有大Faraday角、小的光吸收系数等特性，不仅使得法拉第转子具有低的光学损耗，还可以降低器件尺寸。
附图说明
图1为本发明提供的一种平面化磁光开关的侧视图；其中，1为光轴，2为起偏器，3为第二微带线层，4为第一微带线层，5为磁光薄膜层，6为基片，7为检偏器；
图2为本发明提供的一种平面化磁光开关的单侧结构透视图；
图3为本发明平面化磁光开关中用于实现开关作用的直流偏置磁场的设计示意图；
图4为实施例平面化磁光开关为“全ON”状态的微带线通电示意图；
图5为实施例平面化磁光开关为“单路ON”状态的微带线通电示意图；
图6为实施例平面化磁光开关为“全OFF”状态的微带线通电示意图。
具体实施方式
下面结合具体实例与附图对本发明进行详细说明，需要说明的是本发明并不局限于该实例。
如图1所示，为本发明提供的一种平面化磁光开关的侧视图；所述平面化磁光开关包括沿激光传播方向相互平行放置的两个线性偏振器(起偏器2和检偏器7)，以及法拉第转子，其特征在于，所述法拉第转子包括基片6，以及对称设置于基片两侧且依次排列的磁光薄膜层5、第一微带线层4和第二微带线层3，所述第一微带线和第二微带线用于提供直流偏置。上述第一微带线层和第二微带线层中的矩形微带线相互垂直，第一微带线层中包括2条以上、相互平行的矩形微带线，第二微带线层中包括一条矩形微带线，每条微带线都可单独通入电流；且第二微带线层中的一条矩形微带线位于第一微带线层中2条以上矩形微带线的中心，与第一微带线层在磁光作用区域叠加形成一个正方形网格。上述起偏器与检偏器透振方向夹角为0°角；所述起偏器与法拉第转子之间、检偏器与法拉第转子之间、第一微带线层和第二微带线层之间还设置有绝缘层。
本发明提供的一种平面化磁光开关，激光通过光纤导入后，依次经过起偏器、磁光薄膜、检偏器。具体过程为：激光光束经过起偏器2后，转变为线偏振光，并进入磁光薄膜层；通过控制第一微带线层和第二微带线层中通入的电流方向，使得两层微带线各自产生的磁场在磁光作用区域叠加或者抵消，控制磁光作用区域磁场的有无，进而控制光束的偏转，实现多路光纤开关的切换。根据法拉第电磁感应定律，在微带线中通入顺(逆)时针电流后，每条矩形微带线都会在磁光作用区域产生均匀磁场进行叠加或抵消。
实施例
本实施例中，基片为钆镓石榴石(GGG)基片；磁光薄膜层为液相外延法生长的LuBiIG薄膜，在1310nm波长下法拉第旋角可达0.2deg/um，为了使偏振光可以旋转90°角，磁光薄膜厚度为230μm；起偏器和检偏器均为薄膜偏振片，采用ThorLabs公司的LPNIR050型纳米粒子线性薄膜偏振片，其在850nm～1600nm波段可以达到100000:1的消光比，且对比传统偏振片具有更高的损伤阈值，起偏器与检偏器之间透振方向夹角为0°；起偏器与法拉第转子之间、检偏器与法拉第转子之间、第一微带线层和第二微带线层之间还设置了2mm厚的氮化硅，作为绝缘层；第二微带线层中包括一条矩形微带线，第一微带线层中包括2条相互平行的矩形微带线，第二微带线层中的矩形微带线与第一微带线层中的矩形微带线垂直，且第二微带线层中的一条矩形微带线位于第一微带线层中2条矩形微带线的中心，两层微带线之间的相对位置如图2所示，两层微带线的叠加要形成正方形的磁光作用区域以确保磁场的均匀性和对称性；第一微带线层中的矩形微带线的长度为400um、宽度为20μm、厚度为20μm、两条微带线之间的间距为100μm，通过溅射镀铜的方法得到；第二微带线层中的矩形微带线的长度为400um、宽度为20μm、厚度为20μm，通过溅射镀铜的方法得到。
实施例的平面化磁光开关，当第一微带线层中的矩形微带线都通入逆时针电流，第二微带线层中的矩形微带线通入顺时针电流时，在磁光作用区域产生均匀但方向相反的磁场，磁光作用区域等效磁场为零，光通过磁光薄膜层后，偏振面不会发生旋转，可以通过检偏器，磁光开关为“全ON”状态，如图4所示。当第一微带线层中的第一条矩形微带线通入逆时针方向的电流、第二条矩形微带线通入顺时针方向的电流，在第二微带线层中的矩形微带线通入顺时针电流时，第一个磁光作用区域产生均匀且方向相反的磁场，第二个磁光作用区域处产生均匀且方向相同的磁场，光通过磁光薄膜层后，两路光束中的一束发生偏转，另一束不发生偏转，从而导致一路光束无法通过检偏器而另一路光束可以通过检偏器，实现磁光开关“单路ON”状态，如图5所示。当第一微带线层中的矩形微带线都通入顺时针电流、第二微带线层中的矩形微带线通入顺时针电流时，在磁光作用区域产生均匀且方向一致的磁场，光通过磁光薄膜层后，偏振面会发生旋转，转过90°，无法通过检偏器，磁光开关为“全OFF”状态，如图6所示。
Claims (7)
1.一种平面化磁光开关，包括法拉第转子、起偏器和检偏器，其特征在于，所述法拉第转子包括基片，以及对称设置于基片两侧的磁光薄膜层、第一微带线层和第二微带线层，所述第一微带线和第二微带线用于提供直流偏置，且第一微带线和第二微带线相互垂直。
2.根据权利要求1所述的平面化磁光开关，其特征在于，所述第一微带线为横向微带线时，第二微带线为纵向微带线；所述第一微带线为纵向微带线时，第二微带线为横向微带线。
3.根据权利要求1所述的平面化磁光开关，其特征在于，所述第二微带线层中包括一条矩形微带线，第一微带线层中包括2条以上、相互平行的矩形微带线。
4.根据权利要求3所述的平面化磁光开关，其特征在于，所述第一微带线层中，相邻矩形微带线之间的间距相等。
5.根据权利要求1所述的平面化磁光开关，其特征在于，所述磁光薄膜层为LuBiIG薄膜，磁光薄膜层厚度为230μm以上。
6.根据权利要求1所述的平面化磁光开关，其特征在于，所述起偏器和检偏器为薄膜偏振片，起偏器与检偏器之间透振方向夹角为0°。
7.根据权利要求1所述的平面化磁光开关，其特征在于，所述起偏器与法拉第转子之间、检偏器与法拉第转子之间、第一微带线层和第二微带线层之间设置绝缘层，所述绝缘层材料为氮化硅，厚度为2mm。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010450071.7A CN111679458A (zh) | 2020-05-25 | 2020-05-25 | 一种平面化磁光开关 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010450071.7A CN111679458A (zh) | 2020-05-25 | 2020-05-25 | 一种平面化磁光开关 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111679458A true CN111679458A (zh) | 2020-09-18 |
Family
ID=72434790
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010450071.7A Pending CN111679458A (zh) | 2020-05-25 | 2020-05-25 | 一种平面化磁光开关 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111679458A (zh) |
Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1415755A (en) * | 1972-02-02 | 1975-11-26 | Western Electric Co | Thin-film optical circuit devices |
| EP0352844A2 (de) * | 1988-07-23 | 1990-01-31 | Philips Patentverwaltung GmbH | Optischer Isolator, Zirkulator, Schalter oder dergleichen mit einem Faraday-Rotator |
| EP1202105A2 (en) * | 2000-10-27 | 2002-05-02 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Optical signal transmission system and magneto-optical modulator |
| US20030218792A1 (en) * | 2002-05-09 | 2003-11-27 | Hisashi Minemoto | Integrated magneto-optical modulator with optical isolator, method of manufacturing the same and optical communication system using the same |
| CN1619361A (zh) * | 2004-10-14 | 2005-05-25 | 厦门大学 | 高速微型磁光开关 |
| JP2007171450A (ja) * | 2005-12-21 | 2007-07-05 | Fdk Corp | 磁気光学式空間光変調器 |
| JP2009003150A (ja) * | 2007-06-21 | 2009-01-08 | Toyohashi Univ Of Technology | 静磁波素子および静磁波変調装置 |
| CN102362211A (zh) * | 2009-12-25 | 2012-02-22 | 日立金属株式会社 | 法拉第转子用磁路和法拉第转子用磁路的制造方法 |
| CN103984126A (zh) * | 2014-05-23 | 2014-08-13 | 电子科技大学 | 一种平面磁光隔离器 |
| CN104820298A (zh) * | 2015-04-17 | 2015-08-05 | 电子科技大学 | 一种基于BiLuIG薄膜的TM-TE磁光调制器 |
| CN105633781A (zh) * | 2015-12-28 | 2016-06-01 | 中国科学院光电研究院 | 一种新型磁光隔离器件及其主动输出控制方法 |
| CN109799581A (zh) * | 2019-03-11 | 2019-05-24 | 电子科技大学 | 一种磁流体硅基微环光开关 |
-
2020
- 2020-05-25 CN CN202010450071.7A patent/CN111679458A/zh active Pending
Patent Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1415755A (en) * | 1972-02-02 | 1975-11-26 | Western Electric Co | Thin-film optical circuit devices |
| EP0352844A2 (de) * | 1988-07-23 | 1990-01-31 | Philips Patentverwaltung GmbH | Optischer Isolator, Zirkulator, Schalter oder dergleichen mit einem Faraday-Rotator |
| EP1202105A2 (en) * | 2000-10-27 | 2002-05-02 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Optical signal transmission system and magneto-optical modulator |
| US20030218792A1 (en) * | 2002-05-09 | 2003-11-27 | Hisashi Minemoto | Integrated magneto-optical modulator with optical isolator, method of manufacturing the same and optical communication system using the same |
| CN1619361A (zh) * | 2004-10-14 | 2005-05-25 | 厦门大学 | 高速微型磁光开关 |
| JP2007171450A (ja) * | 2005-12-21 | 2007-07-05 | Fdk Corp | 磁気光学式空間光変調器 |
| JP2009003150A (ja) * | 2007-06-21 | 2009-01-08 | Toyohashi Univ Of Technology | 静磁波素子および静磁波変調装置 |
| CN102362211A (zh) * | 2009-12-25 | 2012-02-22 | 日立金属株式会社 | 法拉第转子用磁路和法拉第转子用磁路的制造方法 |
| CN103984126A (zh) * | 2014-05-23 | 2014-08-13 | 电子科技大学 | 一种平面磁光隔离器 |
| CN104820298A (zh) * | 2015-04-17 | 2015-08-05 | 电子科技大学 | 一种基于BiLuIG薄膜的TM-TE磁光调制器 |
| CN105633781A (zh) * | 2015-12-28 | 2016-06-01 | 中国科学院光电研究院 | 一种新型磁光隔离器件及其主动输出控制方法 |
| CN109799581A (zh) * | 2019-03-11 | 2019-05-24 | 电子科技大学 | 一种磁流体硅基微环光开关 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 房旭龙: "大法拉第磁光石榴石薄膜材料及在磁光开关中的应用研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技Ⅰ辑》 * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1864182A1 (en) | Integratable optical isolator having mach-zehnder interferometer configuration | |
| EP0685081A4 (en) | LIQUID CRYSTAL DISPLAY. | |
| EP1864183A1 (en) | Integratable optical waveguide isolator | |
| Dionne et al. | Circular polarization and nonreciprocal propagation in magnetic media | |
| US7505192B1 (en) | Optical apparatus having a compound tri-state non-reciprocal rotator | |
| KR20040045840A (ko) | 평면-타입의 편광 독립성 광 아이솔레이터 | |
| US4969720A (en) | Magneto-optic bypass switch | |
| CN103984126A (zh) | 一种平面磁光隔离器 | |
| US7555177B1 (en) | All fiber magneto-optic on-off switch for networking applications | |
| CN111679458A (zh) | 一种平面化磁光开关 | |
| US7444040B2 (en) | Magneto-optical component | |
| US6833941B2 (en) | Magneto-optic optical device | |
| US20040013343A1 (en) | Polarizer and optical device using it | |
| Chen et al. | Slow light rainbow trapping in a uniformly magnetized gyromagnetic photonic crystal waveguide | |
| WO2021256255A1 (ja) | 磁気回路、ファラデー回転子、及び磁気光学デバイス | |
| CN112526775B (zh) | 基于磁光材料的与偏振无关的光子晶体环行器 | |
| RU161388U1 (ru) | Магнитооптический модулятор интенсивности света | |
| JPS60200225A (ja) | フアラデ−回転子 | |
| JP3090292B2 (ja) | 非相反光回路 | |
| CN201859277U (zh) | 一种用于光纤通信的光隔离器 | |
| CN101872077A (zh) | 一种用于光纤通信的光隔离器 | |
| KR100757376B1 (ko) | 자기광학소자의 제작방법 및 그 제작방법에 의해 제작된자기광학소자 | |
| US7535616B2 (en) | Polarization controlling apparatus and polarization operation apparatus | |
| CN219843149U (zh) | 一种双极化非对称传输、吸波超材料结构 | |
| Bahuguna | Investigation of magneto-optical properties for optical fiber based devices |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200918 |