CZ2018746A3 - Light-beam optic modulator, especially for the infrared area - Google Patents

Light-beam optic modulator, especially for the infrared area Download PDF

Info

Publication number
CZ2018746A3
CZ2018746A3 CZ2018-746A CZ2018746A CZ2018746A3 CZ 2018746 A3 CZ2018746 A3 CZ 2018746A3 CZ 2018746 A CZ2018746 A CZ 2018746A CZ 2018746 A3 CZ2018746 A3 CZ 2018746A3
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
optical
optically active
glass
microparticles
optical element
Prior art date
Application number
CZ2018-746A
Other languages
Czech (cs)
Other versions
CZ308149B6 (en
Inventor
Martin Míka
František Lahodný
Jan Bartyzal
Original Assignee
Vysoká škola chemicko-technologická v Praze
SQS Vláknová optika a.s.
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vysoká škola chemicko-technologická v Praze, SQS Vláknová optika a.s. filed Critical Vysoká škola chemicko-technologická v Praze
Priority to CZ2018-746A priority Critical patent/CZ2018746A3/en
Publication of CZ308149B6 publication Critical patent/CZ308149B6/en
Publication of CZ2018746A3 publication Critical patent/CZ2018746A3/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C14/00Glass compositions containing a non-glass component, e.g. compositions containing fibres, filaments, whiskers, platelets, or the like, dispersed in a glass matrix
    • C03C14/004Glass compositions containing a non-glass component, e.g. compositions containing fibres, filaments, whiskers, platelets, or the like, dispersed in a glass matrix the non-glass component being in the form of particles or flakes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C4/00Compositions for glass with special properties
    • C03C4/10Compositions for glass with special properties for infrared transmitting glass
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL 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
    • G02F1/00Devices 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
    • G02F1/0009Materials therefor
    • G02F1/0018Electro-optical materials
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL 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
    • G02F1/00Devices 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
    • G02F1/0009Materials therefor
    • G02F1/0036Magneto-optical materials
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL 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
    • G02F1/00Devices 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
    • G02F1/01Devices 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 
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL 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
    • G02F1/00Devices 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
    • G02F1/01Devices 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 
    • G02F1/015Devices 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 semiconductor elements having potential barriers, e.g. having a PN or PIN junction
    • G02F1/025Devices 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 semiconductor elements having potential barriers, e.g. having a PN or PIN junction in an optical waveguide structure
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL 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
    • G02F1/00Devices 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
    • G02F1/01Devices 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 
    • G02F1/09Devices 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
    • G02F1/095Devices 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 in an optical waveguide structure

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

Modulátor světla volnosvazkové optiky, zejména pro infračervenou oblast, zahrnuje optický prvek (1), který obsahuje (a) sklo elektro-optické nebo magneto-optické s opticky aktivními nano a/nebo mikro částicemi; (b) má vstupní plochu (2) a výstupní plochu (3), přičemž obě plochy (2, 3) jsou opticky vyleštěné; a (c) je uložen v dielektricky izolačním skelném materiálu. Opticky aktivní nano a/nebo mikročástice mají velikost 0,1 nm až 50 µm, s výhodou 0,5 nm až 100 nm. Vstupní a výstupní plochy (2, 3) mohou být opatřeny antireflexní vrstvou. Vstupní plocha (2) je s výhodou opatřena optickým skelným vláknem (7). Pro vytvoření elektro-optického modulátoru (EOM1, EOM2) je optický prvek (1) na svých protilehlých bočních stěnách (1c, 1d) připojen na elektrody (8). Pro vytvoření magneto-optického modulátoru (MOM1, MOM2) je optický prvek (1) je vložen do elektromagnetu s cívkou (10) a vinutím (11) cívky elektromagnetu. Optický prvek (1) má sklo, nesoucí opticky aktivní nano a/nebo mikročástice, nízkotavitelné, s výhodou olovnato-bizmutité sklo. Opticky aktivní nanomikročástice mohou být elektro-opticky aktivní, s výhodou kovové s alespoň jedním kovem ze skupiny zahrnující Ag, Au, Pt a Cu. Opticky aktivní nano a/nebo mikročástice mohou být magneto-opticky aktivní, ze skupiny oxidů/oxidických sloučenin kovů, zahrnující magnetit FeOa/nebo trevorit NiFeO, a/nebo nikelnato-kobatnatý ferrit (NiCo)FeO, a/nebo gama-hematit FeO; případně mohou navíc obsahovat nejméně jeden oxid lantanoidů, jako je oxid praseodymitý PrO, a/nebo oxid dysprositý DyOa/nebo oxid terbitý TbO. Dielektrický izolační skelný materiál je vybraný ze skupiny skla na bázi alespoň jednoho z oxidů SiO, BO, PO, VO, MoO, WOa alkalických oxidů jako je LiO, NaO, KO a RbO a oxidů dvojmocných oxidů jako je MgO, CaO, BaO a ZnO.The light-beam optic modulator, particularly for the infrared region, comprises an optical element (1) comprising (a) electro-optical or magneto-optical glass with optically active nano and / or micro particles; (b) has an inlet surface (2) and an outlet surface (3), both surfaces (2, 3) being optically polished; and (c) embedded in a dielectrically insulating glass material. The optically active nano and / or microparticles have a size of 0.1 nm to 50 µm, preferably 0.5 nm to 100 nm. The inlet and outlet surfaces (2, 3) may be provided with an antireflective layer. The entrance surface (2) is preferably provided with an optical glass fiber (7). To form an electro-optical modulator (EOM1, EOM2), the optical element (1) is connected to its electrodes (8) on its opposite side walls (1c, 1d). To form a magneto-optical modulator (MOM1, MOM2), the optical element (1) is inserted into an electromagnet with a coil (10) and a coil winding (11) of the electromagnet. The optical element (1) has glass carrying optically active nano and / or microparticles, a low-melting, preferably lead-bismuth glass. The optically active nanomicroparticles may be electro-optically active, preferably metal with at least one of Ag, Au, Pt and Cu. The optically active nano and / or microparticles may be magneto-optically active, from the group of metal oxides / oxide compounds including FeOa magnetite / or NiFeO trevorite, and / or nickel-cobalt ferrite (NiCo) FeO, and / or gamma hematite FeO; optionally they may additionally contain at least one lanthanide oxide such as praseodymium oxide PrO and / or dyspropium oxide DyOa / or terbium oxide TbO. The dielectric insulating glass material is selected from the group of glass based on at least one of SiO, BO, PO, VO, MoO, WOa and alkali oxides such as LiO, NaO, KO and RbO and divalent oxides such as MgO, CaO, BaO and ZnO .

Description

Oblast technikyTechnical field

Vynález se týká modulátoru světla volnosvazkové optiky, určený zejména pro infračervenou oblast. Modulátor zahrnuje aktivní optický prvek napojený na elektrody nebo vložený do magnetického pole.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a free-light optic light modulator, particularly for the infrared region. The modulator comprises an active optical element connected to the electrodes or embedded in a magnetic field.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Modulátory světla jsou určeny pro modulaci světelného signálu ve smyslu změny intenzity světla nebo jeho fáze. Pro modulaci světla se využívá elektrické nebo magnetické pole, které působí na vhodný elektro-optický nebo magneto-optický materiál.Light modulators are designed to modulate a light signal in terms of changing light intensity or phase. For modulating the light, an electric or magnetic field is used which acts on a suitable electro-optical or magneto-optical material.

Elektro-optický materiál je popsán např. v US 6859467 B2. Elektro-optický materiál je základní prvek elektricko-optického modulátoru s laserovým zdrojem. Elektro-optický materiál zahrnuje krystalický materiál o chemickém složení, vyjádřený vzorem RcAc4O(BCl·,)’,. kde Re obsahuje jeden z prvků ze skupiny La, Ce, Pr, Nd, Srn, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Yb, Lu a dva další prvky Y a Sc; a kde Ae je ze skupiny Ca, Sr nebo Ba. Konkrétně je uvedeno složení krystalu YCa4O(BO3)3 označované jako YCOB či jeho isostruktumí varianty GaCOB nebo LaCOB. Modulátor z tohoto krystalického materiálu je opatřen podélnými elektrodami, které přivádí elektrické napětí, jehož intenzita je vedena napříč elektro-optickým krystalem, čímž se dosahuje fázového zpoždění u polarizovaného laserového paprsku, který prochází krystalem. U uvedeného typu modulátoru mohou krystaly na bázi YCOB nahradit běžné používané krystaly BaB2O4 označované jako BBO. Výhodou krystalů na bázi YCOB je podstatně snazší technologie růstu těchto krystalů, jejich leštění, optické spojování a pokrývání tenkými vrstvami. Použité krystalické materiály vyžadují dodržování přesných stechiometrických poměrů mezi jejich stavebními prvky tak, aby byla zajištěna požadovaná krystalová struktura, což vyžaduje poměrně velmi přesné dodržení technologie výroby krystalů. Již malé odchylky od stechiometrie způsobí nežádoucí změnu jejich krystalické struktury, což může vést ke zhoršení elektro-optických vlastností, ztížení technologie růstu krystalů, jejich leštění, optického spojování a nanášení tenkých vrstev. Chemické složení proto není možné měnit v širším rozpětí složení za účelem optimalizace jejich fyzikálně-chemických vlastností. Výroba těchto materiálů bude dosti složitá a tudíž nákladná.Electro-optic material is described, for example, in US 6859467 B2. Electro-optical material is the basic element of the electro-optical modulator with laser source. The electro-optic material comprises a crystalline chemical composition, represented by the pattern RcAc4O (BCl ·). wherein Re comprises one of La, Ce, Pr, Nd, Srn, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Yb, Lu, and two other elements Y and Sc; and wherein Ae is from Ca, Sr or Ba. Specifically, the crystal composition of YCa4O (BO3) 3 referred to as YCOB or its isostructured variants of GaCOB or LaCOB is disclosed. The modulator of this crystalline material is provided with elongated electrodes which provide an electrical voltage, the intensity of which is conducted across the electro-optical crystal, thereby achieving a phase delay of the polarized laser beam passing through the crystal. In said type of modulator based crystals can replace commonly used YCOB BaB 2 O4 crystals known as BBO. The advantage of YCOB-based crystals is the much easier technology of growth of these crystals, their polishing, optical bonding and thin-film coating. The crystalline materials used require adherence to exact stoichiometric ratios between their constituent elements in order to provide the desired crystal structure, which requires relatively precise adherence to the crystal manufacturing technology. Even small deviations from stoichiometry cause an undesirable change in their crystalline structure, which can lead to a deterioration of the electro-optical properties, a difficulty in crystal growth technology, their polishing, optical bonding and thin film deposition. Therefore, the chemical composition cannot be varied within a wider range of compositions in order to optimize their physico-chemical properties. The production of these materials will be quite complex and therefore expensive.

Jiný elektro-optický materiál je popsán v US 2018/0364501 AI, který je uložen v elektrooptickém modulátoru. Modulátor zahrnuje izolační vrstvu; centrální optický vlnovod, uložený na izolační vrstvě; první oblast s n typem dopování, přivrácenou k první boční stěně centrálního optického vlnovodu; druhou oblast mající p typ dopování situovanou na opačné straně vůči první dopované oblasti a přivrácenou ke druhé stěně centrálního optického vlnovodu; tenkou dielektrickou vrstvu, procházející centrálním elektro-optickým prvkem od jeho horního povrchu až k jeho dolnímu povrchu. Izolační vrstva je zhotovena z materiálu s vysokou dielektrickou konstantou, zahrnující ZrO2, AI2O3, HfOx, HfSiOx, ZrTiOx, TaOx a dále laminovanou vrstvu z oxidů ZrO2-Al2O3-ZrO2 (ZAZ), SrTiCE, BaTiCE, BaSrTiCE (BST) nebo PbZrTiCl·, (PZT). Centrální optický vlnovod zahrnuje vnitřní krystal 1 a vnitřní krystal 2, tvořící desky, jež z jedné a druhé strany přiléhají ke středovému dielektrickému materiálu, kterým prochází modulovaný optický signál. V příkladech provedení je uvedena jakožto první dopovaná oblast, jež přiléhá k centrální vlnovodné oblasti, vrstva Si s «-typem dopování. Současně jakožto druhá dopovaná oblast, jež z opačné strany přiléhá k centrální vlnovodné oblasti, vrstva Si s p-typem dopování. Konstrukce tohoto modulátoru používá k zajištění jeho funkčnosti poměrně složitou strukturu s dopovanými krystalickými materiály. Nevýhodou je složitá výroba s drahými speciálními krystalickými komponenty. Uvedený typ materiálu a konstrukce modulátoru pravděpodobně umožňuje výrobu miniaturních prvků a jejich zapojení do sestavy integrované optiky. TatoAnother electro-optical material is described in US 2018/0364501 A1, which is embedded in an electro-optical modulator. The modulator comprises an insulating layer; a central optical waveguide mounted on an insulating layer; a first region with a doping type facing the first side wall of the central optical waveguide; a second region having a p type of doping situated opposite to the first doped region and facing the second wall of the central optical waveguide; a thin dielectric layer extending through the central electro-optical element from its upper surface to its lower surface. The insulating layer is made of a material with a high dielectric constant, including ZrO 2 , Al 2 O 3, HfOx, HfSiOx, ZrTiOx, TaOx and a laminated layer of oxides ZrO 2 -Al 2 O 3 -ZrO 2 (ZAZ), SrTiCE, BaTiCE, BaSrTiCE (BST ) or PbZrTiCl · (PZT). The central optical waveguide comprises an inner crystal 1 and an inner crystal 2 forming plates which, on one side and the other, abut a central dielectric material through which the modulated optical signal passes. In the exemplary embodiments, the first doped region adjacent to the central waveguide region is the Si-doped layer. At the same time, as the second doped region, which on the other side adjoins the central waveguide region, the Si layer with the p-type doping. The design of this modulator uses a relatively complex structure with doped crystalline materials to ensure its functionality. The disadvantage is complex production with expensive special crystalline components. This type of material and modulator design is likely to allow the production of miniature elements and their integration into an integrated optics assembly. This

- 1 CZ 2018 - 746 A3 miniaturizace ve formě tenkých vrstev však neumožňuje modulaci světelného signálu o vyšší energii a bude tudíž méně vhodná pro volnosvazkovou optiku. Rovněž technologie výroby těchto materiálů je pravděpodobně náročná na přesné složení i čistotu komponent a rovněž na postup přípravy, aby se zajistila potřebná optimální krystalická struktura. Tyto nutné podmínky v kombinaci s poměrně složitou konstrukcí vlastního modulátoru povedou s vysokou pravděpodobností k vysokým nákladům na výrobu tohoto modulátoru.However, miniaturization in the form of thin films does not allow the modulation of a higher energy light signal and will therefore be less suitable for free-time optics. Also, the production technology of these materials is likely to be demanding in terms of the exact composition and purity of the components as well as the preparation process to ensure the necessary optimal crystalline structure. These necessary conditions combined with the relatively complex construction of the modulator itself will most likely lead to high production costs of the modulator.

Vhodný magneto-optický materiál pro elektromagnetické modulátory světlaje využíván méně ve srovnání s elektro-optickým materiálem. Avšak díky pokračujícímu výzkumu a vývoji nabývá použití těchto materiálů v modulátorech světla stále většího významu. Magneto-optický materiál je popsán např. v US 6392784 B1 o názvu Faradayův rotátor. Popsané zařízení využívá elektromagnetické pole působící na magneto-optický materiál pro dosažení rotace roviny polarizovaného světla. Toto zařízení zahrnuje řadu Faradayových magneto-optických prvků. Permanentní magnety vytvářejí magnetické pole, jež působí ve směru paralelním ke směru šíření optického signálu, a současně elektromagnet vytváří další magnetické pole působící ve směru kolmém ke směru šíření optického signálu. Faradayovy magneto-optické prvky jsou tvořeny krystaly, jejichž směr krystalové orientace je kolmý na směr šíření optického signálu. Směry přilehlých Faradayových krystalických elementů jsou vůči sobě navzájem opačné. Složení magneto-optického materiálu tvořícího krystalické Faradayovy prvky je uvedeno v 5. až 8. nároku patentu. V nároku 5 je složení těchto krystalů o vzorci (RBi)ůFcM)Oi2 nebo (RBi)Tc-Oi2. kde R je jeden nebo více prvku vybraných z prvků vzácných zemin, které mohou být nahrazeny železem. Tyto krystaly jsou získány technologií epitaxního růstu z kapalné fáze. V nároku 6 je složení krystalů Faradayových prvků uvedeno vzorcem Y3Fe50i2. Podle nároku 7 je možné tento Faradayův rotátor rovněž použít jako prvek tlumící intenzitu optického signálu v uspořádání podle nároku 8, kdy je polarizátor před vlastním Faradayovým rotátorem a analyzátor za tímto rotátorem. Popisovaný způsob uspořádání jednotlivých Faradayových prvků umožňuje kompenzaci teplotní závislosti magneticko-optického jevu u těchto krystalů a snižuje tak vliv teploty na funkčnost Faradayova rotátoru. Použití krystalických materiálů, u nichž se musí zachovávat krystalickou strukturou daný poměr chemických prvků, neumožňuje významnější modifikaci složení za účelem optimalizace jejich vlastností, např. za účelem získání jejich přesně vyladěné sestavy v tomto rotátoru. Tato poměrně komplikovaná konstrukce musí být, proto velmi přesně sestavena, což je zřejmě dosti technicky náročné a nákladné.A suitable magneto-optical material for electromagnetic light modulators is less utilized compared to the electro-optical material. However, due to ongoing research and development, the use of these materials in light modulators is becoming increasingly important. Magneto-optical material is described, for example, in US 6392784 B1 entitled Faraday Rotator. The disclosed apparatus utilizes an electromagnetic field acting on a magneto-optical material to achieve rotation of the plane of polarized light. This device comprises a number of Faraday magneto-optical elements. Permanent magnets produce a magnetic field that acts in a direction parallel to the direction of propagation of the optical signal, and at the same time the electromagnet generates another magnetic field acting in a direction perpendicular to the direction of propagation of the optical signal. Faraday magneto-optical elements consist of crystals whose direction of crystal orientation is perpendicular to the direction of propagation of the optical signal. The directions of adjacent Faraday crystalline elements are opposite to each other. The composition of the magneto-optical material constituting the crystalline Faraday elements is set forth in claims 5 to 8 of the patent. In claim 5, the composition of these crystals is of the formula (RBi) Tc-O12 or (RBi) Tc-O12. wherein R is one or more of the rare earth elements that may be replaced by iron. These crystals are obtained by liquid phase epitaxial growth technology. In claim 6, the crystal composition of Faraday elements is shown by the formula Y 3 Fe 50 12 . According to claim 7, the Faraday rotator can also be used as an optical signal attenuating element in the arrangement of claim 8, wherein the polarizer is upstream of the Faraday rotator and the analyzer downstream of the rotator. The described method of arrangement of individual Faraday elements enables to compensate the temperature dependence of the magneto-optical effect on these crystals and thus reduces the influence of temperature on the functionality of the Faraday rotator. The use of crystalline materials, which must maintain a given ratio of chemical elements to the crystalline structure, does not allow a significant modification of the composition in order to optimize their properties, for example to obtain their precisely tuned assembly in this rotator. This rather complicated construction has to be assembled very precisely, which is obviously quite technically demanding and expensive.

Další typ magneto-optického materiálu pro elektromagnetické modulátory světla je popsán např. v patentu US 2010/0142028 Al o názvu Magneto-optický optický modulátor. Zde popsané zařízení je využíváno pro modulaci optického světelného paprsku. Zařízení se skládá z podložky z neferomagnetického materiálu, na níž je tenký film tvořený feromagnetickým polovodivým materiálem. Konstrukce umožňuje, aby se alespoň část optického paprsku odrážela od této tenké vrstvy. Tato vrstva reaguje na vkládané proměnné magnetické pole tak, že mění polarizaci světelného paprsku, jež se od této vrstvy odráží. Chemické složení ferromagnetické polovodičové vrstvy je založeno na polovodiči typu (III, Mn)V, konkrétně InMnAs, případně AISbAs a rovněž další vrstvy mohou být tvořeny sloučeninami AISb, GaSb a GaAs. Uvedený magneto-optický modulátor umožňuje efektivní přenos informací zakódovaných přímo díky možné modulaci polarizace reflektovaného záření. Uvedená tenkovrstvá technologie umožňuje miniaturizaci pro zapojení do systému integrované optiky, kde se používají optické signály o nízkých energiích. Použité materiály na bázi arsenidů a antimonidů mají slabší vazby, a tudíž nižší chemickou stabilitu. Proto při modulaci optických signálů o vyšších energiích pro volnosvazkovou optiku by mohlo docházet k degradaci těchto materiálů vedoucím k nevratným změnám jejich magnetooptických vlastností.Another type of magneto-optical material for electromagnetic light modulators is described, for example, in US patent 2010/0142028 A1 entitled Magneto-optical optical modulator. The apparatus described herein is used to modulate an optical light beam. The apparatus consists of a substrate of non-ferromagnetic material on which is a thin film of ferromagnetic semiconducting material. The design allows at least a portion of the optical beam to reflect from this thin layer. This layer reacts to the inserted variable magnetic field by changing the polarization of the light beam that is reflected from this layer. The chemical composition of the ferromagnetic semiconductor layer is based on a (III, Mn) V type semiconductor, in particular InMnAs or AISbAs, and also other layers may consist of the compounds AISb, GaSb and GaAs. Said magneto-optical modulator allows efficient transmission of information encoded directly due to possible modulation of the reflected radiation polarization. Said thin film technology enables miniaturization for integration into an integrated optics system where low energy optical signals are used. The materials used based on arsenides and antimonides have weaker bonds and therefore lower chemical stability. Therefore, in the modulation of higher energy optical signals for free-time optics, these materials could degrade and lead to irreversible changes in their magneto-optical properties.

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Uvedené nevýhody odstraní nebo podstatně omezí modulátor světla volnosvazkové optiky, určený zejména pro infračervenou oblast, zahrnující optický prvek podle tohoto vynálezu, jehožThese disadvantages will be avoided or substantially reduced by the free-light optic light modulator, especially for the infrared region, comprising the optical element according to the invention, whose

-2CZ 2018 - 746 A3 podstata spočívá v tom, že optický prvek:-2GB 2018 - 746 A3 is that the optical element:

obsahuje blok skla ze sklotvomé soustavy PbO-BÍ2C>3-Ga2O s opticky aktivními nano a/nebo mikročásticemi, který poskytuje elektro-optické nebo magneto-optické vlastnosti, přičemž tyto opticky aktivní nano a/nebo mikročástice mají velikost 0,1 nm až 50 pm; má vstupní plochu a výstupní plochu, obě plochy jsou opticky vyleštěné a vyleštěné plochy jsou pokryty antireflexní vrstvou, přičemž vstupní plocha je dále opatřena optickým skelným vláknem (7); a je uložen v dielektrický izolačním skelném materiálu, který je vybraný ze skupiny skla na bázi alespoň jednoho z oxidů S1O2, B2O3, P2O5, V2O5, MoOs, WO3 a alkalických oxidů jako je L12O, Na20, K2O a Rb2O a oxidů dvojmocných oxidů jako je MgO, CaO, BaO a ZnO.comprising a glass block of a PbO-Bi2C> 3-Ga2O glass array with optically active nano and / or microparticles which provides electro-optical or magneto-optical properties, the optically active nano and / or microparticles having a size of 0.1 nm to 50 nm pm; having an entrance surface and an exit surface, both surfaces being optically polished and the polished surfaces being covered with an anti-reflective layer, the entrance surface being further provided with an optical glass fiber (7); and is embedded in a dielectric insulating glass material selected from the group of glass based on at least one of the oxides S1O2, B2O3, P2O5, V2O5, MoOs, WO3 and alkali oxides such as L12O, Na2O, K2O and Rb2O and divalent oxides such as MgO, CaO, BaO and ZnO.

Hlavní výhodou tohoto vynálezu je skelný stav optického prvku. Jeho strukturuje tudíž převážně amorfní a je možné měnit poměry mezi chemickými složkami tohoto materiálu v poměrně širokém rozmezí. Tato vlastnost skla umožňuje efektivní naladění a optimalizaci jeho chemického složení a vytvoření vhodného chemického okolí pro opticky aktivní nano a/nebo mikročástice. Tím se při působení elektrického nebo magnetického pole dosáhne vysokého elektro-optického nebo magneto-optického efektu, které jsou základem modulace polarizovaného světla v tomto modulátoru. Další předností je snadná výroba skla a jeho zpracování, jakož i sestavení modulátoru z poměrně menším počtem komponent. Modulátor je založen na skelných materiálech, které jsou levné, snadno vyrobitelné atvarovatelné. Navíc jejich vlastnosti, jako jsou především optické, elektrické, magnetické a mechanické vlastnosti, je možné snadno jemně nastavit a vzájemně optimalizovat chemickým složením a tepelnou historií během jejich výroby.The main advantage of the present invention is the glass state of the optical element. Its structure is therefore predominantly amorphous and it is possible to vary the ratios between the chemical components of this material within a relatively wide range. This property of glass enables efficient tuning and optimization of its chemical composition and creation of a suitable chemical environment for optically active nano and / or microparticles. This results in a high electro-optical or magneto-optical effect under the influence of an electric or magnetic field, which is the basis of the modulation of polarized light in this modulator. Another advantage is the easy production and processing of glass as well as the assembly of the modulator from a relatively small number of components. The modulator is based on glass materials that are cheap, easy to manufacture and deformable. Moreover, their properties, such as primarily optical, electrical, magnetic and mechanical properties, can be easily fine-tuned and mutually optimized by chemical composition and thermal history during their manufacture.

Zvolený dielektrický izolační skelný materiál, vybraný ze skupiny skel na bázi alespoň jednoho z oxidů S1O2, B2O3, P2O5, V2O5, MoOs a WO3 a alkalických oxidů jako je L12O, Na20, K2O a Rb2O a oxidů dvojmocných oxidů jako je MgO, CaO, BaO a ZnO, zajišťuje, že vhodnou kombinací těchto prvků je možné získat skelný materiál podložky/krytu s dobrými optickými, dielektrickými, mechanickými vlastnostmi umožňující efektivní funkci modulátoru.Selected dielectric insulating glass material selected from the group of glasses based on at least one of the oxides S1O2, B2O3, P2O5, V2O5, MoOs and WO3 and alkali oxides such as L12O, Na20, K2O and Rb2O and divalent oxides such as MgO, CaO, BaO and ZnO ensures that by a suitable combination of these elements it is possible to obtain a glass material of the pad / cover with good optical, dielectric, mechanical properties allowing efficient modulator operation.

Je výhodné, když opticky aktivní nano a/nebo mikročástice mají velikost 0,1 nm až 50 pm, s výhodou 0,5 nm až 100 nm. Optický prvek s opticky aktivními částicemi těchto velikostí dosahuje vysokého elektro-optického a/nebo magneto-optického efektu při dobré propustnosti v infračervené oblasti spektra.It is preferred that the optically active nano and / or microparticles have a size of 0.1 nm to 50 µm, preferably 0.5 nm to 100 nm. An optical element with optically active particles of these sizes achieves a high electro-optical and / or magneto-optical effect with good transmission in the infrared range of the spectrum.

Ve výhodném uskutečnění je optický prvek zhotoven ve tvaru podélného hranolu skla, s podélnými plochami, a to podélnou spodní plochou, protilehlou podélnou horní plochou, mezi nimiž jsou situované protilehlé podélné boční plochy. Podélné plochy vymezují protilehlé situované opticky vyleštěné vstupní/výstupní plochy. Hranol optického prvku může být zhotoven z elektro-optického nebo magneto-optického skla. Dielektrický izolační skelný materiál je tvořen spodní podložkou a horním krytem. Skelný stav optického prvku, podložky a krytu umožňuje jejich snadné a efektivní broušení, leštění a napojení na případné další optické prvky, jako např. vstupní skelné optické vlákno.In an advantageous embodiment, the optical element is formed in the form of a longitudinal prism of the glass, with longitudinal surfaces, namely a longitudinal lower surface, an opposed longitudinal upper surface, between which opposite longitudinal side surfaces are situated. The longitudinal surfaces delimit the opposed situated optically polished entry / exit surfaces. The prism of the optical element may be made of electro-optical or magneto-optical glass. The dielectric insulating glass material consists of a bottom pad and an upper cover. The glass state of the optical element, the substrate and the cover allows for easy and efficient grinding, polishing and connection to any other optical elements, such as inlet glass fiber.

Je výhodné, když vstupní a výstupní plocha jsou opatřeny antireflexní vrstvou. Tím se dosáhne snížení optických ztrát na optickém vstupu a výstupu modulátoru.Preferably, the inlet and outlet surfaces are provided with an antireflective layer. This reduces the optical loss at the optical input and output of the modulator.

S výhodou je vstupní plocha optického prvku opatřena optickým skelným vláknem, což umožňuje použití vstupních vláknových laserových zdrojů a miniaturizaci modulátoru.Preferably, the input surface of the optical element is provided with an optical glass fiber, which allows the use of fiber input laser sources and miniaturization of the modulator.

Pro vytvoření elektro-optického modulátoru je výhodné, když je optický prvek na svých protilehlých bočních stěnách připojen na podélně situované elektrody s přívody. Elektrody jsou s výhodou plošné.In order to form an electro-optical modulator, it is advantageous for the optical element to be connected to longitudinally located lead electrodes on its opposing side walls. The electrodes are preferably planar.

Pro vytvoření magneto-optického modulátoru je výhodné, když je optický prvek vložen do elektromagnetu s cívkou a vinutím cívky elektromagnetu, přičemž na vinutí cívkyIn order to form a magneto-optical modulator, it is advantageous if the optical element is inserted into the electromagnet with the coil and the coil winding of the electromagnet, while on the coil winding

-3 CZ 2018 - 746 A3 elektromagnetu jsou připojeny přívody ke zdroji střídavého elektrického napětí.A3 of the electromagnet are connected to the AC power supply.

Je rovněž výhodné, když sklo nesoucí opticky aktivní nano a/nebo mikročástice je nízkotavitelné, s výhodou na bázi olovnato-bismutitého skla. Sklo se snadno taví a tepelně i mechanicky zpracovává, tj. řeže, brousí a leští. Rovněž vytváří příznivé prostředí pro elektro-opticky a magneto-opticky aktivní nano a/nebo mikročástice, a tím zesiluje jejich elektro-optický či magneto-optický efekt v elektrickém či magnetickém poli. Tato skla mají rovněž vysokou propustnost v infračervené oblasti spektra.It is also preferred that the glass carrying the optically active nano and / or microparticles is low-melting, preferably based on lead-bismuth glass. Glass is easy to melt and heat and mechanically process, ie cuts, grinds and polishes. It also creates a favorable environment for the electro-optically and magneto-optically active nano and / or microparticles, thereby enhancing their electro-optical or magneto-optical effect in the electric or magnetic field. These glasses also have high transmittance in the infrared range of the spectrum.

Opticky aktivní nano a/nebo mikročástice mohou být elektro-opticky aktivní nebo magnetooptický aktivní. Jejich dané chemické složení, jejich velikost a uložení v obklopující optimální skelné matrici zajišťuje jejich vysokou optickou aktivitu v elektrickém a/nebo magnetickém poli.Optically active nano and / or microparticles may be electro-optically active or magneto-optically active. Their given chemical composition, their size and placement in the surrounding optimal glass matrix ensures their high optical activity in the electric and / or magnetic field.

Pro elektro-optický modulátor jsou opticky aktivní nano a/nebo mikročástice elektro-optický aktivní. Elektro-optický aktivní nano a/nebo mikročástice jsou kovové a obsahují alespoň jeden kov ze skupiny zahrnující Ag, Au, Pt a Cu ve formě krystalických a/nebo částečně krystalických nano a/nebo mikročástic kovu. Pro uvedené chemické složení se dosáhne vysokého elektrooptického účinku ve střídavém elektrickém poli, což je příznivé pro konstrukci modulátoru s rychlou odezvou v infračerveném spektru.For the electro-optical modulator, the optically active nano and / or microparticles are electro-optical. The electro-optically active nano and / or microparticles are metal and comprise at least one metal selected from the group consisting of Ag, Au, Pt and Cu in the form of crystalline and / or partially crystalline nano and / or metal microparticles. Because of this chemical composition, a high electro-optical effect in the alternating electric field is achieved, which is favorable for the construction of a fast-response modulator in the infrared spectrum.

Pro magneto-optický modulátor jsou opticky aktivní nano a/nebo mikročástice magneto-opticky aktivní. Magneto-opticky aktivní nano a/nebo mikročástice jsou krystalické a/nebo částečně krystalické ze skupiny oxidů/oxidických sloučenin kovů, zahrnující magnetit Fc^Ch a/nebo trevorit NiFe2C>4, a/nebo nikelnato-kobatnatý ferrit (NiCo)Fe2C>4, a/nebo gama-hematit Fe2C>3. Pro uvedené chemické složení se u těchto nano a/nebo mikročástic dosáhne vysokého magnetooptického účinku ve střídavém magnetickém poli, což je příznivé pro konstrukci modulátoru s velmi rychlou odezvou v infračerveném spektru.For the magneto-optical modulator, the nano and / or microparticles are optically active. The magneto-optically active nano and / or microparticles are crystalline and / or partially crystalline from the group of metal oxides / oxides, including magnetite Fc? Ch and / or trevorite NiFe2C> 4, and / or nickel-cobalt ferrite (NiCo) Fe2C> 4 , and / or gamma-hematite Fe 2 C 3. Because of this chemical composition, these nano and / or microparticles achieve a high magneto-optical effect in an alternating magnetic field, which is favorable for the construction of a modulator with a very fast response in the infrared spectrum.

Dále, optický prvek dále může obsahovat nejméně jeden oxid lanthanoidů ze skupiny, zahrnující oxid praseodymitý Pr2O,. a/nebo oxid dysprositý Dy2O, a/nebo oxid terbitý Tb2C>3. Přítomností těchto oxidů ve skelném magneto-opticky aktivním optickém prvku se zvýší jeho magnetooptický efekt, což je příznivé pro konstrukci modulátoru s velmi rychlou odezvou a nízkým útlumem v infračerveném spektru.Further, the optical element may further comprise at least one lanthanide oxide selected from the group consisting of praseodymium oxide Pr 2 O 2 . and / or Dy 2 O dyspropium oxide, and / or Tb 2 CO 3. The presence of these oxides in the glassy magneto-optically active optical element increases its magneto-optical effect, which is favorable for the construction of a modulator with very fast response and low attenuation in the infrared spectrum.

Objasnění výkresůClarification of drawings

Vynález je dále podrobně popsán na příkladných provedení, blíže osvětlených na připojených výkresech, z nichž znázorňuje obr. 1 axonometrický pohled na elektro-optický modulátor, obr. 2 axonometrický pohled na elektro-optický modulátor se skelným optickým vláknem na vstupu, obr. 3 řez A-A z obr. 1 nebo 2, obr. 4 podélný řez magneto-optickým modulátorem a obr. 5 podélný řez magneto-optickým modulátorem s optickým skelným vláknem na vstupu.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is an axonometric view of an electro-optical modulator; FIG. 2 is an axonometric view of an electro-optical modulator with a fiber optic inlet; AA of FIGS. 1 or 2, FIG. 4 is a longitudinal section of a magneto-optical modulator and FIG. 5 is a longitudinal section of a magneto-optical modulator with an optical glass fiber at the inlet.

Příklady uskutečnění vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Modulátor světla pro volnosvazkovou optiku, určený zejména pro infračervenou oblast jeThe light modulator for free-time optics, intended especially for the infrared region is

-4CZ 2018 - 746 A3 podrobně popsán v následujících neomezujících provedeních a je označen vztahovou značkou E0M1 pro elektro-optický modulátor, E0M2 pro elektro-optický modulátor se skelným optickým vláknem 7, M0M1 pro magneto-optický modulátor a M0M2 pro magneto-optický modulátor se skelným vláknem 7.-4GB 2018 - 746 A3 is described in detail in the following non-limiting embodiments, and is designated E0M1 for an electro-optical modulator, E0M2 for an electro-optical modulator with glass fiber optic 7, M0M1 for a magneto-optical modulator and M0M2 for a magneto-optical modulator with glass fiber 7.

Podstatnou částí modulátorů E0M1. E0M2, M0M1. M0M2 je optický prvek 1 se vstupní plochou 2 a výstupní plochou 3. Optický prvek 1 je v příkladném provedení ve tvaru podélného hranolu s podélnou spodní plochou la, protilehlou podélnou horní plochou 1b a podélnými protilehle situovanými bočními stěnami 1c a Id. Podélné plochy la, 1b, 1c, Id vymezují kratší vstupní plochu 2 a protilehlou kratší výstupní plochu 3. Vstupní plocha 2 a výstupní plocha 3 jsou s výhodou opticky vyleštěné a mohou být opatřeny antireflexní vrstvou. Optický prvek může být vyroben z elektro-optického nebo magneto-optického skla.An essential part of E0M1 modulators. E0M2, M0M1 M0M2 is an optical element 1 with an inlet surface 2 and an outlet surface 3. In an exemplary embodiment, the optical element 1 is in the form of a longitudinal prism with a longitudinal lower surface 1a, an opposite longitudinal upper surface 1b and longitudinally opposed side walls 1c and 1d. The longitudinal surfaces 1a, 1b, 1c, 1d define a shorter inlet surface 2 and an opposed shorter outlet surface 3. The inlet surface 2 and the outlet surface 3 are preferably optically polished and may be provided with an antireflective layer. The optical element may be made of electro-optical or magneto-optical glass.

Optický prvek j_, respektive jeho podélné plochy la, lb. lc. Id. jsou uloženy v izolačním dielektrickém skle. V konkrétních příkladných provedeních je hranol optického prvku 1 uložen ve spodní podložce 5 izolačního dielektrického skla a horním krytu 6 izolačního dielektrického skla.The optical element 1 and its longitudinal surface 1a, 1b, respectively. lc. Id. they are housed in insulating dielectric glass. In particular exemplary embodiments, the prism of the optical element 1 is embedded in the insulating dielectric glass lower substrate 5 and the insulating dielectric glass upper housing 6.

Na optický prvek 1 jsou připojeny na protilehlých podélných bočních stěnách lc, Id podélné elektrody 8 s přívody 4 pro vytvoření elektro-optického prvku E0M1. E0M2. V příkladném provedení jsou tyto elektrody 8 plošné.Connected to the optical element 1 on the opposite longitudinal side walls 1c, 1d of the longitudinal electrode 8 with leads 4 to form the electro-optical element E0M1. E0M2. In an exemplary embodiment, these electrodes 8 are planar.

Na vstupní plochu 2 modulátorů může být připojeno optické skelné vlákno 7, které potom vytváří elektro-optický modulátor E0M2 nebo magneto-optický modulátor M0M2.An optical glass fiber 7 can be connected to the input surface 2 of the modulators, which then forms an electro-optical modulator E0M2 or a magneto-optical modulator M0M2.

Optický prvek 1 může být vložen do elektromagnetu s cívkou 10 a vinutím 11 cívky elektromagnetu, a takto je vytvořen magneticko-optický modulátor M0M1 nebo M0M2 s optickým skelným vláknem 7 na jeho vstupu 2. Na vinutí 11 cívky 10 elektromagnetu jsou připojeny přívody 9 k neznázoměnému zdroji střídavého elektrického napětí.The optical element 1 may be inserted into an electromagnet with a coil 10 and a coil winding 11, and thus a magneto-optical modulator M0M1 or M0M2 with an optical glass fiber 7 is formed at its input 2. The coils 11 to the not shown are connected to the coil winding 11. AC power sources.

Pro dielektrický izolační skelný materiál je vhodné sklo na bázi alespoň jednoho z oxidů SiO2, B2O3, P2O5 V2O5, MoO3 a WO3 a alkalických oxidů jako je Li2O, Na20, K2O a Rb2O a oxidů dvojmocných oxidů jako je MgO, CaO, BaO aZnO.For dielectric insulating glass material, glass based on at least one of SiO 2 , B 2 O 3 , P 2 O 5 V 2 O 5 , MoO 3 and WO 3 and alkali oxides such as Li 2 O, Na 2 O, K 2 is suitable O and Rb 2 O and oxides of divalent oxides such as MgO, CaO, BaO aZnO.

Jakožto sklo s elektro-optickými vlastnostmi je vhodné a bylo úspěšně odzkoušeno sklo podle dokumentu CZ 307135 týchž přihlašovatelů i původců.As glass with electro-optical properties, it is suitable and successfully tested glass according to the document CZ 307135 of the same applicants and producers.

Jakožto sklo s magneto-optickými vlastnostmi je vhodné a bylo úspěšně odzkoušeno sklo podle dokumentu CZ 307 666 týchž přihlašovatelů i původců.As glass with magneto-optical properties, it is suitable and successfully tested glass according to the document CZ 307 666 of the same applicants and producers.

Příklad 1Example 1

Elektro-optický modulátor E0M1, E0M2 (Obr. 1,2,3) 'Electro-optical modulator E0M1, E0M2 (Fig. 1,2,3) '

1.1 Konstrukce optického prvku 1Design of the optical element

Pro konstrukci volnosvazkového transversálního elektro-optického modulátoru jsou využity méně ekonomicky nákladné komponenty. Pro elektro-optický aktivní prvek je použito optimalizované sklo EOS soustavy PbO-Bi2O3-Ga2O3 s nanočásticemi Ag°, jehož složení je uvedeno v tab. I.Less costly components are used to design a free-range transverse electro-optical modulator. For electro-optic active element is used optimized EOS glass system PbO-Bi 2 O3-Ga 2 O3 with nanoparticles Ag °, whose composition is shown in Tab. AND.

Po tavbě a odlití do kovové formy byly získané bloky skla tepelně zpracovány za účelem řízeného vytvoření požadovaných nanočástic kovu Ag°. Poté byly tyto bloky mechanicky upraveny do hranolů pro optický prvek 1, na jehož boční stěny lc, Id byly naprášeny TiAfter melting and casting into the metal mold, the obtained glass blocks were heat treated to control the formation of the desired Ag0 metal nanoparticles. Then these blocks were mechanically modified into prisms for the optical element 1, on whose side walls 1c, 1d were sputtered with Ti

-5 CZ 2018 - 746 A3 elektrody 8, a pak byly vsazeny do izolačního dielektrického skla, a to podložky 5 a shora uzavřeny krytem 6 tvořícími konstrukci modulátorů E0M1, E0M2. Skelný optický prvek ]_ byl vytvořen tak, že skelný hranol byl nařezán drátořezem a zbroušen do tvaru podélného hranolu nej častěji o délce 25 mm, šířce 9 mm a výšce 13 mm. Cela a podélné boční strany hranolu byly planparalelně zbroušeny a vyleštěny do optické kvality. Příprava optického povrchu vzorků pro vytvoření optického prvku 1 broušením a leštěním probíhala na hladinové brusce Montasupal. Jako brusný a leštící materiál byly používány suspenze volných částic oxidu hlinitého - korundu a oxidu ceričitého v destilované vodě. K hrubšímu broušení vzorku pro rychlejší dosažení požadované tloušťky bylo použito korundové brusivo Polpur, zrnitosti F800 a pro leštění povrchu do optické kvality pak oxid ceričitý, pod obchodním názvem Tecepol KF250, s průměrem zrn D50 (1 až 2 pm). Broušení probíhalo na litinových kotoučích a suspenze brusivá byla přikapávána během broušení ze zásobní lahve. Pro leštění suspenzí ceroxu byly použity měkké kotouče pod obchodní značkou Polpur AB, s vrstvou z jemného, vláknitého nosiče, impregnovaného termoplastickou polyuretanovou pryskyřicí. Taktéž leštivo bylo přikapáváno kontinuálně během celého leštícího procesu. Jelikož je kvalita povrchu vyleštěného skla důležitá kvůli eliminaci nežádoucího rozptylu optického záření na nerovnostech povrchu, byl celý postup leštění navržen pro obě zařízení na základě kontroly povrchu elektronovým mikroskopem SEM.The electrodes 8 were then inserted into the insulating dielectric glass, the washers 5 and closed from above by the cover 6 constituting the structure of the modulators E0M1, E0M2. The glass optical element 10 was formed in such a way that the glass prism was cut with a wire cutter and ground to a longitudinal prism, most often with a length of 25 mm, a width of 9 mm and a height of 13 mm. The cell and the longitudinal sides of the prism were ground in parallel and polished to optical quality. The preparation of the optical surface of the samples to form the optical element 1 by grinding and polishing took place on a surface grinder Montasupal. Suspensions of free particles of alumina - corundum and cerium oxide in distilled water were used as abrasive and polishing material. Corundum abrasive F800, grain size F800 was used for coarser sample grinding to achieve the desired thickness faster, and cerium oxide, under the trade name Tecepol KF250, with a grain diameter D50 (1-2 µm), was used for polishing the surface to optical quality. Grinding was performed on cast iron wheels and the abrasive suspension was added dropwise from the stock bottle. For polishing the ceroxide suspensions, soft discs under the trademark Polpur AB were used, with a layer of fine, fibrous support impregnated with a thermoplastic polyurethane resin. Also, the polishing agent was added dropwise continuously throughout the polishing process. Since the surface quality of the polished glass is important in order to eliminate unwanted scattering of optical radiation on surface irregularities, the entire polishing process has been designed for both devices based on SEM electron microscope surface inspection.

1.2 Vytvoření elektrod 81.2 Creating Electrodes 8

Po celé ploše delších bočních stran lc. Id optického prvku 1 byly napařeny titanové elektrody 8 o přibližné tloušťce 200 nm. Pro naparování byla použita technika EBPVD (Electron Beam Plasma Vapour Deposition). Proces naparování probíhal v napařovací komoře Balzers BAK600 a vlastní depozice vrstvy byla kontrolována zařízením INFICON SQC-310. Během naparování bylo v komoře vakuum 1,5· 10-6 mBar a rychlost naparování Ti vrstvy elektrod 8 byla 5Á s_1.Over the entire area of the long sides 1c. The id of the optical element 1 was vaporized by titanium electrodes 8 with an approximate thickness of 200 nm. Electron Beam Plasma Vapor Deposition (EBPVD) technique was used for steaming. The steaming process took place in the Balzers BAK600 steam chamber and the actual deposition of the layer was controlled by the INFICON SQC-310. During the vapor deposition vacuum chamber was 1.5 · 10 -6 mBar and deposition rate of the Ti electrode 8 was 5a with _1.

1.3. Konstrukce elektro-optického modulátoru E0M1, E0M21.3. Design of electro-optical modulator E0M1, E0M2

Modulátor E0M1, E0M2 byl zhotoven v plastové konstrukční krabičce z ABS plastu, o délce 50 mm, šířce 35 mm a výšce 20 mm. Optický prvek j. vybroušený blok skla s elektro-optickými vlastnostmi byl připevněn na jejím dně. Na dvě delší protilehlé stěny optického prvku 1 byly k napařené Ti vrstvě elektrod 8 vodivě kontaktovány přívody 4, které byly spojeny s pozlacenými SMA konektory na delších protilehlých bocích plastové krabičky. Tyto konektory slouží k připojení pólů modulovacího napětí, přiváděného z vysokonapěťového zdroje koaxiálními kabely RG58 s průměrem 5 mm a impedancí 50 Ω.Modulator E0M1, E0M2 was made in plastic construction box made of ABS plastic, length 50 mm, width 35 mm and height 20 mm. An optical element, a ground glass block with electro-optical properties, was attached to the bottom thereof. On the two longer opposite walls of the optical element 1, the leads 4 were conductively contacted to the steamed Ti layer of the electrodes 8, which were connected to the gold-plated SMA connectors on the longer opposite sides of the plastic box. These connectors are used to connect the poles of the modulation voltage supplied from a high-voltage power supply by 5 mm diameter RG58 coaxial cables with a 50 im impedance.

V konstrukci modulátoru E0M1 byly v průsečíku podélné osy hranolu s kratšími stranami plastové krabičky vyvrtány otvory pro vstupní plochu 2 a výstupní plochu 3 volného svazku laserového záření, které je při průchodu skleněným hranolem optického prvku 1 modulováno.In the construction of the E0M1 modulator, holes for the input surface 2 and the output surface 3 of the free laser beam were drilled at the intersection of the longitudinal axis of the prism with the shorter sides of the plastic box, which are modulated when passing through the glass prism of the optical element 1.

V konstrukci modulátoru E0M2 byly taktéž v průsečíku podélné osy hranolu s kratšími stranami plastové krabičky vyvrtány otvory pro vstupní plochu 2 a výstupní plochu 3 volného svazku laserového záření, a na vstupní plochu 2 bylo přilepeno skelné optické vlákno 7, a to pomocí vláknového pole (V-drážky) na vstupní plochu 2 optického prvku 1.In the construction of the E0M2 modulator, holes for the inlet surface 2 and the outlet surface 3 of the free laser beam were also drilled at the intersection of the longitudinal axis of the prism with the shorter sides of the plastic box, and glass fiber optic 7 was glued to the inlet surface 2 using a fiber field. grooves) on the entrance surface 2 of the optical element 1.

Jako vhodné optické skelné vlákno 7 bylo, vzhledem k požadavku zachování polarizace optického záření, zvoleno vlákno Nufem PM1950, pro vlnovou délku kolem 2000 nm, a Nufem PM460 pro oblast 650 nm.Nufem PM1950, for a wavelength of about 2000 nm, and Nufem PM460 for the 650 nm region were chosen as suitable optical glass fiber 7 in view of the requirement to maintain polarization of optical radiation.

Podrobněji:In more detail:

Optické skelné vlákno 7, typu Nufem PM460, je propustné pro infračervenou oblast světla v rozmezí 1850 až 2200 nm a je zhotovené na bázi S1O2 dopovaného GeO2. Konkrétní vlnová délka se nastaví vhodným zdrojem, což je činnost známá pro běžného odborníka v oboru.Optical glass fiber 7, of the Nufem PM460 type, is transmissive to the infrared region of light in the range of 1850 to 2200 nm and is made on the basis of S1O2 doped with GeO2. The specific wavelength is set by a suitable source, an activity known to one of ordinary skill in the art.

-6CZ 2018 - 746 A3-6GB 2018 - 746 A3

Optické skelné vlákno 7, typu Nufem PM1950, je též zhotoveno z materiálu na bázi S1O2 dopovaného GeO2 a je propustné pro viditelnou oblast světla v rozmezí 460 až 700 nm. Vhodným zdrojem a pro průměrného odborníka v oboru běžným postupem se nastaví konkrétní vlnová délka skelného vlákna 7.Optical glass fiber 7, of the Nufem PM1950 type, is also made of a S1O2-based material doped with GeO2 and is transparent to the visible light range in the range of 460 to 700 nm. The appropriate wavelength of the glass fiber 7 is set by a suitable source and routine to one of ordinary skill in the art.

1.4 Složení skla EPS pro elektro-optický modulátor E0M1, E0M2 a jeho parametry1.4 EPS glass composition for electro-optical modulator E0M1, E0M2 and its parameters

Tabulka ITable I

Složky skla Glass components Příklad 1 [% hmotn.] Example 1 [wt%] PbO PbO 60,2 60.2 BÍ2O3 BI2O3 38,7 38.7 Ag Ag 0,6 0.6 Au Ouch 0,0 0.0 Pt Pt 0,0 0.0 Cu Cu 0,0 0.0 Sb2C>3 + Sb20s Sb2C> 3 + Sb20s 0,5 0.5 AS2O3 + AS2O5 AS2O3 + AS2O5 0,0 0.0 SiO2 SiO 2 0,0 0.0 Suma Sum 100,0 100.0 Teplota tavení tm [°C]Melting point t m [° C] 980 980 Teplota tepelného zpracování [°C] Heat treatment temperature [° C] 340 340 Doba tepelného zpracování [min] Heat treatment time [min] 10 10 Stabilita vůči devitrifikaci Stability against devitrification stabilní stable Střední velikost r nanočástic [nm] Mean nanoparticle size [nm] 23 23 Elektro-optický koeficient b [m· V-2]Electro-optical coefficient b [m · V -2 ] 2,3.10-11 2,3.10- 11 Propustnost T [ % ] pro vlnovou délku 2100 nm, tloušťku skla 1 cm Transmittance T [%] for wavelength 2100 nm, glass thickness 1 cm 73 73 Index lomu n při vlnové délce 1311 nm Refractive index n at 1311 nm 2,39 2.39 Hodnocení Evaluation výborné Great

Optické skelné vlákno 7 bylo ukončeno FC/APC konektorem pro připojení pigtailovaného laserového zdroje. Výstupní plocha 3 optického prvku 1 je pak opět volnosvazková. Pro eliminaci odrazů na rozhraní jednotlivých optických prostředí je vláknové pole a optický prvek 1 slepen pod vzájemným úhlem 8°. Zarovnání je nutné provádět na optických stolcích s 15 piezoelektrickým ovládáním, aby byly zajištěny co nejnižší vstupní ztráty.Optical glass fiber 7 was terminated with an FC / APC connector to connect a pigtail laser source. The output surface 3 of the optical element 1 is then free-again. In order to eliminate reflections at the interface of the individual optical environments, the fiber field and the optical element 1 are glued at an angle of 8 ° to each other. Alignment must be carried out on 15-piezo optic tables to ensure the lowest possible input losses.

1.5 Testování elektro-optického modulátoru E0M1, E0M21.5 Testing of electro-optical modulator E0M1, E0M2

Pro testování funkčních vzorků modulátorů E0M1. E0M2 byla vytvořena měřicí sestavaFor testing functional samples of E0M1 modulators. E0M2 created measuring assembly

-7CZ 2018 - 746 A3 založená na měření transmitance polarizovaného světla. Při testování funkčních vzorků volnosvazkových modulátorů E0M1, E0M2 byl elektrický signál na elektrodách 8 modulován obdélníkovými stejnosměrnými napěťovými pulzy v rozpětí 0 až maximálně 27 kV ve frekvenčním rozsahu 1 Hz až 100 MHz pomocí generátoru vlnových funkcí Rigol. Účinkem vkládaného elektrického napětí docházelo ke změně indexu lomu skla optického prvku 1, a tím se při vzájemném natočení polarizátoru a analyzátoru měnila transmitance optické soustavy. Při modulaci vloženého elektrického napětí tak v modulátoru E0M1. E0M2 docházelo k modulaci intenzity výstupního volnosvazkového optického signálu. Výsledky měření elektrické modulace a optického výstupu pomocí osciloskopu Rigol byly ukládány do počítače a následně zpracovány. Analýzou naměřených spekter odezvy optického signálu modulátoru zaznamenaných osciloskopem byly určeny doby odezvy optického signálu zkonstruovaných modulátorů EOMI. E0M2.-7GB 2018 - 746 A3 based on polarity light transmittance measurement. When testing functional samples of the E0M1, E0M2 free-range modulators, the electrical signal on the electrodes 8 was modulated by rectangular DC voltage pulses ranging from 0 to a maximum of 27 kV in the frequency range 1 Hz to 100 MHz using the Rigol wave function generator. As a result of the applied electrical voltage, the refractive index of the glass of the optical element 1 changed and thus the transmittance of the optical system changed when the polarizer and the analyzer were rotated relative to each other. When modulating the applied voltage in the modulator E0M1. E0M2 modulated the intensity of the output free-time optical signal. The results of measurement of electrical modulation and optical output using the Rigol oscilloscope were saved to a computer and subsequently processed. By analyzing the measured response spectra of the modulator optical signal recorded by the oscilloscope, the response times of the optical signal of the constructed EOMI modulators were determined. E0M2.

Zkonstruované modulátory E0M1. E0M2 s optimalizovaným sklem ze soustavy PbO-EUO,Ga2C>3 s nanočásticemi Ag° o střední velikosti částic 23 nm vykazovaly doby odezvy uvedené v Tabulce II. Doby odezvy byly výrazně kratší než Ips. Optimalizované sklo EOS mělo dostatečně vysoký elektro-optický koeficient a ukázalo se jako vhodné pro konstrukci funkčního vzorku volnosvazkového elektro-optického modulátoru E0M1, E0M2 pro vlnovou délku 2100 nm s rychlou odezvou pod 1 ps.Engineered E0M1 modulators. E0M2 with optimized glass from the PbO-EUO system, Ga2C> 3 with Ag ° nanoparticles with a mean particle size of 23 nm exhibited response times shown in Table II. Response times were significantly shorter than Ips. The optimized EOS glass had a sufficiently high electro-optical coefficient and proved to be suitable for the construction of a functional sample of the free-range electro-optical modulator E0M1, E0M2 for a wavelength of 2100 nm with a fast response below 1 ps.

1.6 Parametry elektro-optického modulátoru E0M1, E0M21.6 Parameters of electro-optical modulator E0M1, E0M2

Zvolená technologie výroby byla ověřována a vyrobené modulátory E0M1. E0M2 splňovaly požadované vlastnosti. Předností modulátorů je dobrá cenová dostupnost jeho komponent a jeho nenáročná konstrukce. Vlastní elektro-optické sklo optického prvku 1 obsahuje ekonomicky výhodné komponenty a jeho výroba, tvarování a následné zpracování není nákladné.The chosen production technology was verified and produced by modulators E0M1. E0M2 met the required properties. The advantage of modulators is the good affordability of its components and its undemanding design. The electro-optical glass of the optical element 1 contains economically advantageous components and its production, shaping and subsequent processing is not expensive.

Tabulka IITable II

Modulátor Modulator Doba odezvy τ [ns] Response time τ [ns] Útlum pro vlnovou délku 2100 nm [dB-cm1]Attenuation for 2100 nm [dB-cm 1 ] E0M1 E0M1 30 30 1,4 1.4 E0M2 E0M2 32 32 0,9 0.9

Příklad 2Example 2

Magneto-optický modulátor M0M1, M0M2 (Obr. 4, 5)Magneto-optical modulator M0M1, M0M2 (Fig. 4, 5)

2.1 Konstrukce optického prvku 1Design of the optical element

Pro konstrukci volnosvazkového longitudinálního magneto-optického modulátoru M0M1. M0M2 jsou využity méně ekonomicky nákladné komponenty. Pro magneto-optický aktivní prvek j. bylo použito optimalizované sklo MOS soustavy PbO-BÍ2O3-Ga2C>3 s magnetickými nanočásticemi spinelu s oxidy FeO, Fe2C>3 a oxidem terbitým TbiO,. jehož složení je uvedeno v Tabulce III. Příprava tohoto optického prvku 1 probíhala stejným postupem jako v příkladu 1.For the construction of the free-length longitudinal magneto-optical modulator M0M1. M0M2 uses less costly components. For the magneto-optically active element, the optimized MOS glass of the PbO-Bi2O3-Ga2C3 system with magnetic spinel nanoparticles with FeO, Fe2C3 and terbium trioxide TbiO2 was used. the composition of which is given in Table III. The preparation of this optical element 1 was carried out in the same manner as in Example 1.

2.1 Konstrukce magneto-optického modulátoru M0M1, M0M22.1 Design of magneto-optical modulator M0M1, M0M2

Modulátor M0M1, M0M2 byl zkonstruován v hliníkové krabičce, která se vyrábí jako tlakový odlitek hliníkové slitiny, a je složená ze dvou částí (základna a víko). Víko krabičky má montážní otvory pro její připevnění. Obě části krabičky se sešroubují. Krabička má délku 50 mm, šířku 35 mm a výšku 20 mm. Do podélného otvoru cívky 10 solenoidu byl vložen vybroušený blok skla s magneto-optickými vlastnostmi o délce 20 mm, šířce 1,4 mm a výšce 1 mm. Vlastní blokThe modulator M0M1, M0M2 was constructed in an aluminum box, which is produced as a die-cast aluminum alloy, and is composed of two parts (base and lid). The box lid has mounting holes for attaching it. Both parts of the box are screwed together. The box is 50 mm long, 35 mm wide and 20 mm high. A ground glass block having magneto-optical properties of 20 mm long, 1.4 mm wide and 1 mm high was inserted into the longitudinal opening of the solenoid coil 10. Custom block

- 8 CZ 2018 - 746 A3 magneto-optického skla je v dutině solenoidu fixován podpůrným lůžkem. Modulovací napětí je na vinutí 11 cívky 10 solenoidu přiváděno dvěma přívody 9 (přívodními dráty) vyvedenými ke zdroji napětí přes delší stěnu krabičky.A3 magneto-optical glass is fixed in the solenoid cavity by a support bed. The modulating voltage is applied to the winding 11 of the solenoid coil 10 by two leads 9 (lead wires) lead to a voltage source through the longer wall of the box.

Pro modulátor M0M1 jsou v průsečíku podélné osy bloku skla v solenoidu s kratšími stranami krabičky vyvrtány otvory pro vstupní plochu 2 a výstupní plochu 3 volného svazku laserového záření, které je při průchodu skleněným blokem modulováno magnetickým polem.For the M0M1 modulator, at the intersection of the longitudinal axis of the glass block in the solenoid with the shorter sides of the box, holes are drilled for the input surface 2 and the output surface 3 of the free laser beam, which is modulated by magnetic field when passing through the glass block.

Pro modulátor M0M2 jsou rovněž v průsečíku podélné osy bloku skla v solenoidu s kratšími stranami krabičky vyvrtány otvory pro vstup a výstup svazku laserového záření. U tohoto vzorku je v tomto případě otvory pro vstupní plochu 2 a výstupní plochu 3 volného svazku laserového záření řešeno přilepením skelného optického vlákna 7 pomocí vláknového pole (V-drážky) na vstupní plochu 2 optického prvku 1 z aktivního magneto-optického skla. Vzhledem k požadavku zachování polarizace optického záření, bylo jako vhodné zvoleno skelné optické vlákno 7 Nufem PM1950, pro vlnovou délku kolem 2000 nm. Pro snadné zapojení do optického systému je vlákno zakončeno FC/APC konektorem pro připojení pigtailovaného laserového zdroje.For the M0M2 modulator, the laser beam inlet and outlet holes are also drilled at the intersection of the longitudinal axis of the glass block in the solenoid with the shorter sides of the box. In this case, in this case, the openings for the inlet surface 2 and the outlet surface 3 of the free laser beam are solved by gluing the glass fiber 7 by means of a fiber field (V-groove) to the inlet surface 2 of the active magneto-optical optical element 1. Due to the requirement to maintain the polarization of the optical radiation, 7 Nufem PM1950 glass fiber was chosen as suitable for a wavelength of about 2000 nm. For easy wiring to the optical system, the fiber is terminated with an FC / APC connector for connecting a pigtail laser source.

2.3 Složení skla MOS pro magneto-optický modulátor M0M1, M0M2 a jeho parametry2.3 MOS glass composition for magneto-optical modulator M0M1, M0M2 and its parameters

Tabulka IIITable III

Složky skla Glass components Příklad 2 [%hmotn.] Example 2 [wt%] PbO PbO 35,7 35.7 BÍ2O3 BI2O3 46,2 46.2 Ga2Os Ga2Os 6,7 6.7 TeO2 TeO 2 - - Ta2O5 Ta 2 O 5 - - FeO+Fe2O3 FeO + Fe2O3 9,0 9.0 NiO NiO - - Tb2O3 Tb 2 O 3 2,4 2.4 ΡΓ2θ3 ΡΓ2θ3 - - Dy2O3 Dy 2 O 3 - - CoO CoO - - Suma Sum 100,0 100.0 Teplota tavení tm [°C]Melting point t m [° C] 1025 1025 Teplota tepelného zpracování [°C] Heat treatment temperature [° C] 490 490 Doba tepelného zpracování [min] Heat treatment time [min] 40 40 Stabilita vůči devitrifikaci Stability against devitrification stabilní stable Střední velikost r nanočástic [nm] Mean nanoparticle size [nm] 70 70 Verdetova konstanta V [rad T ^m1] pro vlnovou délku 2100 nmVerdet constant V [rad T ^ m 1 ] for wavelength 2100 nm -63 -63 Propustnost T [%] pro vlnovou délku 2100 nm, tloušťku skla 1 cm Transmittance T [%] for wavelength 2100 nm, glass thickness 1 cm 71 71 Index lomu n při vlnové délce 1311 nm Refractive index n at 1311 nm 2,46 2.46 Hodnocení Evaluation výborné Great

-9CZ 2018 - 746 A3-9GB 2018 - 746 A3

Výstup z optického prvku 1 je opět volnosvazkový. Pro eliminaci odrazů na rozhraní jednotlivých optických prostředí je vláknové pole a optický skleněný prvek 1 slepen pod vzájemným úhlem 8°. Zarovnání je nutné provádět na optických stolcích s piezoelektrickým ovládáním, aby byly zajištěny co nejnižší vstupní ztráty. Schéma cívky 10 solenoidu s vloženým aktivním magneto-optickým sklem je zachyceno na obr. 4 a 5.The output of the optical element 1 is again free-lumped. To eliminate reflections at the interface of the individual optical environments, the fiber field and the optical glass element 1 are glued at an angle of 8 ° to each other. Alignment must be carried out on piezoelectric optic stands to ensure the lowest possible input losses. A schematic diagram of the solenoid coil 10 with active magneto-optical glass inserted is shown in Figures 4 and 5.

2.4 Testování magneto-optického modulátoru M0M1, M0M22.4 Testing of magneto-optical modulator M0M1, M0M2

Pro testování prototypů modulátorů M0M1. M0M2 byla vytvořena měřicí sestava založená na měření transmitance polarizovaného světla. Při testování prototypů těchto volnosvazkových modulátorů M0M1, M0M2 bylo elektrické napětí na vinutí 11 cívky 10 elektromagnetu modulováno obdélníkovými stejnosměrnými napěťovými pulzy v rozpětí 0 až maximálně 12 V ve frekvenčním rozsahu 1 Hz až 100 GHz pomocí generátoru vlnových funkcí Rigol. Účinkem vkládaného elektrického napětí na cívku 10 solenoidu docházelo ke změně intenzity magnetického pole, jež následně měnilo index lomu vloženého magneto-optického skla. V důsledku toho se stáčela rovina polarizovaného světla vystupujícího z optického prvku 1, a tím se při vzájemném natočení polarizátoru a analyzátoru měnila transmitance optické soustavy. Při modulaci vloženého elektrického napětí na cívku 10 solenoidu docházelo u modulátorů M0M1, M0M2 k modulaci intenzity výstupního volnosvazkového optického signálu. Výsledky měření elektromagnetické modulace a optického výstupu pomocí osciloskopu Rigol byly ukládány do počítače a následně zpracovány. Analýzou naměřených spekter odezvy optického signálu modulátoru M0M1. M0M2 zaznamenaných osciloskopem byly určeny doby odezvy optického signálu zkonstruovaných modulátorů. Modulátory M0M1. M0M2 s optimalizovaným sklem MOS ze soustavy PbO-BÍ2O3-Ga2C>3 s nanočásticemi spinelu s oxidy FeO, Fe2C>3 o velikosti 70 nm a oxidem terbitým TbzCE ve skle optického prvku 1 vykazovaly doby odezvy uvedené v tab. IV. Doby odezvy byly výrazně kratší než 1 ns. Optimalizované sklo MOS mělo dostatečně vysoký magneto-optický koeficient (charakterizovaný Verdetovou konstantou) a je vhodné pro konstrukci prototypu volnosvazkového magneto-optického modulátoru M0M1, M0M2 pro vlnovou délku 2100 nm s rychlou odezvou pod 1 ns.For testing M0M1 modulator prototypes. M0M2 was created measuring set based on measurement of polarized light transmittance. To test the prototypes of these free-range modulators M0M1, M0M2, the voltage at winding 11 of the solenoid coil 10 was modulated by rectangular DC voltage pulses ranging from 0 to a maximum of 12 V in the frequency range 1 Hz to 100 GHz using a Rigol waveform generator. The effect of the applied electrical voltage on the solenoid coil 10 changed the intensity of the magnetic field, which in turn changed the refractive index of the inserted magneto-optical glass. As a result, the plane of polarized light emerging from the optical element 1 coiled, thereby changing the transmittance of the optical system as the polarizer and the analyzer rotated relative to each other. When modulating the applied voltage to the solenoid coil 10, modulators of the M0M1, M0M2 modulators modulated the intensity of the output free-time optical signal. The results of measurement of electromagnetic modulation and optical output using the Rigol oscilloscope were stored in a computer and subsequently processed. Analysis of measured response spectra of optical signal of modulator M0M1. The M0M2 recorded by the oscilloscope was determined by the response times of the optical signal of the constructed modulators. Modulators M0M1. M0M2 with optimized MOS glass from the PbO-Bi2O3-Ga2C system with spinel nanoparticles with FeO, Fe2C> 3 70 nm and terbium trioxide TbzCE in the glass element of the optical element 1 showed response times shown in Tab. IV. Response times were significantly shorter than 1 ns. The optimized MOS glass had a sufficiently high magneto-optical coefficient (characterized by a Verdet constant) and is suitable for the prototype design of the free-coupled magneto-optical modulator M0M1, M0M2 for a wavelength of 2100 nm with a fast response below 1 ns.

2.5 Parametry elektro-optického modulátoru M0M1, M0M22.5 Parameters of electro-optical modulator M0M1, M0M2

Tabulka IVTable IV

Modulátor Modulator Doba odezvy τ [ns] Response time τ [ns] Útlum pro vlnovou délku 2100 nm [dB-cm1]Attenuation for 2100 nm [dB-cm 1 ] M0M1 M0M1 0,3 0.3 1,2 1,2 M0M2 M0M2 0,4 0.4 0,7 0.7

Zvolená technologie výroby těchto modulátorů byla ověřována a tyto vyvinuté modulátory splňovaly požadované vlastnosti. Cílem a velkou předností těchto magnetických modulátorů M0M1. M0M2 je dobrá cenová dostupnost jeho komponent. Vlastní magneto-optické sklo obsahuje ekonomicky výhodné komponenty a jeho výroba, tvarování a následné zpracování není nákladné. Stabilita komponent magneto-optického skla je vzhledem k vysokoteplotní přípravě velmi vysoká. Konstrukce tohoto modulátoru M0M1, M0M2 byla rovněž optimalizována z hlediska ekonomiky budoucí sériové výroby.The chosen technology of production of these modulators was verified and these developed modulators met the required characteristics. The aim and great advantage of these magnetic modulators M0M1. M0M2 is good affordability of its components. The magneto-optical glass itself contains economically advantageous components and its production, shaping and subsequent processing is not expensive. The stability of the magneto-optical glass components is very high due to the high-temperature preparation. The design of this modulator M0M1, M0M2 has also been optimized for the economy of future series production.

Průmyslová využitelnostIndustrial applicability

Uvedené vyvinuté rychlé elektro-optické modulátory E0M1, E0M2 a magneto-optické modulátory M0M1. M0M2 naleznou uplatnění především při intenzitní nebo fázové modulaci optického signálu především v infračervené oblasti spektra. Modulátory proto mohou být použityThe developed fast electro-optical modulators E0M1, E0M2 and magneto-optical modulators M0M1. M0M2 can be used especially in intensity or phase modulation of optical signal, especially in infrared spectrum. Modulators can therefore be used

- 10 CZ 2018 - 746 A3 v komunikačních systémech pracujících v oblasti infračerveného záření bezpečného pro lidské oko. Také je lze využít pro satelitní komunikaci. Rovněž mohou být aplikovány jako citlivé senzory magnetického pole nebo přesně řízené optické tlumicí prvky.A3 in communication systems operating in the field of infrared radiation safe for the human eye. They can also be used for satellite communication. They can also be applied as sensitive magnetic field sensors or precisely controlled optical damping elements.

PATENTOVÉ NÁROKYPATENT CLAIMS

Claims (13)

1. Modulátor světla volnosvazkové optiky, určený zejména pro infračervenou oblast, zahrnující optický prvek (1), vyznačující se tím, že optický prvek (1) (a) obsahuje blok skla ze sklotvomé soustavy PbO-Bi2O3-Ga2O s opticky aktivními nano a/nebo mikročásticemi, který poskytuje elektro-optické nebo magneto-optické vlastnosti, přičemž tyto opticky aktivní nano a/nebo mikročástice mají velikost 0,1 nm až 50 pm, (b) má vstupní plochu (2) a výstupní plochu (3), obě plochy (2, 3) jsou opticky vyleštěné, vyleštěné plochy jsou pokryty antireflexní vrstvou, přičemž vstupní plocha (2) je dále opatřena optickým skelným vláknem (7), a (c) je uložen v dielektrický izolačním skelném materiálu, který je vybraný ze skupiny skla na bázi alespoň jednoho z oxidů S1O2, B2O3, P2O5, V2O5, MoOs, WO3 a alkalických oxidů jako je L12O, Na20, K2O a Rb2O a oxidů dvojmocných oxidů jako je MgO, CaO, BaO a ZnO.A free-light optic light modulator, in particular for an infrared region, comprising an optical element (1), characterized in that the optical element (1) (a) comprises a glass block of a PbO-Bi2O3-Ga2O glass array with optically active nano and / or microparticles that provide electro-optical or magneto-optical properties, the optically active nano and / or microparticles having a size of 0.1 nm to 50 µm, (b) having an inlet surface (2) and an outlet surface (3), both the surfaces (2, 3) are optically polished, the polished surfaces are covered with an antireflective layer, wherein the entrance surface (2) is further provided with an optical glass fiber (7), and (c) is embedded in a dielectric insulating glass material selected from glasses based on at least one of the oxides S1O2, B2O3, P2O5, V2O5, MoOs, WO3 and alkali oxides such as L12O, Na2O, K2O and Rb2O and divalent oxides like MgO, CaO, BaO and ZnO. 2. Modulátor světla podle nároku 1, vyznačující se tím, že opticky aktivní nano a/nebo mikročástice mají velikost 0,5 nm až 100 nm.Light modulator according to claim 1, characterized in that the optically active nano and / or microparticles have a size of 0.5 nm to 100 nm. 3. Modulátor světla podle nároku 1, vyznačující se tím, že optické skelné vlákno (7) je zhotoveno z materiálu, propustného pro infračervenou oblast světla v rozmezí 1850 až 2200 nm, na bázi S1O2 dopovaného GeCE.Light modulator according to claim 1, characterized in that the optical glass fiber (7) is made of an infrared light transmissive material in the range of 1850 to 2200 nm, based on GeCE doped S1O2. 4. Modulátor světla podle nároku 1, vyznačující se tím, že optické skelné vlákno (7) je zhotoveno z materiálu, propustného pro viditelnou oblast světla v rozmezí 460 až 700 nm, na bázi S1O2 dopovaného GeCh.Light modulator according to claim 1, characterized in that the optical glass fiber (7) is made of a material transmissive to the visible light range in the range of 460 to 700 nm, based on S102 doped with GeCh. 5. Modulátor světla podle některého z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že optický prvek (1) (i) je zhotoven ve tvaru podélného hranolu skla, s podélnými plochami (la, lb, 1c, Id), a to podélnou spodní plochou (la), protilehlou podélnou horní plochou (1b), mezi nimiž jsou situované protilehlé podélné boční plochy (1c, Id);Light modulator according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the optical element (1) (i) is formed in the form of a longitudinal prism of the glass, with longitudinal faces (1a, 1b, 1c, 1d), namely a longitudinal lower a surface (1a) opposite the longitudinal upper surface (1b) between which opposed longitudinal side surfaces (1c, 1d) are situated; (ii) jeho podélné plochy (la, 1b, 1c, Id) vymezují protilehle situované opticky vyleštěné vstupní/výstupní plochy (2, 3); a (iii) a je uložen v dielektrickém izolačním skelném materiálu, který je tvořen spodní podložkou (5) a horním krytem (6).(ii) its longitudinal surfaces (1a, 1b, 1c, 1d) define oppositely located optically polished entry / exit surfaces (2, 3); and (iii) and is embedded in a dielectric insulating glass material, which is formed by a lower pad (5) and an upper cover (6). 6. Modulátor světla podle některého z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že optický prvek (1) je na svých protilehlých bočních stěnách (1c, Id) připojen na elektrody (8) s přívody (4), přičemž elektrody (8) jsou s výhodou plošné.Light modulator according to one of Claims 1 to 5, characterized in that the optical element (1) is connected on its opposing side walls (1c, 1d) to electrodes (8) with leads (4), the electrodes (8) they are preferably planar. 7. Modulátor světla podle některého z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že optický prvek (1) je vložen do elektromagnetu s cívkou (10) a vinutím (11) cívky elektromagnetu, přičemž na vinutí (11) cívky (10) elektromagnetu jsou připojeny přívody (9) ke zdroji střídavého elektrického napětí.Light modulator according to one of Claims 1 to 5, characterized in that the optical element (1) is inserted into the electromagnet with the coil (10) and the coil winding (11), wherein on the coil (11) of the electromagnet coil (10) the inlets (9) are connected to an AC power source. - 11 CZ 2018 - 746 A3- 11 GB 2018 - 746 A3 8. Modulátor světla podle nároku 1, vyznačující se tím, že optický prvek (1) obsahuje sklo, nesoucí opticky aktivní nano a/nebo mikročástice, které je nízkotavitelné, s výhodou na bázi olovnato-bizmutitého skla.Light modulator according to claim 1, characterized in that the optical element (1) comprises glass carrying optically active nano and / or microparticles, which is low-melting, preferably based on lead-bismuth glass. 9. Modulátor světla podle nároku 1, vyznačující se tím, že opticky aktivní nano a/nebo mikročástice jsou elektro-optický aktivní.Light modulator according to claim 1, characterized in that the optically active nano and / or microparticles are electro-optically active. 10. Modulátor světla podle nároku 9, vyznačující se tím, že elektro-optický aktivní nano a/nebo mikročástice jsou kovové a obsahují alespoň jeden kov ze skupiny zahrnující Ag, Au, Pt a Cu ve formě krystalických a/nebo částečně krystalických nano a/nebo mikročástic kovu.Light modulator according to claim 9, characterized in that the electro-optically active nano and / or microparticles are metallic and comprise at least one metal from the group comprising Ag, Au, Pt and Cu in the form of crystalline and / or partially crystalline nano and / or metal microparticles. 11. Modulátor světla podle nároku 1, vyznačující se tím, že opticky aktivní nano a/nebo mikročástice jsou magneto-opticky aktivní.Light modulator according to claim 1, characterized in that the optically active nano and / or microparticles are magneto-optically active. 12. Modulátor světla podle nároku 11, vyznačující se tím, že magneto-opticky aktivní nano a/nebo mikročástice jsou krystalické a/nebo částečně krystalické ze skupiny oxidů/oxidických sloučenin kovů, zahrnující magnetit Fc^Ch a/nebo trevorit NiFe2C>4, a/nebo nikelnato-kobatnatý ferrit (NiCo)Fe2C>4, a/nebo gama-hematit Fe2C>3,Light modulator according to claim 11, characterized in that the magneto-optically active nano and / or microparticles are crystalline and / or partially crystalline from the group of metal oxides / oxidants, comprising magnetite Fc? and / or nickel-cobalt ferrite (NiCo) Fe2C > 4, and / or gamma-hematite Fe2C > 3, 13. Modulátor světla podle nároku 12, vyznačující se tím, že optický prvek dále obsahuje nejméně jeden oxid lantanoidů ze skupiny, zahrnující oxid praseodymitý PnCh, a/nebo oxid dysprositý Dy2C>3 a/nebo oxid terbitý Tb2O3.13. The light modulator of claim 12, wherein the optical element further comprises at least one lanthanide oxide selected from the group consisting of praseodymium oxide PnCl2 and / or dyspropium oxide Dy2C3 and / or terbium oxide Tb2O3.
CZ2018-746A 2018-12-31 2018-12-31 Light-beam optic modulator, especially for the infrared area CZ2018746A3 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2018-746A CZ2018746A3 (en) 2018-12-31 2018-12-31 Light-beam optic modulator, especially for the infrared area

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2018-746A CZ2018746A3 (en) 2018-12-31 2018-12-31 Light-beam optic modulator, especially for the infrared area

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ308149B6 CZ308149B6 (en) 2020-01-22
CZ2018746A3 true CZ2018746A3 (en) 2020-01-22

Family

ID=69160511

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ2018-746A CZ2018746A3 (en) 2018-12-31 2018-12-31 Light-beam optic modulator, especially for the infrared area

Country Status (1)

Country Link
CZ (1) CZ2018746A3 (en)

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7078071B2 (en) * 2000-10-05 2006-07-18 Matsumoto Yushi-Seiyaku Co., Ltd. Glass composite including dispersed rare earth iron garnet nanoparticles
US8846555B2 (en) * 2012-06-25 2014-09-30 Schott Corporation Silica and fluoride doped heavy metal oxide glasses for visible to mid-wave infrared radiation transmitting optics and preparation thereof
EP3282305B1 (en) * 2016-08-10 2020-05-06 Samsung Electronics Co., Ltd. Optical modulator using phase change material and device including the same
CZ2016766A3 (en) * 2016-12-07 2018-01-31 Vysoká škola chemicko-technologická v Praze Lead-bismuth glass with metal electrophoretic active nanoparticles for modulators of free-beam optics and the method of its manufacture
US10162200B1 (en) * 2017-06-19 2018-12-25 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Ltd. Electro-optic phase modulator and method of manufacturing the same
CZ31329U1 (en) * 2017-12-07 2017-12-19 Vysoká škola chemicko-technologická v Praze Magneto-optical glass designed for light modulators

Also Published As

Publication number Publication date
CZ308149B6 (en) 2020-01-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7362504B2 (en) Miniature circulator devices and methods for making the same
Ruan et al. Wavelength dispersion of Verdet constants in chalcogenide glasses for magneto-optical waveguide devices
JPH0769523B2 (en) Magneto-optical isolator device
JPH0727127B2 (en) Optical system with reciprocal polarization rotator
EP1361473B1 (en) Integrated magneto-optical modulator with optical isolator
US3947089A (en) Lead-bismuth glasses for acoustooptic and magnetooptic devices
KR20040045840A (en) Planar-type polarization independent optical isolator
JPWO2009016972A1 (en) Optical device, optical integrated device, and manufacturing method thereof
CN108873176B (en) Compact three-way wavelength division multiplexing/demultiplexing device and implementation method
KR100425366B1 (en) Optical signal transmission system and magneto-optical modulator designed to establish modulation over wide range for use in the same
CZ2018746A3 (en) Light-beam optic modulator, especially for the infrared area
US6404190B1 (en) Optical magnetic field sensor probe
JPS60184225A (en) Optical fiber type isolator
US7002732B2 (en) Magneto-optical devices
Aoyama et al. A new Faraday rotator using a thick Gd: YIG film grown by liquid-phase epitaxy and its applications to an optical isolator and optical switch
US6483645B1 (en) Garnet crystal for Faraday rotator and optical isolator having the same
Hinkov et al. Acoustic properties of proton exchanged LiNbO 3 investigated by Brillouin scattering
KR20040034367A (en) Nonlinear Optical Film, and Nonlinear Optical Element and Optical Switch Using the Same
CN113281550A (en) Straight waveguide phase modulator, integrated assembly and preparation method
CZ31329U1 (en) Magneto-optical glass designed for light modulators
Nakano et al. Magneto-optical properties of YIG single crystal by TSFZ method
Kohli The Faraday effect in glasses containing rare earths
CN100549767C (en) Ffaraday rotator
Wolfe Thin films for non-reciprocal magneto-optic devices
CN114791577A (en) Magnetic field sensor based on micro-nano optical fiber junction