CZ308149B6 - Modulátor světla pro volnosvazkovou optiku, určený zejména pro infračervenou oblast - Google Patents
Modulátor světla pro volnosvazkovou optiku, určený zejména pro infračervenou oblast Download PDFInfo
- Publication number
- CZ308149B6 CZ308149B6 CZ2018-746A CZ2018746A CZ308149B6 CZ 308149 B6 CZ308149 B6 CZ 308149B6 CZ 2018746 A CZ2018746 A CZ 2018746A CZ 308149 B6 CZ308149 B6 CZ 308149B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- optical
- optically active
- glass
- microparticles
- optical element
- Prior art date
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 93
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims abstract description 63
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 32
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims abstract description 30
- 239000011859 microparticle Substances 0.000 claims abstract description 27
- 239000005304 optical glass Substances 0.000 claims abstract description 24
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 21
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 8
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 6
- 229910000272 alkali metal oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 230000003667 anti-reflective effect Effects 0.000 claims abstract description 5
- QXZUUHYBWMWJHK-UHFFFAOYSA-N [Co].[Ni] Chemical compound [Co].[Ni] QXZUUHYBWMWJHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 239000011019 hematite Substances 0.000 claims abstract description 3
- 229910052595 hematite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 229910000311 lanthanide oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims abstract description 3
- MMKQUGHLEMYQSG-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);praseodymium(3+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Pr+3].[Pr+3] MMKQUGHLEMYQSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 229910003447 praseodymium oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- SCRZPWWVSXWCMC-UHFFFAOYSA-N terbium(iii) oxide Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Tb+3].[Tb+3] SCRZPWWVSXWCMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 229910003451 terbium oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract 2
- 229910017356 Fe2C Inorganic materials 0.000 claims description 4
- -1 L12O Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910005224 Ga2O Inorganic materials 0.000 claims description 3
- KKCBUQHMOMHUOY-UHFFFAOYSA-N Na2O Inorganic materials [O-2].[Na+].[Na+] KKCBUQHMOMHUOY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- NOTVAPJNGZMVSD-UHFFFAOYSA-N potassium monoxide Inorganic materials [K]O[K] NOTVAPJNGZMVSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910001953 rubidium(I) oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N iron(II,III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]O[Fe]=O SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 7
- 101100023996 Arabidopsis thaliana MOM1 gene Proteins 0.000 abstract 1
- 101100023997 Caenorhabditis elegans mom-2 gene Proteins 0.000 abstract 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 19
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 18
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 description 14
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 14
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 12
- 238000013461 design Methods 0.000 description 11
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 10
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 8
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 8
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 8
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 7
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 6
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 6
- 239000002178 crystalline material Substances 0.000 description 5
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 5
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 4
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 238000002329 infrared spectrum Methods 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 4
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 4
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 4
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 4
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 4
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 4
- 229910005191 Ga 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 3
- 229910005793 GeO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 229910000420 cerium oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010431 corundum Substances 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 238000004031 devitrification Methods 0.000 description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 description 2
- 239000005337 ground glass Substances 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoceriooxy)cerium Chemical compound [Ce]=O.O=[Ce]=O BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000007517 polishing process Methods 0.000 description 2
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 2
- 239000011029 spinel Substances 0.000 description 2
- 229910052596 spinel Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010025 steaming Methods 0.000 description 2
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910015902 Bi 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001018 Cast iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052692 Dysprosium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052691 Erbium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052693 Europium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910005542 GaSb Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052688 Gadolinium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052689 Holmium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910018068 Li 2 O Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052765 Lutetium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052777 Praseodymium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910003070 TaOx Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052771 Terbium Inorganic materials 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052769 Ytterbium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000122 acrylonitrile butadiene styrene Polymers 0.000 description 1
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000002585 base Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 229910052729 chemical element Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 239000003302 ferromagnetic material Substances 0.000 description 1
- 238000009501 film coating Methods 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002427 irreversible effect Effects 0.000 description 1
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 239000002122 magnetic nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 239000002082 metal nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000000382 optic material Substances 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 229910052711 selenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920002803 thermoplastic polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 238000000427 thin-film deposition Methods 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005428 wave function Effects 0.000 description 1
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL 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
- C03C14/00—Glass compositions containing a non-glass component, e.g. compositions containing fibres, filaments, whiskers, platelets, or the like, dispersed in a glass matrix
- C03C14/004—Glass 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
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL 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
- C03C4/00—Compositions for glass with special properties
- C03C4/10—Compositions for glass with special properties for infrared transmitting glass
-
- 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
- G02F1/0009—Materials therefor
- G02F1/0018—Electro-optical materials
-
- 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
- G02F1/0009—Materials therefor
- G02F1/0036—Magneto-optical materials
-
- 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
-
- 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
- G02F1/015—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 semiconductor elements having potential barriers, e.g. having a PN or PIN junction
- G02F1/025—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 semiconductor elements having potential barriers, e.g. having a PN or PIN junction in an optical waveguide structure
-
- 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
- G02F1/095—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 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 mikročásticemi; (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) 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 nano a/nebo mikročástice 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.
Description
Oblast techniky
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.
Dosavadní stav techniky
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.
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 RcAcrCXBCl·,)’,. 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 Se; a kde Ae je ze skupiny Ca, Sr nebo Ba. Konkrétně je uvedeno složení krystalu YCarCŘBChE 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.
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 ZrCf. AI2O3, HfOx, HfSiOx, ZrTiOx, TaOx a dále laminovanou vrstvu z oxidů ZrCU-AhCh-ZrCh (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. Tato
- 1 CZ 308149 B6 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.
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);(FcM)-Oi2 nebo (RBi) ,Fc-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 YsFesOn. 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 fůnkčnost 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.
Další typ magneto-optického materiálu pro elektromagnetické modulátory světla je popsán např. v patentu US 2010/0142028 AI 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.
Podstata vynálezu
Uvedené nevýhody odstraní nebo podstatně omezí modulátor světla volnosvazkové optiky, určený zejména pro infračervenou oblast, zahrnující optický prvek podle tohoto vynálezu, jehož
-2CZ 308149 B6 podstata spočívá v tom, že optický prvek:
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 dielektricky 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.
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.
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.
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.
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.
Je výhodné, když vstupní a výstupní plocha jsou opatřeny antireflexní vrstvou. Tím se dosáhne snížení optických ztrát na optickém vstupu a výstupu modulátoru.
S výhodou je vstupní plocha optického prvku opatřena optickým skelným vláknem, což umožňuje použití vstupních vláknových laserových zdrojů a miniaturizaci modulátoru.
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.
Pro vytvoření magneto-optického modulátoru je výhodné, když je optický prvek vložen do elektromagnetu s cívkou a vinutím cívky elektromagnetu, přičemž na vinutí cívky
-3 CZ 308149 B6 elektromagnetu jsou připojeny přívody ke zdroji střídavého elektrického napětí.
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.
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.
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.
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^CL 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.
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.
Objasnění výkresů
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.
Příklady uskutečnění vynálezu
Modulátor světla pro volnosvazkovou optiku, určený zejména pro infračervenou oblast je
-4CZ 308149 B6 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.
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.
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.
Na optický prvek ]_ 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.
Na vstupní plochu 2 modulátorů může být připojeno optické skelné vlákno 7, které potom vytváří elektro-optický modulátor E0M2 nebo magneto-optický modulátor 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.
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.
Jakožto sklo s elektro-optickými vlastnostmi je vhodné a bylo úspěšně odzkoušeno sklo podle dokumentu CZ 307135 týchž přihlašovatelů i původců.
Jakožto sklo s magneto-optickými vlastnostmi je vhodné a bylo úspěšně odzkoušeno sklo podle dokumentu CZ 307 666 týchž přihlašovatelů i původců.
Příklad 1
Elektro-optický modulátor E0M1, E0M2 (Obr. 1,2,3) '
1.1 Konstrukce optického prvku 1
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.
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 Je, Id byly naprášeny Ti
-5 CZ 308149 B6 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.
1.2 Vytvoření elektrod 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.
1.3. Konstrukce elektro-optického modulátoru 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.
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.
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.
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.
Podrobněji:
Optické skelné vlákno 7, typu Nufem PM460, je propustné pro infračervenou oblast světla v rozmezí 1850 až 2200 nm a je zhotovené na bázi SiO2 dopovaného GeO2. Konkrétní vlnová délka se nastaví vhodným zdrojem, což je činnost známá pro běžného odborníka v obora.
-6CZ 308149 B6
Optické skelné vlákno 7, typu Nufem PM1950, je též zhotoveno z materiálu na bázi SiO2 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.
1.4 Složení skla EPS pro elektro-optický modulátor E0M1, E0M2 a jeho parametry
Tabulka I
| Složky skla | Příklad 1 [% hmotn.] |
| PbO | 60,2 |
| BfiCfi | 38,7 |
| Ag | 0,6 |
| Au | 0,0 |
| Pt | 0,0 |
| Cu | 0,0 |
| Sb2C>3 + Sb20s | 0,5 |
| AS2O3 + As2c>5 | 0,0 |
| SÍO2 | 0,0 |
| Suma | 100,0 |
| Teplota tavení tm [°C] | 980 |
| Teplota tepelného zpracování [°C] | 340 |
| Doba tepelného zpracování [min] | 10 |
| Stabilita vůči devitrifikaci | stabilní |
| Střední velikost r nanočástic [nm] | 23 |
| Elektro-optický koeficient h [m· V-2] | 2,3.10-11 |
| Propustnost T [ % ] pro vlnovou délku 2100 nm, tloušťku skla 1 cm | 73 |
| Index lomu n při vlnové délce 1311 nm | 2,39 |
| Hodnocení | výborné |
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.
1.5 Testování elektro-optického modulátoru E0M1, E0M2
Pro testování funkčních vzorků modulátorů E0M1. E0M2 byla vytvořena měřicí sestava
-7CZ 308149 B6 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.
Zkonstruované modulátory E0M1. E0M2 s optimalizovaným sklem ze soustavy PbO-Bi2O,Ga2O3 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.
1.6 Parametry elektro-optického modulátoru 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.
Tabulka II
| Modulátor | Doba odezvy τ [ns] | Útlum pro vlnovou délku 2100 nm [dB-cm1] |
| E0M1 | 30 | 1,4 |
| E0M2 | 32 | 0,9 |
Příklad 2
Magneto-optický modulátor M0M1, M0M2 (Obr. 4, 5)
2.1 Konstrukce optického prvku 1
Pro konstrukci volnosvazkového longitudinálního magneto-optického modulátoru M0M1. M0M2 jsou využity méně ekonomicky nákladné komponenty. Pro magneto-opticky aktivní prvek j. bylo použito optimalizované sklo MOS soustavy PbO-Bi2O3-Ga2O3 s magnetickými nanočásticemi spinelu s oxidy FeO, Fe2O3 a oxidem terbitým Tb2O3, jehož složení je uvedeno v Tabulce III. Příprava tohoto optického prvku 1 probíhala stejným postupem jako v příkladu 1.
2.1 Konstrukce magneto-optického modulátoru 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 blok
- 8 CZ 308149 B6 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.
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.
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 run. Pro snadné zapojení do optického systému je vlákno zakončeno FC/APC konektorem pro připojení pigtailovaného laserového zdroje.
2.3 Složení skla MOS pro magneto-optický modulátor M0M1, M0M2 a jeho parametry
Tabulka III
| Složky skla | Příklad 2 [%hmotn.] |
| PbO | 35,7 |
| BÍ2O3 | 46,2 |
| Ga2O3 | 6,7 |
| TeO2 | - |
| Ta2O5 | - |
| FeO+Fe2C>3 | 9,0 |
| NiO | - |
| Tb2O3 | 2,4 |
| Pr2C>3 | - |
| Dy2O3 | - |
| CoO | - |
| Suma | 100,0 |
| Teplota tavení tm [°C] | 1025 |
| Teplota tepelného zpracování [°C] | 490 |
| Doba tepelného zpracování [min] | 40 |
| Stabilita vůči devitrifikaci | stabilní |
| Střední velikost r nanočástic [run] | 70 |
| Verdetova konstanta V [rad-T ^m1] pro vlnovou délku 2100 run | -63 |
| Propustnost T [%] pro vlnovou délku 2100 nm, tloušťku skla 1 cm | 71 |
| Index lomu n při vlnové délce 1311 nm | 2,46 |
| Hodnocení | výborné |
-9CZ 308149 B6
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.
2.4 Testování magneto-optického modulátoru 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 Tb2O3 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.
2.5 Parametry elektro-optického modulátoru M0M1, M0M2
Tabulka IV
| Modulátor | Doba odezvy τ [ns] | Útlum pro vlnovou délku 2100 nm [dB-cm1] |
| M0M1 | 0,3 | 1,2 |
| M0M2 | 0,4 | 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.
Průmyslová využitelnost
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 použity
- 10 CZ 308149 B6 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.
PATENTOVÉ NÁROKY
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.
2. Modulátor světla podle nároku 1, vyznačující se tím, že opticky aktivní nano a/nebo mikročástice mají velikost 0,5 nm až 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.
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.
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);
(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).
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.
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.
- 11 CZ 308149 B6
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.
9. Modulátor světla podle nároku 1, vyznačující se tím, že opticky aktivní nano a/nebo mikročástice jsou elektro-optický aktivní.
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.
11. Modulátor světla podle nároku 1, vyznačující se tím, že opticky aktivní nano a/nebo mikročástice jsou magneto-opticky aktivní.
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,
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.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2018-746A CZ2018746A3 (cs) | 2018-12-31 | 2018-12-31 | Modulátor světla pro volnosvazkovou optiku, určený zejména pro infračervenou oblast |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2018-746A CZ2018746A3 (cs) | 2018-12-31 | 2018-12-31 | Modulátor světla pro volnosvazkovou optiku, určený zejména pro infračervenou oblast |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ308149B6 true CZ308149B6 (cs) | 2020-01-22 |
| CZ2018746A3 CZ2018746A3 (cs) | 2020-01-22 |
Family
ID=69160511
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2018-746A CZ2018746A3 (cs) | 2018-12-31 | 2018-12-31 | Modulátor světla pro volnosvazkovou optiku, určený zejména pro infračervenou oblast |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ2018746A3 (cs) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050008875A1 (en) * | 2000-10-05 | 2005-01-13 | Susamu Taketomi | Glass composite including dispersed rare earth iron garnet nanoparticles |
| US20130344312A1 (en) * | 2012-06-25 | 2013-12-26 | Schott North America, Inc. | Silica and fluoride doped heavy metal oxide glasses for visible to mid-wave infrared radiation transmitting optics and preparation thereof |
| CZ31329U1 (cs) * | 2017-12-07 | 2017-12-19 | Vysoká škola chemicko-technologická v Praze | Magnetooptické sklo určené pro modulátory světla |
| CZ307135B6 (cs) * | 2016-12-07 | 2018-01-31 | Vysoká škola chemicko-technologická v Praze | Olovnato-bismutité sklo s kovovými elektoopticky aktivními nanočásticemi pro modulátory volnosvazkové optiky a způsob jeho výroby |
| EP3282305A1 (en) * | 2016-08-10 | 2018-02-14 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Optical modulator using phase change material and device including the same |
| US20180364501A1 (en) * | 2017-06-19 | 2018-12-20 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Ltd. | Electro-optic phase modulator and method of manufacturing the same |
-
2018
- 2018-12-31 CZ CZ2018-746A patent/CZ2018746A3/cs unknown
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050008875A1 (en) * | 2000-10-05 | 2005-01-13 | Susamu Taketomi | Glass composite including dispersed rare earth iron garnet nanoparticles |
| US20130344312A1 (en) * | 2012-06-25 | 2013-12-26 | Schott North America, Inc. | Silica and fluoride doped heavy metal oxide glasses for visible to mid-wave infrared radiation transmitting optics and preparation thereof |
| EP3282305A1 (en) * | 2016-08-10 | 2018-02-14 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Optical modulator using phase change material and device including the same |
| CZ307135B6 (cs) * | 2016-12-07 | 2018-01-31 | Vysoká škola chemicko-technologická v Praze | Olovnato-bismutité sklo s kovovými elektoopticky aktivními nanočásticemi pro modulátory volnosvazkové optiky a způsob jeho výroby |
| US20180364501A1 (en) * | 2017-06-19 | 2018-12-20 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Ltd. | Electro-optic phase modulator and method of manufacturing the same |
| CZ31329U1 (cs) * | 2017-12-07 | 2017-12-19 | Vysoká škola chemicko-technologická v Praze | Magnetooptické sklo určené pro modulátory světla |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ2018746A3 (cs) | 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 | |
| US4569570A (en) | Optical sensor having atomically localized luminescence centers | |
| Shintaku et al. | Ce-substituted yttrium iron garnet films prepared on Gd3Sc2Ga3O12 garnet substrates by sputter epitaxy | |
| JPH0769523B2 (ja) | 磁気光学アイソレータ装置 | |
| WO1986006503A2 (en) | Optical systems with antireciprocal polarization rotators | |
| KR900006815B1 (ko) | 포옴 복굴절성 차단 편광기 및 방법 | |
| EP3001241A1 (en) | Optoisolator | |
| EP1361473B1 (en) | Integrated magneto-optical modulator with optical isolator | |
| JPH083581B2 (ja) | 電気光学的モード変換装置 | |
| KR20040045840A (ko) | 평면-타입의 편광 독립성 광 아이솔레이터 | |
| US3947089A (en) | Lead-bismuth glasses for acoustooptic and magnetooptic devices | |
| JPWO2009016972A1 (ja) | 光デバイス、光集積デバイス、及びその製造方法 | |
| KR100425366B1 (ko) | 광 신호 전송 시스템 및 이 광 신호 전송 시스템에 사용을 위한 넓은 범위의 변조가 가능한 자기광학 변조기 | |
| CZ308149B6 (cs) | Modulátor světla pro volnosvazkovou optiku, určený zejména pro infračervenou oblast | |
| US6404190B1 (en) | Optical magnetic field sensor probe | |
| CN211741391U (zh) | 一种直波导相位调制器以及集成组件 | |
| JPS60184225A (ja) | 光フアイバ型アイソレ−タ | |
| US20050146769A1 (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 | |
| Winzer et al. | Laser emission from miniaturized NdAl 3 (BO 3) 4 crystals with directly applied mirrors | |
| EP1248140A1 (en) | Polycrystalline ferroelectric optical devices | |
| KR20040034367A (ko) | 비선형 광학막 및 그를 이용한 비선형 광학 소자 및 그를이용한 광스위치 | |
| Nakano et al. | Magneto-optical properties of YIG single crystal by TSFZ method |