DE1151204B

DE1151204B - Light modulator

Info

Publication number: DE1151204B
Application number: DED36614A
Authority: DE
Inventors: Dr Phil Nat Paul Dietrich; Dipl-Phys Alfons Haehnlein
Original assignee: Siemens AG; Standard Elektrik Lorenz AG; Telefunken Patentverwertungs GmbH
Current assignee: Siemens AG; Telefunken Patentverwertungs GmbH; Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1961-07-20
Filing date: 1961-07-20
Publication date: 1963-07-04

Description

Lichtmodulator Die Nachrichtenübermittlung durch Lichtmodulation ist schon lange bekannt. Vor allem wurde Ultrarotlicht zur Nachrichtenübertragung benutzt. Der Wirkungsgrad blieb jedoch gering, da es bis vor kurzem noch keine genügend intensiven Quellen für Ultrarotlicht gab. Außerdem war die Modulationsfrequenz zu klein und der Aufwand zu groß, um ausreichend viele Nachrichtenkanäle übertragen zu können.Light modulator The communication through light modulation is known for a long time. In particular, ultrared light was used to transmit messages. The efficiency remained low, however, as it was not sufficiently intensive until recently Sources of ultrared light existed. In addition, the modulation frequency was too small and the effort is too great to be able to transmit a sufficient number of message channels.

Durch die Entdeckung des Laserprinzips (light amplification by stimulated excitation of radiation) ist es gelungen, monochromatische Oszillatoren-einer Lichtintensität herzustellen, die nur durch einen Temperaturstrahler von einigen 10s ° C erzeugt werden könnte. Die elektromagnetische Welle tritt dabei wie bei der funktechnischen Übertragung vollkommen kohärent auf. Man kann das Laserlicht so gut bündeln, daß selbst nach hunderten von Kilometern ein guter Empfang möglich ist.With the discovery of the laser principle (light amplification by stimulated excitation of radiation) succeeded in monochromatic oscillators-one light intensity which is only generated by a temperature radiator of a few 10s ° C could be. The electromagnetic wave occurs in the same way as the radio wave Transmission completely coherent on. You can bundle the laser light so well that good reception is possible even after hundreds of kilometers.

Um nun diese extrem kurzwellige Trägerwelle für möglichst umfangreiche Nachrichtenzwecke auszunutzen, muß für eine hohe Modulationsfrequenz gesorgt werden. Die höchste bisher bekannte Modulationsfrequenz für diese Zwecke wurde mit Keazellen erzielt und beträgt etwa 10 MHz, ist also im Vergleich zur Trägerfrequenz sehr klein. Dazu sind sehr hohe Aussteuerspannungen von mehreren Kilovolt erforderlich, so daß die Kerrzelle nahe ihrer Durchbruchsspannung betrieben werden muß. Fast ebenso hohe Spannungen sind nötig, um den Oszillator selbst über den Starkeffekt zu frequenzmodulieren. Bei 160 kV kann noch ein d f vom 1 cm-' erzielt werden, wobei die von einem Rubinkristall erzeugte Trägerfrequenz eine Wellenzahl von 14421,52 cm-' besitzt. Die Nachteile dieses Verfahrens sind die hohen Aussteuerspannungen und nach oben begrenzte Modulationsfrequenz von etwa 10 MHz.In order to use this extremely short-wave carrier wave for the most extensive information purposes possible, a high modulation frequency must be ensured. The highest known modulation frequency for this purpose was achieved with Kea cells and is around 10 MHz, which is very small compared to the carrier frequency. This requires very high control voltages of several kilovolts, so that the Kerr cell must be operated close to its breakdown voltage. Almost as high voltages are necessary to frequency modulate the oscillator itself via the strong effect. At 160 kV a d f of 1 cm- 'can still be achieved, whereby the carrier frequency generated by a ruby crystal has a wave number of 14421.52 cm-'. The disadvantages of this method are the high control voltages and the limited modulation frequency of about 10 MHz.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, mit einer einfacheren Modulationsmethode die erwähnten Nachteile zu vermeiden und einen bis zu hohen Frequenzbereichen verwendbaren Modulator zu schaffen. Dabei ist der Modulator auch bei nicht kohärenten, also konventionellen Lichtquellen mit Vorteil einsetzbar.It is the object of the invention to come up with a simpler modulation method to avoid the disadvantages mentioned and to use a frequency range up to high To create modulator. The modulator is also not coherent, i.e. conventional Light sources can be used with advantage.

Es ist bekannt, daß sich dünne magnetische anisotrope ferromagnetische Filme in einer Zeit von 1 - 10-9 Sekunden von der einen stabilen Vorzugsrichtung der Magnetisierung in die um 180° gedrehte durch induktive Beeinflussung mit Spannungen unter 1 V und Strömen von einigen hundert Milliampere umschalten lassen.It is known that thin magnetic anisotropic ferromagnetic Films in a time of 1 - 10-9 seconds from the one stable preferred direction the magnetization into the 180 ° rotated by inductive influence with voltages switch below 1 V and currents of a few hundred milliamps.

Die Anwendung einer dünnen magnetischen oder elektrischen Schicht ist bislang nur im Gebiet der elektronischen Speichertechnik bekannt gewesen (W. E. P r o e b s t e r, »Dünne magnetische Schichten als Speicher- und Schaltkreiselemente«, Elektronische Rechenanlagen, 1 [1959], H. 4, S. 164 bis 171, und W. E. Proebster, W. Dietrich, »Umschalten von dünnen Magnetschichten im Zeitbereich von einer Nanosekunde«, Elektronische Rundschau, Nr. 2, 1960).The application of a thin magnetic or electrical layer has so far only been known in the field of electronic storage technology (W. E. P r o e b s t e r, »Thin magnetic layers as storage and circuit elements«, Electronic computer systems, 1 [1959], no. 4, pp. 164 to 171, and W. E. Proebster, W. Dietrich, "Switching thin magnetic layers in the time range of one nanosecond", Electronic Rundschau, No. 2, 1960).

Ferner ist der magnetooptische Kerreffekt schon fast 100 Jahre bekannt. Fällt linear polarisiertes, monochromatisches Licht auf . eine magnetische Spiegelfläche, so setzt sich das reflektierte Licht aus einer Normal- und einer dazu senkrechten, phasenverschobenen Kerrschwingung zusammen. Es entsteht elliptisch polarisiertes Licht. Die Intensität der Kerrschwingung ist abhängig von der Magnetisierungsrichtung des Magnetspiegels. Unter günstigen Einfallswinkeln ist die Intensität proportional der Magnetisierung (W. Heinrich, »Die Vergrößerung der magneto-optischen Kerrdrehung durch Aufdampfschichten«, Dissertation der Naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität München, Juli, 1956). Die Erfindung will nun die beiden vorstehend aufgeführten physikalischen Effekte, von denen nur der erstere auf dem Gebiete der elektronischen Speichertechnik ausnutzbar erschien, zu einer neuen technischen Nutzanwendung, nämlich der Modulation eines Lichtstrahls zusammenführen.Furthermore, the magneto-optical Kerre effect has been known for almost 100 years. Notices linearly polarized, monochromatic light. a magnetic mirror surface, so the reflected light is composed of a normal and a perpendicular, phase-shifted Kerr oscillation. The result is elliptically polarized Light. The intensity of the Kerr oscillation depends on the direction of magnetization of the magnetic mirror. At favorable angles of incidence, the intensity is proportional of magnetization (W. Heinrich, »The magnification of the magneto-optical Kerr rotation through vapor deposition «, dissertation of the natural science faculty of University of Munich, July, 1956). The invention now wants both of them physical effects listed above, of which only the former is based on the Areas of electronic storage technology appeared exploitable, to a new technical one Useful application, namely merging the modulation of a light beam.

Die Erfindung betrifft einen Lichtmodulator, insbesondere für nach dem Laserprinzip erzeugte kohärente Lichtschwingungen, und ist gekennzeichnet durch die Anwendung einer an sich aus der elektronischen Speichertechnik bekannten, in ihrer Anisotropie steuerbaren Schicht als Reflexionsschicht für die als magnetooptischer Kerreffekt bekannte Aufteilung des monochromatisch und polarisiert auftreffenden Lichtstrahls in zwei je nach dem Grad der Steuerung mehr oder weniger phasenverschobene Komponenten.The invention relates to a light modulator, in particular for after coherent light oscillations generated by the laser principle, and is characterized by the application of a known per se from electronic storage technology, in their anisotropy controllable layer as a reflective layer for the as magneto-optical Kerreffekt known division of the monochromatic and polarized incident Light beam in two more or less phase-shifted depending on the degree of control Components.

Mit dem Modulator nach der Erfindung erreicht man eine Modulationsfrequenz von 1 GHz, und die Modulation selbst kann mit sehr geringer Leistung vorgenommen werden. Durch die Erfindung wird demnach eine erhebliche und für die wirtschaftliche Anwendung der Laserwellen ausschlaggebende Erweiterung der Modulationsbandbreite mit verhältnismäßig einfachen, in einem anderen Gebiet der Nachrichtentechnik schon erprobten Mitteln erreicht.A modulation frequency is achieved with the modulator according to the invention of 1 GHz, and the modulation itself can be done with very little power will. The invention is therefore a significant and economical Application of the laser waves decisive expansion of the modulation bandwidth with relatively simple ones, but in another area of communications engineering it is proven means achieved.

Es ist neben einer Impulsphasenmodulation auch wegen der erreichbaren Proportionalität von Lichtintensität und Magnetisierungsrichtung eine reine Amplitudemnodulation möglich.In addition to a pulse phase modulation, it is also achievable because of the Proportionality of light intensity and direction of magnetization a pure amplitude modulation possible.

In ähnlicher Weise können an Stelle der anisotropen ferromagnetischen Schichten anisotrope elektrische Reflexionsschichten zur Lichtmodulation verwendet werden.Similarly, instead of the anisotropic ferromagnetic Layers anisotropic electrical reflective layers used for light modulation will.

Bei der Verwendung von Halbleitern, die eine Injektion von Minoritätsträgern zulassen, kann dadurch moduliert werden, daß das polarisierte Licht bei der Reflexion an Halbleitern mehr oder weniger in elliptisch polarisiertes Licht, je nach der Dichte der Injektion, verwandelt wird.When using semiconductors, an injection of minority carriers allow can be modulated by the fact that the polarized light upon reflection on semiconductors more or less in elliptically polarized light, depending on the Density of injection, is transformed.

Demodulieren kann man durch eine Mischtechnik. Als Demodulator kann ebenfalls ein Laseroszillator benutzt werden, dessen Frequenz durch Temperatur, Druck, elektrische oder magnetische Felder gegenüber der einfallenden Welle so weit verstimmt ist, daß die entstehende Mischfrequenz durch bekannte Mittel der Höchstfrequenztechnik weiterverarbeitet wird.A mixed technique can be used to demodulate. As a demodulator a laser oscillator can also be used, the frequency of which is determined by temperature, Pressure, electric or magnetic fields against the incident wave so far What is out of tune is that the resulting mixed frequency is made by known means of high frequency technology is further processed.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Light modulator, especially for those based on the laser principle generated coherent light oscillations, characterized by the application of an known from electronic storage technology, controllable in their anisotropy Layer as a reflective layer for the division known as the magneto-optical Kerre effect of the monochromatic and polarized incident light beam in two depending on the Degree of control more or less out of phase components.

2. Light modulator according to claim 1, characterized in that a thin magnetic layer is used as the reflective layer Layer is provided, and that the elliptically polarized by this layer Beam can be broken down into its components by means of an analyzer.

3. Light modulator according to claim 1 and 2, characterized in that the thin magnetic layer its magnetization can be changed by electromagnetic information, so that in the analyzer this change acts as a control of the intensity of the light beam appears.

4. Light modulator according to claim 1, characterized in that as a reflective layer a semiconductor layer controllable by injection of minority carriers is provided is.