DE1816031A1 - UEbertragungselement zur magnetooptischen Anwendung,insbesondere zur Modulation von Infrarotstrahlung im Wellenbereich von 1 bis 20 Mikron - Google Patents

Description

PHH.2952

Dipi.-Ing. HORST A-UFR jw/mnv. _1fi1finQ1

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Anmelder: NX Ρ;;: \?ϊ öLOEllAiUPENFABRIEKEN

Akte: PM- 2952
Anmeldung vom: 20.Dezember 1968

übertragungselement zur magnetooptisehen Anwendung, insbesondere zur Modulation von Infrarotstrahlung im Wellenbereioh von 1 bis 20 Mikron.

Sie Erfindung bezieht sich auf ein Übertragungselement

zur magnetooptischen Anwendung, insbesondere zur Modulation von Infrarotstrahlung im Wellenbereiah von 1 bis 20 Mikron. Übertragungselemente der obengenannten Art bestehen aus einem oder mehreren Einkristallen oder aus einer monokristallinen oder polykristallinen Schicht auf einer die Infrarotstrahlung durchlässigen Unterschicht. Die obengenannte Anwendung beruht auf dem Vermögen des Stoffes, aus dem das betreffende Übertragungeelement besteht, die Polarisationsebene einer linear polarisierten elektromagnetischen strahlung, die darauf trifft, unter dem Einfluss eines Magnetfeldes, das eine Komponente hat in der Portpflanzungsrichtung der Strahlung, zu drehen. Diese Drehung ist unter dem Nahmen "Faraday-Effekt" bekannt. Die GrSsse des Fraday-Effektes (QT) wird hier ausgedrückt in der Anzahl Grade, um welche sich die Polarisationsebene je cm Weglänge der im übertragungselement zurückgelegten Strahlung dreht, wenn letzteres In einem Magnetfeld parallel zu? Strahlungsriohtung bis zur Sättigung magnetisiert

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Zur Erhaltung «Ines grossen Faraday-Sffekte·, der bereits durch kleine Magnetfelder oder duroh kleine Änderungen in Hioh· tung des Magnetfeldes deutlich spürbar beeinflusst werden kann_f verwendet man meistens Magnetitoffβ - unter denen in diesem Zusammenhang Werkstoffe verstanden werden, die bei Temperaturen unter einer für den betreffenden Werkstoff charaokteristisohen Ordnungstemperatur (Curie-Punkt) ferromagnetisch oder ferrimagnetisoh sind - die für die zu modulierte*· Strahlung gut durchlässig sind. Als Masstab flr die Verwendbarkeit des Magnetstoffes als Modulatormaterial für Strahlung einer bestimmte Wellenlänge verwendet man, ausser der genannten GrSsse 1/auoh die sogenannte "Leistungszahl" B · Unter Έ wird die Anzahl Oradβ Drehung der Polarisationsebene der Strahlung je dB· Dämpfung der Strahlungsintensität für da· bis zur* Sättigung magnetisierte Material verstanden* Dabei gilt die Beziehung

in der d » die von der Strahlung im Übertragungselement zurückgelegte

Weglange in cm,

e - die Basis des natürlichen Logarithmensystems, c<» der Absorptionskoeffizient, ausgedruckt in cm" iatj diese GrBsse wird definiert durch die Beziehungen- a *°β f^¹ (wobei r^ - der Quotient der Intensitäten der auftreffenden Strahlung I und der durohgelassenen Strahlung I ist), während die Grosse !/bereits vorstehend definiert wurde*

Die bisher bekanntesten Materialien für übertragungselemente zur Modulation von Infrarotstrahlung mit einer Wellenlänge zwischen 1 und 6 kikron sind Yttriumeisengranat 1,Fe-O₁₂ und die u.a. duroh teilweise Ersetzung von Eisen duroh Gallium davon herlaLtiaren Verbindungen« Diese Stoffe sind bei Zimmertemperatur ferrimagnetisoh· Sie werden vox· zugeweise im Form von Einkristallen verwendet« Vo« diesen Granate.*: wird

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wird «it abnehmender Wellenlänge uater einem Wert Yen 1 Mikron der Faraday-Effekt »war grosser, aber dieser Vorteil wird duroh eine sugleioh stark zunehmende Strahlungsabeoprtion zunichte genaoht, so daea die Leistungszahl niedrige Werten annimmt· Für Wellenlänge fiber 6 Mikron ist sowohl der Effekt gering als auoh der Absorptionskoeffisient gross, so dafie die Granate bei diesen Wellenlängen für dl« hier bezweckte Anwendung unverwendbar sind·

Die Erfindung betrifft ein übertragungselement sur Modulation von Infrarotstrahlung im Wellenbereich von 1 bia 20 Mikron· Dieses Übertragungselement soll den nachfolgenden Bedingungen entsprechenι ™ 1» Es muss aus einem oder mehreren Kristallen mit Spinell·

struktur bestehen}

2» Ea muss bei Temperaturen unter einer ffir den Stoff, aus

dem das betreffende Übertragungselement besteht« charakteristischen Temperatur ferromagnetisch oder ferrimagnetisoh sein« und eine magnetische

Permeabilität im Vakuum, ti - ... , von grosser als 1,2 aufweisen*

⁰ Ϊ % Es muss bei dieser Temperatur (Curie-Punkt) einen apesi-

fischen Widerstand grSseer als 100 Ohm»cm aufweisen!

4« Der Kristall muss bzw. die Kristalle Bussen eine ohe- g

mische Susammensetsung aufweisen₈ die eich duroh die Formel 1 ^r-Z, beschreiben Usst_e in der k - Od, Sn, Hg₉ Mn, Fe**, Go,Mjr,Xi,Fb, SaiiS,

entweder einsein oder ewei oder «ehr konbiniert, wthrend SS · S, Bt «der Te ist, entweder einzeln oder ewei oder »ehr konbinierto

Die betreffenden Kristalle kSftjnefi beispielsweise d«roh . Synthese erhalten werden· So lausen sich Kristalle der Verbindung Kadaittsi* ohromeelenid, CdCr₂Se., derart herstellen, date BAn Kadeiumeelenid CdSe Wid Chroiaeelenid Cr₂Se- in waeserfreiem geechmolsenee Kad«iuaohlorid 19et und die erhaltene LSsung langsam, beispielsweise mit einer Geschwindigkeit

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von 1-5 ^ec/h, abkühlt. Das Kadmiumchromselenid ist einer der wichtigsten Vertreter der Gruppe von Stoffen, welche die obenstehend definierte chemische Zusammensetzung aufweisen und deren Kristalle zur Bildung der er« findungsgemEssen übertragungselemente geeignet sind« Ee ist ferromagnetisch bei Temperaturen unter oa. 155^eK«

Fig» 1a zeigt eine graphische Darstellung, die den Verlauf dee Absorptionskoeffizientens>( (in cm" ) eines Kristalle von CdCr Se: als Funktion der Wellenl&nge \(in Mikron) im Wellenbereich von etwa 1-21 Mikron bei einer Temperatur von <?0^#K darstellt* Ee zeigt eich, dass der Absorptionskoeffizient innerhalb des ganzen Wellenlfingenbereiohs von etwa 1 bis 21 Mikron niedrig ist mit einem Höchstwert von 13 oa* im Wellenbereich zwischen 6 und 16 Mikron. Aus dem nahezu konstanten Wert von <K im letztgenannten Wellenbereich durfte man aohlieseen, das· die gemessene Absorption im wesentlichen der Anwesenheit chemischer und/oder physikalischer Inhomogenitäten im Kristall lususohreiben ist, so dass die an einem vollkommen homogenen. Kristall gemessene Absorption wesentlich niedriger* als di· hier gemessene sein wird·

Zum Vergleich dient Figur 1b, die entsprechende graphische Barstellungen für einen Kristall aus Yttrlumeisengranet Y-Fa₅O₁Jg bei 90*K und bei JOO"K zeigt. E* stellt sich heraus_s dass dieser Kristall zwar bei ' Wellenlängen zwischen etwa 1_e 1 und 6 Mikron eine noch wesentlich niedrigere Absorption aufweist al· der Kristall au· OdCr„Se,» auf den eich Figur 1a besieht ₉ aber bei Wellenlangen g?3s*ar «la 6 Mikron nimmt die Ab» sorption dee ¥ttriumeieengr*n*tkri«iftn· alt funktion der Wellenlänge so stark SU» dass die Verwendung dieses Materials AUf Wallenlängen von !»Ιέ Mikron beschränkt ist.

Aus Figur 2 geht hervor₉ dass die GrBsee des Faraday-•EffektesV(in Graden cm" ) des Yttriuffitieangranatkristalls im Wellenbereich von 1,1 - 6 Mikron hinter der des CdCr-Sa.-Kristalls weit zurück«« -^: '' ^u 909831/0895

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bleibt,- Ein grosser Faraday-Effekt ist besondere wichtig für diejenigen Anwendungen, bei denen die Dicke des übertragungselementes klein sein muss, beispielsweise beim optischen Lesen eines Speioherelementes.

Die graphische Darstellung nach Fig, 3 zeigt den Faraday-Effekt des betreffenden CdCr₃Se.-Kristalls als Funktion der Wellenlänge innerhalb des Wellenbereiches von 4»5 in 18 Mikron bei einer Temperatur von 9O⁰K. Aus dieser Figur geht hervor, dass bei einer Wellen* lange von etwa 7,0 Mikron der Faraday-Effekt des betreffenden CdCr₃Se.-Kristalls (bei 90^pK) das Vorzeichen ändert, so dass der Kz'istall bei dieser" Temperatur zum Modulieren von Strahlung mit einer Wellenlänge zwischen etwa 7,5 und 8 Mikron nicht verwendbar ist*

Die Fig. 4 und 5 zeigen graphische Darstellungen der Leistungszahl φ des betreffenden CdCr₃Se.-Kristalls als Funktion der .'/ellenlange ebenfalls bei einer Temperatur von 9O⁰K,

ürfindungsgemUsse übertragungselemente sind auch als Speieherelemente verwendbar, die dann dadurch abgelesen werden, dass das Vorzeichen der rowanenten !Magnetisierung desselben mittels polarisierter Infrarotstrahlung bestimmt wird.

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Claims (2)

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   PATENTANSPRÜCHEl ' - 1» Übertragungeelement aur magnetooptischen Anwendung, Insbesondere but Uo- * dulation von Infrarotstrahlung im Wellenbereich von 1 bis 20 Mikron, dadurch gekennzeichnet, dass es aus einem oder mehreren Kristallen mit Spinellstruktur besteht mit einer magnetischen Permeabilität im Vakuum u · tr bei Temperaturen unter dem Curie-Punkt von grosser als 1, 2,einem spezifischen Widerstand im Curie-Punkt von grosser als 100 Ohm«cm und einer chemischen Zusammensetzung ·, ι nach der Formel ACr₂Z., in der A-Cd, Zn, Hg, Mn, Fe , Co, Mg, Hi, Pb, _t -__—^- _t . _f -ua— _oder sa— — darstellt,

   entweder einzeln oder zwei oder mehr kombiniert, während Z-S, Se oder Te ist_t entweder einzeln oder zwei oder mehr kombiniert.
2. 2. Über tragung se lernen t nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dau-s der Kristall (die Kristalle) aus Kadmiumchromaelenid, CdCr₂Se,, besteht (bestehen)· 3« Verwendung eines Übertragungselementes nach einem der Ansprüche 1 oder 2 als Speicherelement, das dadurch abgelesen wird, dass das Vorzeichen der remanenten Magnetieierung desselben mittels polarisierter Infrarotstrahlung bestimmt wird»

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