DE1816031C3 - Magneto-optic light modulation element - Google Patents
Magneto-optic light modulation elementInfo
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Description
Cu1 + Fe1" Ag1 + In"Cu 1 + Fe 1 "Ag 1 + In"
oderor
Ag' + Fe"Ag '+ Fe "
darstellt, entweder einzeln oder zwei oder mehr kombiniert, während Z = S, Se oder Te ist, entweder einzeln oder zwei oder mehr kombiniertrepresents, either singly or two or more combined while Z = S, Se or Te, either singly or two or more combined
2. Lichtmodulationselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kristall (die Kristalle) aus Kadmiumchromselenid, CdCr2Se4, besteht (bestehen).2. Light modulation element according to claim 1, characterized in that the crystal (the Crystals) consists of cadmium chromium selenide, CdCr2Se4.
3. Verwendung eines Lichtmodulationselementes nach einem der Ansprüche 1 oder 2 als Speicherelement, das dadurch abgelesen wird, daß das Vorzeichen seiner remanenten Magnetisierung mittels polarisierter Infrarotstrahlung bestimmt wird.3. Use of a light modulation element according to one of claims 1 or 2 as a memory element which is read in that the Sign of its remanent magnetization determined by means of polarized infrared radiation will.
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Die Erfindung bezieht sich auf ein magnetooptisches Lichtmodulationselement zur Modulation von Infrarotstrahlung im Wellenlängenbereich von 1 bis 20 Mikron mit Hilfe des Faraday-Effekts. Derartige Elemente bestehen aus einem oder mehreren Einkristallen oder aus einer monokristallinen oder polykristallinen Schicht auf einer für Infrarotstrahlung durchlässigen Unterschicht Die obengenannte Anwendung beruht auf dem Vermögen des Stoffes, aus dem das betreffende Element besteht, die Polarisationsebene einer auftreffenden linear polarisierten elektromagnetischen Strahlung unter dem Einfluß eines Magnetfeldes, das eine Komponente in Fortpflanzungsrichtung der Strahlung hat, zu drehen. Diese Drehung ist unter dem Namen »Faraday-Effekt« bekannt Die Größe des Faraday-Effektes (υ) wird hier ausgedrückt in der Anzahl Grade, um welche sich die Polarisationsebene je cm Wegiänge der im Element zurückgelegten Strahlung dreht, wenn letzteres in einem Magnetfeld parallel zur Strahlungsrichtung bis zur Sättigung magnetisiert istThe invention relates to a magneto-optical light modulation element for modulating infrared radiation in the wavelength range from 1 to 20 microns with the help of the Faraday effect. Such elements consist of one or more single crystals or of a monocrystalline or polycrystalline layer on a sub-layer permeable to infrared radiation. The above application is based on the Property of the substance of which the element in question consists, the plane of polarization of an incident linearly polarized electromagnetic radiation under the influence of a magnetic field, the one Component has to rotate in the direction of propagation of the radiation. This twist is under the name "Faraday effect" known The size of the Faraday effect (υ) is expressed here in the number of degrees around which the plane of polarization rotates per cm of path length of the radiation covered in the element, if the latter is magnetized in a magnetic field parallel to the direction of radiation until saturation
Zum Erhalten eines großen Faraday-Effektes, der bereits durch kleine Magnetfelder oder durch kleine Änderungen in Richtung des Magnetfeldes deutlich spürbar beeinflußt werden kann, verwendet manTo obtain a large Faraday effect, which is already caused by small magnetic fields or by small Changes in the direction of the magnetic field can be clearly noticeably influenced, one uses
.ή meistens Magnetwerkstoffe - unter denen in diesem Zusammenhang Werkstoffe verstanden werden, die bei Temperaturen unter einer für den betreffenden Werkstoff charakteristischen Ordnungsiemperatur (Curie-Punkt) ferromagnetisch oder f errimagnetisch sind -die für die zu modulierende Strahlung gut durchlässig sind. Als Maßstab für die Verwendbarkeit des Magnerwerkstoffes als Modulatormaterial für Strahlung einer bestimmten Wellenlänge verwendet man außer der genannten Größe # auch die sogenannte Leistungszahl Φ. Unter Φ wird die Anzahl Grade Drehung der Polarisationsebene der Strahlung je dB, Dämpfung der Strahlungsintensität für das bis zur Sättigung magnetisierte Material verstanden..ή mostly magnetic materials - which in this context are understood to mean materials that are ferromagnetic or ferromagnetic at temperatures below an order temperature characteristic of the material in question (Curie point) - which are well permeable to the radiation to be modulated. As a yardstick for the usability of the magnetic material as a modulator material for radiation of a certain wavelength, apart from the specified quantity # , the so-called coefficient of performance Φ is also used. Under Φ the number of degrees of rotation of the polarization plane of the radiation per dB, attenuation of the radiation intensity for the material magnetized to saturation is understood.
Die bisher bekanntesten Materialien für Elemente zur Modulation von Infrarotstrahlung sind Yttriumeisengranat Y3FesOi2 und die α a. durch teilweise Ersetzung von Eisen durch Gallium davon herleitbaren Verbindungea Diese Stoffe sind bei Zimmertemperatur ferrimagnetisch. Sie werden vorzugsweise in Form von Einkristallen verwendet Diese Eisengranate sind nur in einem beschränkten Wellenlängenbereich, nämlich zwischen 1 und 6 Mikron, praktisch verwendbar.The best known materials for elements for modulating infrared radiation are yttrium iron garnet Y3FesOi2 and the α a. by partial replacement compounds derived from iron by gallium a These substances are ferrimagnetic at room temperature. They are preferably in the form of Single crystals used These iron grenades are only in a limited range of wavelengths, namely between 1 and 6 microns, practically usable.
Mit abnehmender Wellenlänge unter einen Wert von 1 Mikron wird der Faraday-Effekt zwar größer, aber dieser Vorteil wird durch eine zugleich stark zunehmende Strahlungsabsorption zunichte gemacht, so daß die Leistungszahl niedrige Werte annimmt Für Wellenlängen über 6 Mikron ist sowohl der Effekt gering als auch der Absorptionskoeffizient groß.As the wavelength decreases below a value of 1 micron, the Faraday effect increases, but it does this advantage is nullified by a strong increase in radiation absorption at the same time, so that the COP Takes Low Values For wavelengths above 6 microns the effect is both small and the absorption coefficient is large.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein magnetooptisches Lichtmodulationselement zu schaffen, das im Wellenlängenbereich von 1 bis 20 Mikron verwendbar ist und im Wellenlängenbereich zwischen 1 und 6 Mikron einen größeren Faraday-Effekt aufweist, als die in diesem Bereich bisher verwendeten Eisengranate.It is therefore an object of the invention to provide a magneto-optical light modulation element which is used in the Wavelength range from 1 to 20 microns can be used and in the wavelength range between 1 and 6 Micron has a greater Faraday effect than the iron grenade previously used in this area.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das magnetooptische Lichtmodulationselement aus einem oder mehreren Kristallen mit Spinellstruktur besteht mit einer relativen Permeabilität bei Temperaturen unter dem Curiepunkt von größer als 1,2, einem spezifischen Widerstand am Curiepunkt von größer als 100 Ohm · cm und einer chemischen Zusammensetzung nach der Formel ACr2Z4, in der A = Cd, Zn, Hg, Mn, Fe", Co1 Mg, Ni, Pb,This object is achieved according to the invention in that the magneto-optical light modulation element consists of one or more crystals with a spinel structure with a relative permeability at temperatures below the Curie point of greater than 1.2, a specific resistance at the Curie point of greater than 100 ohm cm and a chemical one Composition according to the formula ACr2Z4, in which A = Cd, Zn, Hg, Mn, Fe ", Co 1 Mg, Ni, Pb,
oderor
darstellt, entweder einzeln oder zwei oder mehr kombiniert, während Z = S, Se oder Te ist, entweder einzeln oder zwei oder mehr kombiniertrepresents, either singly or two or more combined, while Z = S, Se or Te, either individually or two or more combined
Die betreffenden Kristalle können beispielsweise durch Synthese erhalten werden. So lassen sich Kristalle der Verbindung Kadmiumchromselenid, CdCr2Se4, derart herstellen, daß man Kadmiumselenid CdSe und Chromselenid CnSe3 in wasserfreiem geschmolzenem Kadmiumchlorid löst und die erhaltene Lösung langsam, beispielsweise mit einer Geschwindigkeit von 1 bis 5°C/h. abkühlt. Das Kadmiumchromselenid ist einer derThe crystals in question can be obtained, for example, by synthesis. So can crystals the compound cadmium chromium selenide, CdCr2Se4, so that one cadmium selenide CdSe and Chromium selenide CnSe3 dissolves in anhydrous molten cadmium chloride and the resulting solution slowly, for example at a rate of 1 to 5 ° C / h. cools down. The cadmium chromium selenide is one of the
wichtigsten Vertreter der Gruppe von Stoffen, welche die obenstehend definierte chemische Zusammensetzung aufweisen und deren Kristalle zur Bildung de? erfindungsgemäßen Übertragungselemente geeignet sind. Es ist ferromagnetisch bei Temperaturen unter etwa 135° K.main representative of the group of substances which have the chemical composition defined above and their crystals for the formation of the? Transmission elements according to the invention are suitable. It is ferromagnetic at temperatures below about 135 ° K.
Kadmiumchromselenid und Kadmiumchromsulphid sind an sich bekannt aus »Phys. Rev. Letters« 17 (1966), S. 1090 bis 1092, in der das Verschieben der optischen Absorptionskante durch Anwendung eines äußeren ι ο magnetischen Feldes beschrieben wird.Cadmium chromium selenide and cadmium chromium sulphide are known per se from »Phys. Rev. Letters «17 (1966), pp. 1090 to 1092, in which the shifting of the optical Absorption edge is described by applying an external ι ο magnetic field.
F i g. la zeigt eine graphische Darstellung, die den Verlauf des Absorptionskoeffizienten a. (in cm-1) eines Kristalls von CdCnSe* als Funktion der Wellenlänge Λ (in Mikron) im Wellenlängenbereich von etwa 1 bis 21 Mikron bei einer Temperatur von 900K darstellt Es zeigt sich, daß der Absorptionskoeffizient innerhalb des ganzen Wellenlängenbereichs von etwa 1 bis 21 Mikron niedrig ist mit einem Höchstwert vgj 13 cm-1 im Welienlängenbereich zwischen 6 und 18 Mikron. Aus zo dem nahezu konstanten Wert von <x im letztgenannten Wellenlängenbereich durfte man schließen, daß die gemessene Absorption im wesentlichen der Anwesenheit chemischer und/oder physikalischer Inhomogenitäten im Kristall zuzuschreiben ist, so daß die an einem vollkommen homogenen Kristall gemessene Absorption wesentlich niedriger als die hier gemessene sein wird.F i g. la shows a graph showing the course of the absorption coefficient a. (in cm- 1) of a crystal of CdCnSe * as a function of wavelength Λ (in microns) in the wavelength range of from about 1 to 21 microns at a temperature of 90 0 K represents It is found that the absorption coefficient within the entire wavelength range of about 1 is as low as 21 microns with a maximum value of 13 cm- 1 in the wavelength range between 6 and 18 microns. From zo the nearly constant value of <x in the latter wavelength range could be concluded that the measured absorption substantially to the presence of chemical and / or physical inhomogeneities is attributable to the crystal, so that the temperature measured on a perfectly homogeneous crystal absorption significantly lower than the here will be measured.
Zum Vergleich dient Fig. Ib, die entsprechende graphische Darstellungen für einen Kristall aus Yttriumeisengranat Y3FesOi2 bei 9O0K und bei 3000K zeigt Es stellt sich heraus, daß dieser Kristall zwar bei Wellenlängen zwischen etwa 1,1 und 6 Mikron eine noch wesentlich niedrigere Absorption aufweist als der Kristall aus CdCreSe4, auf den sich F i g. 1 a bezieht, aber bei Wellenlängen größer als 6 Mikron nimmt die Absorption des Yttriumeisengranatkristalls als Funktion der Wellenlänge so stark zu, daß die Verwendung dieses Materials auf Wellenlängen von 1,1 bis 6 Mikron beschränkt ist.Is used to compare Fig. Ib, the corresponding graphical representations for a crystal of yttrium iron garnet Y3FesOi2 at 9O 0 K and 300 0 K shows It turns out that this crystal even though significantly lower at wavelengths between about 1.1 and 6 microns Has absorption than the crystal of CdCreSe4 on which FIG. 1 a, but at wavelengths greater than 6 microns the absorption of the yttrium iron garnet crystal as a function of wavelength increases so much that the use of this material is limited to wavelengths from 1.1 to 6 microns.
Aus Fig.2 geht hervor, daß die Größe des Faraday-Effektes υ (in Graden cm-1) des Yttriumeisengranatkristalls im Wellenbereich von 1,1 bis 6 Mikron hinter der des CdCnSevKristalls weit zurückbleibt Ein großer Faraday-Effekt ist besonders wichtig für diejenigen Anwendungen, bei denen die Dicke des Obertragungselememes klein sein muß, beispielsweise beim optischen Lesen eines Speicherelementes.2 shows that the size of the Faraday effect υ (in degrees cm- 1 ) of the yttrium iron garnet crystal in the wave range from 1.1 to 6 microns is far behind that of the CdCnSev crystal. A large Faraday effect is particularly important for those applications , in which the thickness of the transmission element must be small, for example when reading a memory element optically.
Die graphische Darstellung nach Fig.3 zeigt den Faraday-Effekt des betreffenden CdCr2Se4-Kristalls als F'jnktion der Wellenlänge innerhalb des Wellenlängenbereiches von 4,5 bis 18 Mikron bei einer Temperatur von 900K. Aus dieser Figur geht hervor, daß bei einer Wellenlänge von etwa 7,8 Mikron der Faraday-Effekt des betreffenden CdCnSw-Kristans (bei 900K) das Vorzeichen ändert, so daß der Kristall bei dieser Temperatur zum Modulieren von Strahlung mit einer Wellenlänge zwischen etwa 74 und 8 Mikron nicht verwendbar istThe graph of Figure 3 shows the Faraday effect of the relevant CdCr2Se4 crystal F'jnktion than the wavelength within the wavelength range from 4.5 to 18 microns at a temperature of 90 0 K. From this figure it appears that at a wavelength of the corresponding CdCnSw-Kristans changes of about 7.8 microns of the Faraday effect (at 90 K 0), the sign, so that the crystal can not be used at this temperature for modulating radiation having a wavelength between about 74 and 8 microns
Die Fig.4 und 5 zeigen graphische Darstellungen der Leistungszahl Φ des betreffenden CdCreSe-i-Kristalls als Funktion der Wellenlänge ebenfalls bei einer Temperatur von 90° K. Dabei gilt die BeziehungFigures 4 and 5 show graphs the coefficient of performance Φ of the relevant CdCreSe-i crystal as a function of the wavelength also at a temperature of 90 ° K. The relationship applies
Φ= -ττ.Φ = -ττ.
\Q(lQ\oge)<td\ Q ( lQ \ oge) <td
= 0,23 -,= 0.23 -,
in derin the
d die von der Strahlung im Übertragungselement d that of the radiation in the transmission element
zurückgelegte Weglänge in cm,
e die Basis des natürlichen Logarithmensystems,
α der Absorptionskoeffizient, ausgedrückt in cm-1,distance covered in cm,
e the base of the natural logarithmic system,
α is the absorption coefficient, expressed in cm- 1 ,
ist; diese Größe wird definiert durch die Beziehungis; this quantity is defined by the relationship
(wobei -j- der Quotient der Intensitäten der auftreffenden Strahlung /0 und der durchgelassenen Strahlung I ist],(where -j- is the quotient of the intensities of the incident radiation / 0 and the transmitted radiation I ],
während die Größe ν bereits vorstehend definiert wurde.while the quantity ν has already been defined above.
Erfindungsgemäße Übertragungselemente sind auch als Speicherelemente verwendbar, die dann dadurch abgelesen werden, daß das Vorzeichen ihrer remanenten Magnetisierung mittels polarisierter Infrarotstrahlung bestimmt wird.Transmission elements according to the invention can also be used as storage elements, which then thereby can be read that the sign of their remanent magnetization by means of polarized infrared radiation is determined.
Hierzu 4 Blatt ZeichnungenFor this purpose 4 sheets of drawings
Claims (1)
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NL6800387A NL6800387A (en) | 1968-01-11 | 1968-01-11 | |
| NL6800387 | 1968-01-11 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE1816031A1 DE1816031A1 (en) | 1969-07-31 |
| DE1816031B2 DE1816031B2 (en) | 1976-04-08 |
| DE1816031C3 true DE1816031C3 (en) | 1976-11-25 |
Family
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