DE2839216A1

DE2839216A1 - Magneto=optical modulator using Faraday effect - depends on light modulation matrix for image representation or storage

Info

Publication number: DE2839216A1
Application number: DE19782839216
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dipl Phys Dr Killat; Gert Ing Grad Rabe
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1978-09-08
Filing date: 1978-09-08
Publication date: 1980-03-20

Abstract

The modulator comprises a ferromagnetic layer (2), with a high Faraday rotation, containing a number of domains (4), displayed via a perpendicular magnetic field for modulating an incident light beam. An optical polarisation element is used for polarising and analusing the light beam. The ferromagnetic layer (2) has separate islands (3) which are magnetically isolated from the ferromagnetic layer (2) and which determines the size and path of the domains (4) within the latter or within the island. Immediately adjacent the domains (4) are electrical conductor paths for providing the perpendicular magnetic fields. Pref. each conductor path comprises one coil turn (5) overlying a respective island (3), the inner dia. of which is large compared with the extent of the domains (4) within the island (3).

Description

Magneto-optischer ModulatorMagneto-optical modulator

Die Erfindung betrifft einen magneto-optischen Modulator, bestehend aus einer ferrimagnetischen Schicht mit hoher Faraday-Drehung, welche in Richtung der Schichtnormalen unterschiedlich magnetisierte Domänen enthält, deren Wände mittels eines nahezu senkrecht zur Schichtebene liegenden magnetischen Feldes zur Modulation eines auf die Schicht auftreffenden Lichtstrahls verschiebbar sind, und aus einer Polarisationsoptik zum Polarisieren und Analysieren des Lichtstrahls.The invention relates to a magneto-optical modulator, consisting made of a ferrimagnetic layer with a high Faraday rotation, which in the direction of the layer normal contains differently magnetized domains, the walls of which by means of a magnetic field that is almost perpendicular to the plane of the layer for modulation of a light beam impinging on the layer are displaceable, and from one Polarization optics for polarizing and analyzing the light beam.

Magneto-optische Modulatoren, die auf der Basis des Faraday-Effektes arbeiten, sind bereits bekannt. So wird in der DE-OS 21 08 144 ein optisches Beugungsgitter beschrieben, bei dem mit Hilfe der Wandverschiebung bandförmiger Domänen der Gitterabstand veränderbar ist, so daß ein auf das Gitter auftreffendes Strahlenbündel in unterschiedlichen Richtungen gebeugt werden kann. Die Schwingungsebenen der einzelnen zum Strahlenbündel gehörenden, polarisierten Lichtstrahlen werden hierbei entsprechend der Magnetisierungsrichtung der Banddomänen, auf die die Lichtstrahlen treffen, gedreht, so daß ein hinter dem Gitter aufgestellter Analysator ein streifenförmiges Hell-Dunkel-Muster erzeugt. Ein derartiges Beugungsgitter eignet sich somit nicht zum Modulieren der Intensität eines Strahlenbündels über dessen gesamten Querschnitt, da bei der Wandverschiebung die Schwingungsebene des Strahlen- bündels immer nur in Teilbereichen des Querschnittes gedreht wird. Ferner ist zur Verschiebung der Domänenwände ein relativ großes magnetisches Feld erforderlich, wodurch der Leistung-sbedarf relativ groß wird.Magneto-optical modulators based on the Faraday effect work are already known. In DE-OS 21 08 144, for example, an optical diffraction grating is used described, in which with the help of the wall displacement of band-shaped domains the grid spacing is changeable, so that a beam impinging on the grating in different Directions can be bent. The vibration levels of the individual to the beam belonging, polarized light beams are here according to the direction of magnetization of the ribbon domains that the light rays hit, rotated so that one behind the A grid-mounted analyzer creates a strip-shaped light-dark pattern. Such a diffraction grating is therefore not suitable for modulating the intensity of a bundle of rays over its entire cross-section, as it is during the wall displacement the plane of vibration of the radiation bundle only in partial areas of the cross-section is rotated. Furthermore, to move the domain walls is a relatively large magnetic field required, which means that the power requirement is relative grows big.

In der DE-OS 26 06 596 wird ferner eine integrierte Lichtmodulationsmatrix für die Bilddarstellung und Bildprojektion beschrieben, die eine Vielzahl einzelner, matrixförmig angeordneter magneto-optischer Modulationselemente enthält. Die Lichtmodulationsmatrix besteht im wesentlichen aus einer epitaktisch gewachsenen ferrimagnetischen Schicht (Eisengranatschicht), die mittels einer Ätztechnologie derart bearbeitet ist, daß einzelne, magnetisch voneinander isolierte Inseln übrigbleiben. Diese Inseln stellen einzelne Modulationselemente dar, in denen jeweils die Magnetisierung entweder parallel oder antiparallel zur Schichtnormalen ausgerichtet ist. Derartige Anordnungen sind auch aus der magnetooptischen Speichertechnik bekannt.In DE-OS 26 06 596 an integrated light modulation matrix is also used for image display and image projection, which contain a large number of individual, Contains magneto-optical modulation elements arranged in a matrix. The light modulation matrix consists essentially of an epitaxially grown ferrimagnetic layer (Iron garnet layer), which is processed by means of an etching technology in such a way that individual, magnetically isolated islands remain. These islands represent individual modulation elements, in each of which the magnetization is either parallel or is aligned antiparallel to the slice normal. Such arrangements are also known from magneto-optical storage technology.

Im Betrieb wird das Modulationselement bei der Kompensationstemperatur gehalten (in der Praxis in einem gewissen Bereich neben der Kompensationstemperatur), so daß geringe externe Magnetfelder wegen der in diesem Bereich sehr großen Koerzitivfeldstärke keine Umschaltung der Magnetisierungsrichtung innerhalb des Modulationselementes bewirken können. Zum Umschalten der Magnetisierungsrichtung kann das Modulationselement kurzzeitig erhitzt werden, während gleichzeitig ein äußeres Magnetfeld gewünschter Richtung angelegt wird, das z.B. durch eine einfache Spule erzeugt wird. Die innere Magnetisierung des Modulationselementes richtet sich dann entsprechend dem äußeren Magnetfeld aus. Die Erwärmung des Modulationselementes kann hierbei mittels eines fokussierten La--serstrahls oder durch Anlegen eines kurzen Stromimpulses an Elektroden, die an dem Modulationselement angebracht sind, erfolgen.In operation, the modulation element is at the compensation temperature held (in practice within a certain range next to the compensation temperature), so that low external magnetic fields because of the very high coercive field strength in this area no switching of the magnetization direction within the modulation element can cause. To switch the direction of magnetization, the modulation element be briefly heated while at the same time an external magnetic field is desired Direction is applied, which is e.g. generated by a simple coil. The inner one The magnetization of the modulation element is then based on the external one Magnetic field off. The heating of the modulation element can in this case by means of a focused laser beam or by applying a short current pulse to electrodes, which are attached to the modulation element take place.

Ferner ist hieraus bekannt, daß ein neben der Kompensationstemperatur betriebenes Modulationselement (Schaltelement) nur durch ein angelegtes Magnetfeld umschaltbar ist. Da die Koerzitivfeldstärke in der Umgebung der Kompensationstemperalur sehr hoch ist, sind für die Umschaltung sehr hohe externe Magnetfelder nötig.It is also known from this that in addition to the compensation temperature operated modulation element (switching element) only by an applied magnetic field is switchable. Since the coercive field strength is in the vicinity of the compensation temperature is very high, very high external magnetic fields are required for switching.

Durch die Änderung der Magnetisierungsrichtung ist dann die Schwingungsebene eines auf das Modulationselement auftreffenden, linear polarisierten Lichtstrahls drehbar, so daß bei nahezu gekreuzten Polarisatoren aufgrund der Drehung der Schwingungsebene ein Intensitätsunterschied am Ausgang des zweiten Polarisators (Analysators) auftritt, wodurch der jeweilige Schaltzustand markierbar ist.By changing the direction of magnetization, the plane of oscillation is then a linearly polarized light beam impinging on the modulation element rotatable, so that with almost crossed polarizers due to the rotation of the plane of oscillation an intensity difference occurs at the output of the second polarizer (analyzer), whereby the respective switching status can be marked.

In diesem Fall ist somit eine Umschaltung (sog. Kompensationspunktschalten) des Modulationselementes nur mit Hilfe von zugeführter thermischer Energie und externen Magnetfeldern oder mit Hilfe von außerordentlich großen externen Magnetfeldern möglich. Die umgesetzte elektrische Leistung pro Modulationselement und Umschaltvorgang ist daher relativ hoch. Hinzu kommt, daß die Zeit zum Aufheizen eines Modulationselementes die Schnelligkeit eines Umschaltvorganges (Änderung des Magnetisierungszustandes) begrenzt.In this case, a changeover (so-called compensation point switching) of the modulation element only with the help of supplied thermal energy and external Magnetic fields or with the help of extremely large external magnetic fields possible. The converted electrical power per modulation element and switching process is therefore relatively high. In addition, it takes the time to heat up a modulation element the speed of a switching process (change of the magnetization state) limited.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen magneto-optischen Modulator zu schaffen, der eine erhöhte Modulationsgeschwindigkeit und einen geringeren Leistungsbedarf pro Umschaltvorgang besitzt.The object of the invention is to provide a magneto-optical modulator create an increased modulation speed and a lower power requirement per switching process.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die ferrimagnetische Schicht einzelne Inseln aufweist, die den Verlauf und die Größe der sich innerhalb der Schicht bzw.This object is achieved according to the invention in that the ferrimagnetic Layer has individual islands, the course and the size of the within the shift or

der Inseln ausbildenden Domänen bestimmen, und daß in unmittelbarer Nähe der Domänen elektrische Leiterbahnen zur Erzeugung des nahezu senkrecht zur Schichtebene verlaufenden Mag- netieldes zur lokalen Verschiebung der im Bereich des Lichtstrahls liegenden Domänenwände angeordnet sind.of the islands forming domains, and that in the immediate vicinity Proximity of the domains of electrical conductor tracks to generate the almost perpendicular to the Mag- netieldes for local displacement the domain walls lying in the region of the light beam are arranged.

Der magneto-optische Modulator nach der Erfindung besitzt eine ferrimagnetische Schicht, die nach außen wenigstens annähernd entmagnetisiert ist. Im mikroskopischen Bereich besitzt die ferrimagnetische Schicht jedoch einzelne Domänen, in denen die Magnetisierung jeweils parallel oder antiparallel zur Schichtnormalen verläuft. Da die Domänen sehr klein sind, verlaufen die zwischen ihnen liegenden magnetischen Feldlinien sehr nahe an der Schichtoberfläche, so daß von einer nach außen entmagnetisierten Schicht gesprochen werden kann.The magneto-optical modulator according to the invention has a ferrimagnetic one Layer that is at least approximately demagnetized to the outside. In the microscopic However, the ferrimagnetic layer has individual domains in which the Magnetization runs parallel or antiparallel to the slice normal. Since the domains are very small, the magnetic ones between them run Field lines very close to the layer surface, so that one demagnetized to the outside Shift can be spoken.

Ein solcher Zustand einer ferrimagnetischen Schicht stellt sich vorzugsweise dann ein, wenn sie sehr weit von ihrem Kompensationspunkt entfernt ist.Such a state of a ferrimagnetic layer preferably arises when it is very far from its compensation point.

Innerhalb der Schicht lassen sich Gebiete mit überwiegend einer Magnetisierungsrichtung bzw. Polarisationsrichtung erzeugen, indem mit Hilfe eines externen Magnetfeldes (Schaltfeldes), welches nahezu parallel zur Schichtnormalen verläuft, die Domänenwände verschoben werden. Hierbei wachsen die Domänen mit der gewünschten Magnetisierungsrichtung auf Kosten der entgegengesetzt magnetisierten Domänen. Die Umschaltgeschwindigkeit des Modulators wird danach durch die maximale Wanderungsgeschwindigkeit der Domänenwände bestimmt.Areas with predominantly one direction of magnetization can be found within the layer or generate polarization direction by using an external magnetic field (Switching field), which runs almost parallel to the layer normal, the domain walls be moved. The domains grow with the desired direction of magnetization at the expense of the oppositely magnetized domains. The switching speed of the modulator is then determined by the maximum migration speed of the domain walls certainly.

Um ein definiertes Schaltverhalten des magneto-optischen Modulators zu erreichen, sind die Domänen, deren Wände verschoben werden, innerhalb der ferrimagnetischen Schicht im Bereich des auf die Schicht auftreffenden Lichtstrahls fixiert.To a defined switching behavior of the magneto-optical modulator to achieve, the domains whose walls are shifted are within the ferrimagnetic Layer fixed in the area of the light beam impinging on the layer.

Die Fixierung erfolgt über die in der Schicht vorhandenen Inseln, die gleichzeitig die Größe und den Verlauf der Domänen innerhalb der Inseln bzw. in der Schicht bestimmen.The fixation takes place via the islands in the layer, which at the same time the size and the course of the domains within the islands or determine in the shift.

Durch Wandverschiebung der fixierten Domänen ist dann die Magnetisierungsrichtung über den bestrahlten Schichtbereich lokal veränderbar, so daß über den Faraday-Effekt bzw. über den Kerr-Effekt die Schwingungsebene eines durch die Schicht transmittierten bzw. an ihr reflektierten Lichtstrahls drehbar ist.The direction of magnetization is then due to the wall displacement of the fixed domains locally changeable over the irradiated layer area, so that over the Faraday effect or about the Kerr effect the plane of vibration one through the layer transmitted or reflected on her light beam is rotatable.

Durch Aufbringung von elektrischen Leiterbahnen auf die ferrimagnetische Schicht bzw. auf die Inseln wird ferner erreicht, daß das magnetische Schaltfeld auf den bestrahlten Schichtbereich konzentrierbar ist, so daß der Leistungsbedarf pro Umschaltvorgang erheblich reduziert werden kann.By applying electrical conductor tracks to the ferrimagnetic Layer or on the islands is also achieved that the magnetic switching field can be concentrated on the irradiated layer area, so that the power requirement can be significantly reduced per switching process.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die ferrimagnetische Schicht einzelne Inseln auf, die gegenüber der Schicht magnetisch isoliert sind, wobei auf der Oberfläche jeweils einer Insel eine Kreisspule zur Erzeugung eines die Insel nahezu senkrecht durchsetzenden Magnetfeldes aufgebracht ist, deren innerer Durchmesser groß ist gegenüber der Ausdehnung der innerhalb der Insel liegenden Domänen.According to an advantageous development of the invention, the ferrimagnetic Layer on individual islands that are magnetically isolated from the layer, with a circular coil for generating one on the surface of each island the island is applied almost perpendicularly penetrating magnetic field, its inner Diameter is large compared to the extent of those lying within the island Domains.

Durch die Inseln lassen sich die Domänen in einfacher, definierter Weise fixieren. Ferner wird erreicht, daß durch Änderung der Inselgröße das Gleichgewicht aus Wandenergie und Entmagnetiserungsenergie veränderbar ist, so daß sich je nach Größe einer Insel jeweils unterschiedlich große Domänen innerhalb der Insel ausbilden. Durch direktes Aufbringen einer Kreisspule auf jeweils eine Insel wird weiterhin erreicht, daß das magnetische Schaltfeld auf den Bereich der Insel konzentriert ist, der vom Lichtstrahl ausgeleuchtet wird.The islands make the domains easier, more defined Way to fix. It is also achieved that the equilibrium is achieved by changing the size of the island from wall energy and demagnetization energy is changeable, so that depending on Size of an island, develop domains of different sizes within the island. By applying a circular coil directly to one island at a time, the achieves that the magnetic switching field is concentrated on the area of the island that is illuminated by the light beam.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung weist die ferrimagnetische Schicht zwei im Abstand voneinander liegende, sie überragende Inselbereiche auf, die über die Schicht magnetisch miteinander verbunden sind, und zwischen denen sich eine auf der Schicht liegende Kreisspule zur Erzeugung eines die Schicht nahezu senkrecht durchsetzenden Magnetfeldes befindet.According to a further advantageous embodiment of the invention, the ferrimagnetic layer two spaced apart, towering island areas which are magnetically connected to each other via the layer, and between them a circular coil lying on the layer to produce a layer almost perpendicular penetrating magnetic field is located.

Die. sich hierbei in der Schicht ausbildende streifenförmige Domäne ist durch die Inselbereiche fixiert und zieht sich an den äußeren Rändern der Inselbereiche entlang. Durch Anordnung einer Kreisspule neben der Domäne und zwischen den Inselbereichen wird erreicht, daß jeweils nur ein Magnetisierungszustand in dem Schichtteil erzeugbar ist, der im Innern der Kreisspule liegt, so daß hierdurch der Kontrast zwischen unterschiedlichen Schaltzuständen erhöht wird.The. strip-shaped domains forming in the layer is fixed by the island areas and extends to the outer edges of the island areas along. By placing a circular coil next to the domain and between the island areas it is achieved that in each case only one magnetization state can be generated in the layer part is, which lies inside the circular coil, so that this creates the contrast between different switching states is increased.

Nach einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die ferrimagnetische Schicht außer in zwei im Abstand voneinander liegenden Inselgebieten implantierte Ionen auf, wobei sich zwischen den Inselgebieten eine auf der Schicht liegende Kreisspule zur Erzeugung eines die Schicht nahezu senkrecht durchsetzenden Nagnetfeldes befindet, wodurch erreicht wird, daß die ferrimagnetische Schicht in besonders einfacher und definierter Weise strukturiert werden kann.According to another advantageous development of the invention, has the ferrimagnetic layer except in two spaced apart island areas implanted ions, with one on the layer between the island regions lying circular coil for generating one that penetrates the layer almost perpendicularly Magnetic field is, whereby it is achieved that the ferrimagnetic layer in can be structured in a particularly simple and defined manner.

Die Zeichnung stellt Ausführungsbeispiele der Erfindung dar.The drawing shows exemplary embodiments of the invention.

Es zeigen Fig. ia bis c eine ferrimagnetische Schicht mit einer magnetisch isolierten Insel in unterschiedlichen Schaltzuständen sowie einen Schnitt durch die Insel, Fig. 2a bis c eine ferrimagnetische Schicht mit zwei magnetisch untereinander verbundenen Inselbereichen in verschiedenen Schaltzuständen sowie einen Schnitt durch beide Inselbereiche, Fig. 3a bis c eine weitere ferrimagnetische Schicht mit magnetisch untereinander verbundenen Inselgebieten in unterschiedlichen Schaltzuständen sowie einen Schnitt durch beide Inselgebiete, Fig. 4 einen magneto-optischen Modulator.FIGS. 1 a to c show a ferrimagnetic layer with a magnetic one isolated island in different switching states as well as a section through the island, Fig. 2a to c a ferrimagnetic layer with two magnetically one below the other connected island areas in different switching states as well as a cut through both island areas, Fig. 3a to c, a further ferrimagnetic layer with magnetically interconnected island areas in different switching states and a section through both island regions, FIG. 4 shows a magneto-optical modulator.

In Fig. la ist eine auf einem Substrat 1 liegende ferrimagnetische Schicht 2 dargestellt, aus der mit Hilfe bekannter Atzverfahren eine Insel 3 herausgearbeitet ist, die von der ferrimagnetischen Schicht 2 vollständig getrennt und daher von ihr magnetisch isoliert ist. Die Schicht 2, die einkristallin und epitaktisch auf dem Substrat 1 aufgewachsen ist, besteht aus in geeigneter Weise mit Wismut dotiertem Gadolinium-Eisen-Granat.In Fig. La is a lying on a substrate 1 ferrimagnetic Layer 2 is shown, from which an island 3 is carved out with the aid of known etching processes which is completely separated from the ferrimagnetic layer 2 and therefore from her is magnetically isolated. The layer 2, which is monocrystalline and epitaxial the substrate 1 is grown, consists of appropriately doped with bismuth Gadolinium iron garnet.

Innerhalb der Insel 3, die beispielsweise rechteckförmig ausgebildet ist und deren ebene Abmessungen etwa im Bereich zwischen 10 und 100 /um liegen, befinden sich mehrere in einer Richtung parallel zur Schichtnormalen magnetisierte, sehr kleine Bereiche 4 (Domänen), deren Wände mit Hilfe eines in gewünschter Weise nahezu parallel zur Schichtnormalen verlaufenden externen Magnetfeldes M (Fig. 1c) verschiebbar sind. Zur Erzeugung eines solchen Magnetfeldes M befindet sich unmittelbar auf der Insel 3 die Kreisspule 5, welche aufgedampft wurde und z.B. aus Gold besteht. Hierbei ist der innere Durchmesser der Kreis spule 5 groß gegenüber der Ausdehnung der innerhalb der Insel 3 liegenden Domänen 4.Inside the island 3, which is, for example, rectangular and their flat dimensions are approximately in the range between 10 and 100 μm, there are several magnetized in one direction parallel to the layer normal, very small areas 4 (domains), the walls of which with the help of a desired way external magnetic field M running almost parallel to the layer normal (Fig. 1c) are movable. To generate such a magnetic field M is located directly on the island 3 the circular coil 5, which was vapor-deposited and consists e.g. of gold. Here, the inner diameter of the circular coil 5 is large compared to the expansion the domains 4 located within the island 3.

Durch die in Fig. 1a dargestellte Domänenkonfiguration wird somit ein erster Schaltzustand des magneto-optischen Modulators 10 (Fig. 4) angegeben.The domain configuration shown in FIG a first switching state of the magneto-optical modulator 10 (Fig. 4) is indicated.

Fig. 1b zeigt den zweiten Schaltzustand des Modulators 10.1b shows the second switching state of the modulator 10.

Hier sind aufgrund eines durch die Kreisspule 5 fließenden Stromes und des daraus resultierenden Magnetfeldes M die Wände der Domänen 4 derart verschoben, daß innerhalb der Kreisspule 5 ein fast homogen magnetsierter Inselbereich vorliegt. Die Schwingungsebene eines linear polarisierten Lichtstrahls 11 (Fig. 4), der die Insel 3 parallelzur Schichtnormalen innerhalb der Kreisspule 5 durchsetzt, wird somit zwischen beiden Schaltzuständen erheblich gedreht, so daß auf diese Weise der Lichtstrahl in reproduzierbarer Weise modulierbar ist.Here are due to a current flowing through the circular coil 5 and the resulting magnetic field M, the walls of the domains 4 are shifted in such a way that that within the circular coil 5 there is an almost homogeneously magnetized island area. The plane of vibration of a linearly polarized light beam 11 (Fig. 4), which the Island 3 is penetrated parallel to the normal to the layer within the circular coil 5 thus rotated considerably between the two switching states, so that in this way the light beam can be modulated in a reproducible manner.

Fig. ic zeigt einen Schnitt durch Fig. ia gemäß der Linie A-A. Die Kreisspule 5 ist hier direkt auf die Insel 3 aufgedampft. Es sind aber auch andere Verfahren zum Aufbringen der Kreisspule 5 auf die Insel 3 möglich, z.B. photomechanische Verfahren. Ferner kann die Insel 3 auch eine andere Form, z.B. eine quadratische oder runde Form besitzen. Es ist weiterhin möglich, mehrere Inseln 3 auf einem geeigneten Substrat aufzubringen, so daß eine matrixförmige Anordnung entsteht. Die elektrische Ansteuerung der einzelnen Inseln kann dann in bekannter Weise über gekreuzte Leiterbahnen erfolgen.Fig. Ic shows a section through Fig. Ia along the line A-A. the Circular coil 5 is vapor-deposited directly onto island 3 here. But there are others too Method for applying the circular coil 5 to the island 3 is possible, e.g. photomechanical Procedure. Furthermore, the island 3 can also have another shape, for example a square or have a round shape. It is still possible to have several islands 3 on a suitable one Apply substrate, so that a matrix-shaped arrangement is formed. The electric The individual islands can then be controlled in a known manner using crossed conductor tracks take place.

Um den Kontrast zwischen beiden Schaltzuständen weiter zu erhöhen, ist es ferner möglich, ein zusätzliches magnetisches Gleichfeld, welches in gewünschter Weise parallel zur Schichtnormalen verläuft, zur Verkleinerung der sich in der Insel 3 ausbildenden Domänen 4 anzulegen.To further increase the contrast between the two switching states, It is also possible to have an additional DC magnetic field, which is desired in Way parallel to the normal to the layer, to reduce the size of the island 3 training domains 4 to be created.

In Fig. 2a bis c besitzt die auf dem Substrat 1 liegende ferrimagnetische Schicht 2 zwei rechteckige Inselbereiche 6, die derart entstanden sind, daß das Schichtmaterial zwischen den Inselbereichen 6 nur teilweise weggeätzt wurde, so daß sie über die Schicht 2 magnetisch miteinander verbunden sind.In Fig. 2a to c has the lying on the substrate 1 ferrimagnetic Layer 2 two rectangular island areas 6, which were created in such a way that the Layer material between the island regions 6 was only partially etched away, so that they are magnetically connected to one another via the layer 2.

Die Inselbereiche 6 besitzen Abstände voneinander, die etwa zwischen 10 und 100 /um liegen. Sie dienen als Haftstellen für Domänen 7, die-sich an ihrem äußeren Rand in definierter Weise streifenförmig entlangziehen. Zwischen beiden Inselbereichen 6 befindet sich eine auf der Schicht 2 aufgedampfte Kreisspule 5, die neben der Domäne 7 liegt, und mit deren Hilfe ein in geeigneter Richtung parallel zur Schichtnormalen liegendes Magnetfeld M (Fig. 2c) erzeugbar ist, mit dem die Wand der streifenförmigen Domäne 7 in den inneren Bereich der Kreisspule 5 verschiebbar ist (Fig. 2b). Auf diese Weise wird der innerhalb der Kreisspule 5 liegende Bereich der Schicht 2 ummagnetisiert, so daß ein vom ursprünglichen Schaltzustand (Fig. 2a) verschiedener Schaltzustand erzeugt wird. Die Schwingungsebene eines durch den inneren Bereich der Kreisspule 5 verlaufenden linear polarisierten Lichsstrahls ii kann auf diese Weise wiederum gedreht werden.The island areas 6 have distances from one another, approximately between 10 and 100 / µm. They serve as traps for domains 7 that are attached to their Draw stripes along the outer edge in a defined manner. Between the two Island areas 6 there is a circular coil 5 vapor-deposited on layer 2, which lies next to the domain 7, and with the help of which a parallel in a suitable direction to the layer normal lying magnetic field M (Fig. 2c) can be generated, with which the The wall of the strip-shaped domain 7 can be displaced into the inner region of the circular coil 5 is (Fig. 2b). In this way, the area lying within the circular coil 5 becomes of the layer 2 is remagnetized, so that one of the original switching state (Fig. 2a) different switching status generated will. The level of vibration one running through the inner region of the circular coil 5 linearly polarized Lichsstrahls ii can in turn be rotated in this way.

Fig. lc zeigt einen Schnitt durch Fig. 2a gemäß der Linie B-B.Fig. Lc shows a section through Fig. 2a along the line B-B.

Es sind ferner Konfigurationen möglich, bei denen die streifenförmige Domäne 7 gemäß Fig. 2a oberhalb des linken und unterhalb des rechten Inselbereiches 6 verläuft, so dan sie den Schichtbereich zwischen den Inselbereichen 6 durchzieht.There are also configurations possible in which the strip-shaped Domain 7 according to FIG. 2a above the left and below the right island area 6 runs so that it runs through the layer area between the island areas 6.

In diesem Fall liegt die Domäne 7 im inneren Bereich der Kreisspule 5. Sie läßt sich durch ein in seiner Richtung geeignet gewähltes Magnetfeld M aus dem inneren Bereich der Kreisspule 5 zur Erzeugung eines zweiten Schaltzustandes herausdrücken.In this case, the domain 7 lies in the inner area of the circular coil 5. It can be eliminated by a magnetic field M suitably selected in its direction the inner area of the circular coil 5 for generating a second switching state push out.

Da im inneren Bereich der Kreis spule 5 für einen Schal--zustand jeweils nur eine Magnetisierungsrichtung innerhalb der Schicht 2 vorliegt, ergibt sich ein erhöhter Kontrast zwischen beiden Schaltzuständen, da die Schwingungsebene des Lichtstrahls zwischen ihnen erheblich stärker gedreht wird.Since in the inner area of the circular coil 5 for a switching state in each case there is only one direction of magnetization within the layer 2, the result is a increased contrast between the two switching states, as the plane of oscillation of the light beam is rotated considerably more strongly between them.

Natürlich sind auch andere Formen der Inselbereiche 6 möglich, z.B. quadratische. Ferner ist es möglich, mehrere Inselbereiche 6 in geeigneter Weise auf einem Substrat 1 aufzubringen, so daß matrixförmige Anordnungen entstehen.Of course, other shapes of island areas 6 are also possible, e.g. square. Furthermore, it is possible to have several island areas 6 in a suitable manner to be applied to a substrate 1, so that matrix-like arrangements are formed.

In Fig. 3a bis c sind in die ferrimagnetische Schicht 2, die auf einem Substrat 1 liegt, außer in zwei rechteckigen Insel gebieten 8 positive Bor-Ionen implantiert. Die Schichten 2 wurden beispielsweise etwa zwanzig Minuten lang mit 350 KeV-16 2 B+-Ionen beschossen (1016 Ionen/cm2). Die Inselgebiete 8 waren hierbei abgedeckt. Zwischen den Inselgebieten 8,'deren Abstand etwa zwischen 10 und 100 /um liegt, befindet sich weiterhin eine Kreisspule 5, mit deren Hilfe ein in gewünschter Richtung parallel zur Schichtnormalen verlaufendes Magnetfeld M (Fig. 3c) erzeugbar ist, mit dem die Wand einer sich zwischen den Inselgebieten 8 nahezu geradlinig ausbreitenden Domäne 9 derart verschiebbar ist, daß der innere Bereich der Kreis spule 5 einen vom ursprünglichen Zustand verschiedenen Magnetisierungszustand annimmt. Die Kreisspule 5 ist hierbei neben der Domäne 9 angeordnet. Die sich in der Schicht 2 ausbildende Domäne 9 ist somit zwischen den Inselgebieten 8 fixiert, so daß durch definierte Wandverschiebung ein reproduzierbares Schalten (Modulieren des Lichtstrahls) möglich ist. Fig. 3c zeigt wiederum einen Schnitt durch Fig.In Fig. 3a to c are in the ferrimagnetic layer 2, which is on a Substrate 1 lies, apart from in two rectangular islands, 8 positive boron ions implanted. Layers 2 have been using for about twenty minutes, for example Bombarded with 350 KeV-16 2 B + ions (1016 ions / cm2). The island areas 8 were here covered. Between the island regions 8, the distance between them is approximately between 10 and 100 / um, there is still a circular coil 5, with the help of which a desired Direction parallel to the normal to the layer Magnetic field M (Fig. 3c) can be generated, with which the wall of a between the island areas 8 almost linearly spreading domain 9 is displaceable in such a way that the inner Area of the circular coil 5 has a different magnetization state from the original state accepts. The circular coil 5 is arranged next to the domain 9. Which are in the domain 9 forming the layer 2 is thus fixed between the island regions 8, so that a reproducible switching (modulating of the light beam) is possible. FIG. 3c again shows a section through FIG.

3a gemäß der Linie C-C. Natürlich können auch hier mehrere Inselgebiete 8 in geeigneter Weise matrixförmig auf einem Substrat aufgebracht werden, wobei ihre Formen auch andere als rechteckige sein können.3a according to line C-C. Of course, several island areas can also be here 8 are applied in a suitable manner in the form of a matrix on a substrate, wherein their shapes can also be other than rectangular.

Die Fig. 4 zeigt einen magneto -optischen Modulator 10, 0 , der aus einer auf einem Substrat 1 liegenden ferrimagnetischen Schicht 2 besteht, aus der beispielsweise eine Insel 3 herausgearbeitet ist, die von der Schicht 2 magnetisch isoliert ist. Auf der Insel 3 befindet sich eine Kreisspule 5, durch deren inneren Bereich ein parallel zur Schichtnormalen liegender Lichtstrahl 11 hindurchtritt, der zuvor mittels eines Polarisators 12 linear polarisiert wurde. Durch Anlegen eines Magnetfeldes in Strahlrichtung mittels eines durch die Kreisspule 5 geleiteten Stromes läßt sich die Schwingungsebene des Lichtstrahls 11 drehen, so daß sich am Ausgang des Analysators 13 eine Lichtintensitätsveränderung ergibt, wodurch der jeweilige Schaltzustand markierbar ist.Fig. 4 shows a magneto-optical modulator 10, 0, from a ferrimagnetic layer 2 lying on a substrate 1, from which for example an island 3 is carved out from the layer 2 magnetically is isolated. On the island 3 there is a circular coil 5, through its inner A light beam 11 lying parallel to the layer normal passes through the area, which was previously linearly polarized by means of a polarizer 12. By investing a magnetic field in the direction of the beam by means of one passed through the circular coil 5 Current can rotate the plane of oscillation of the light beam 11, so that on Output of the analyzer 13 results in a change in light intensity, whereby the respective switching state can be marked.

Da das Schaltfeld (Magnetfeld M) auf den Bereich der ferrimagnetischen Schicht 2 konzentriert ist, der vom Lichtstrahl 11 ausgeleuchtet wird (Inselstruktur 3), und da das Schalten nur durch Verschiebung von Domänenwänden erfolgt, sind die Schaltleistungen pro Umschaltvorgang ganz erheblich gegenüber den bekannten Modulationselementen reduziert.Since the switching field (magnetic field M) on the area of the ferrimagnetic Layer 2 is concentrated, which is illuminated by the light beam 11 (island structure 3), and since the switching is only done by moving domain walls, the Switching performance per switching process is quite considerable compared to the known modulation elements reduced.

Die Geschwindigkeit des Modulators 10 ist durch die maximale Wanderungsgeschwindigkeit der Domänenwände bestimmt, die in der Größenordnung von etwa hundert Metern pro Sekunde liegt.The speed of the modulator 10 is determined by the maximum travel speed the domain walls determined that are on the order of about a hundred meters each Second lies.

Eine weitere Steigerung der Wanderungsgeschwindigkeit auf einige hundert Meter pro Sekunde kann erfolgen, wenn zusätzliche, in der Schichtebene liegende magnetische Felder verwendet werden. Bei Strahldurchmessern von etwa 5 /um sind dann Bitraten bis zu 100 Megabit/Sekunde erzeugbar.Another increase in the speed of migration to a few hundred Meters per second can be done if additional ones are located in the layer level magnetic fields are used. With beam diameters of about 5 μm then bit rates of up to 100 megabits / second can be generated.

Claims

PATENT CLAIMS: g Magneto-optical modulator, consisting of a ferrimagnetic layer with high Faraday rotation, which is in the direction of the layer normal contains differently magnetized domains, the walls of which by means of a nearly perpendicular to the plane of the layer magnetic field for modulating a the layer of incident light beam are displaceable, and from polarization optics for polarizing and analyzing the light beam, characterized in that the ferrimagnetic layer (2) has individual islands (3, 6, 8), which the course and the size of the domains that form within the layer or islands (4, 7, 9) determine, and that in the immediate vicinity of the domains electrical conductor tracks to generate the magnetic field (M) that runs almost perpendicular to the layer plane for the local displacement of the domain walls lying in the area of the light beam (11) are arranged.

2. Modulator according to claim 1, characterized in that the ferrimagnetic Layer (2) has individual islands (3) which are magnetically insulated from the layer are, and that on the surface of each island a circular coil (5) for generation a magnetic field (M) penetrating the island almost vertically is applied, whose inner diameter is large compared to the extent of the inside of the island lying domains.

3. Modulator according to claim 2, characterized in that the islands (3) have a planar extent which is approximately between 10 and 100 μm.

4. Modulator according to claim 1, characterized in that the ferrimagnetic Layer (2) two spaced apart, towering island areas (6), which are magnetically connected to one another via the layer, and between which have a circular coil (5) resting on the layer to generate a die Layer is almost perpendicular penetrating magnetic field (M).

5. Modulator according to claim 4, characterized in that the inner Diameter of the circular coil (5) approximately the distance between the island areas (6) corresponds to each other.

6. Modulator according to claim 1, characterized in that the ferrimagnetic Layer (2) implanted except in two spaced apart island regions (8) Having ions, and that between the island regions there is one lying on the layer Circular coil (5) for generating a magnetic field that penetrates the layer almost perpendicularly (M) is located.

7. Modulator according to claim 4 or 6, characterized in that the The distance between the island areas (6) or island areas (8) is between 10 and 100 μm.

8. Modulator according to claim 6, characterized in that the into the Layer (2) implanted ions are positive boron ions.

9. modulator according to one or more of claims 2, 4, 5 and 6, characterized in that the circular coils (5) are made of gold.

10. Modulator according to one or more of claims 1 to 9, characterized characterized in that the individual islands (3, 6, 8) are arranged in a matrix.