DE60307919T2

DE60307919T2 - Magnetooptischer Modulator und davon Gebrauch machendes optisches Kommunikationssystem

Info

Publication number: DE60307919T2
Application number: DE60307919T
Authority: DE
Inventors: Hisashi Otsu-shi Minemoto
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2002-03-26
Filing date: 2003-03-24
Publication date: 2007-04-19
Anticipated expiration: 2023-03-25
Also published as: CN1297082C; US20030184841A1; US6912080B2; CN1447536A; EP1348993A1; DE60307919D1; EP1348993B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen magnetooptischen Modulator und ein optisches Kommunikationssystem, das denselben verwendet.
Ein elektro-optischer Modulator, wie eine Pockels-Zelle, ist in herkömmlichen optischen Kommunikationssystemen weit verbreitet eingesetzt worden. Insbesondere ein optischer Wellenleiter-Modulator, der den elektro-optischen Effekt des LiNbO₃ Kristalls ausnutzt, ist ein typischer Vertreter (Nishihara et al., Optical Integrated Circuit, Seiten 298–304, 1985, Ohm-sha). Jedoch weist der optische Modulator, der den elektro-optischen Kristall benutzt, einen Nachteil dahingehend auf, dass er unter der Gleichstrom (DC)-Drift (J. Appl. Phys. Vol. 76, Nr. 3, Seiten 1405–1408 (1994)) und optischer Beeinträchtigung (Englisch: Optical Damage) leidet. Daher ist es schwierig, ihn für eine längere Zeitdauer stabil zu betreiben, oder es kostet viel, um eine Verschlechterung seiner Merkmale zu vermeiden.
Vor kurzem sind vielfältige optische Kommunikationssysteme offenbart worden, in denen ein elektrisches Feld von einer Antenne als eine Quelle eines Radiofrequenzsignals einem elektro-optischen Modulator beaufschlagt wird (JP 4-1722611A, JP 10-186189A).
Andererseits ist, obwohl ein magneto-optischer Modulator bereits für eine lange Zeit untersucht worden ist, ist aufgrund seiner Antwortgeschwindigkeit, die langsamer als die des elektro-optischen Modulators ist, seine Entwicklung nicht weit vorangeschritten.
Daher wird der magneto-optische Modulator aufgrund der langsamen Antwortgeschwindigkeit nur für einen auf einer niedrigen Antwortgeschwindigkeit betriebenen Magnetfeldsensor oder einen Sensor für elektrischen Strom, angewendet (J. Appl. Phys. Vol. 53, Nr. 11, Seiten 8263–8265 (1982); National Technical Report Vol. 38 Nr. 2, Seiten 127–133 (1992)).
Der herkömmliche magneto-optische Modulator, der in einem in JP 7-199137A offenbarten optischen Kommunikationssystem eingesetzt wird, antwortet auf nicht. höher als einige zehn kHz. Ferner wird ein optischer Isolator für einen magneto-optischen Modulator in US Patent Nr. 6,141,140 eingesetzt. Jedoch ist dessen Antwortgeschwindigkeit ebenfalls niedrig und einer seiner Nachteile ist, dass er nicht als optischer Isolator funktioniert, weil ein Teil des Lichts unnötigerweise auf einer Lichtquelle durch die Anwesenheit des Faradayeffekts zurückreflektiert wird.
Ferner ist kürzlich ein magneto-optischer Modulator, in dem ein vormagnetisierendes magnetisches Gleichstrom (DC)-Feld auf einen magneto-optischen Kristallfilm angewendet wird, untersucht worden, um einen elektrischen Strom in einem elektronischen Halbleiterschaltkreissubstrat zu messen (Appl. Phys. Lett. Vol. 68, Nr. 25, Seiten 3546–3548 (1996); 61th JJAP Transaction, Lecture No. 4p-Q-4 (2000)).
Wie oben beschrieben, weist der elektro-optische Modulator, insbesondere der wellenleiteroptische Modulator, der den Pockels-Effekt benutzt, den Vorteil auf, dass er für eine Hochgeschwindigkeitsmodulation eines Laser- oder LED-Lichts geeignet ist, und dass er frei von einer Wellenlängenvariation oder einem Wellenlängenzirpen ist, das durch eine direkte Modulation eines Halbleiterlasers verursacht wird. Jedoch weist der elektro-optische Modulator einen Nachteil dahingehend auf, dass er eine Gleichstrom(DC)-Drift und optische Beeinträchtigung (Englisch: Optical Damage) aufweist, was seine Herstellungskosten erhöht, wenn man gegen diese Nachteile Gegenmaßnahmen trifft. Weiterhin sind die Gleichstrom(DC)-Drift und die Temperaturkennlinien von großem Belang in einem optischen Kommunikationssystem, bei dem das Licht durch ein elektrisches Signal von der Antenne in dem draußen angeordneten optischen Modulator moduliert wird.
Weiterhin gibt es einen magneto-optischen Modulator zum Überwachen einer Wellenform eines elektrischen Stroms in einer Mikrostreifenleitung, in dem der magneto-optische Kristall direkt auf einem Halbleitersubstrat oder der Mikrostreifen-Leitung angeordnet wird und in dem ein vormagnetisierendes magnetisches Gleichstrom (DC)-Feld auf den magneto-optischen Kristall angelegt wird (Appl. Phys. Lett. Vol. 68, Nr. 25, Seiten 3546–3548, 1996). Jedoch weist die oben genannte Stromüberwachung den Nachteil auf, dass die Wellenform des Stroms durch eine abklingende Schwingung aufgrund einer Impedanzfehlanpassung zwischen der Leitung und dem Generator für das Modulationssignal gestört wird. Des Weiteren weist die oben genannte Stromüberwachungsvorrichtung nicht irgendeine Lichtleitfaser auf und daher ist sie nicht für die optischen Kommunikationssysteme geeignet. Andererseits ist ein anderer magneto-optischer Modulator zum Überwachen der Stromwellenform in einer Mikrostreifenleitung vorgeschlagen worden, bei der ein Analysator angeordnet ist, nachdem eine kurze, d.h. kürzer als etwa 1 Meter, optische Faser durchlaufen worden ist (61th JJAP Transaction, Lecture No. 4p-Q-4 (2000)). Jedoch wird eine lineare Polarisation durch eine lange Lichtleitfaser allgemein zu einer zufällig verteilten Polarisation. Daher kann die Intensitätsmodulation von Licht, das sich durch eine lange Lichtleitfaser ausbreitet, selbst bei Verwendung des Analysators nicht erzielt werden. Des Weiteren ist in dem oben genannten anderen magneto-optischen Modulator das vormagnetisierende magnetische Gleichstrom (DC)-Feld fast parallel zu dem magnetischen Feld mit Radiofrequenz. Daher weist dieser magneto-optische Modulator den Nachteil auf, dass er unter einem großen vorspannenden magnetischen Feld zum Erzielen einer einzelnen magnetischen Domäne magnetisch gesättigt ist, und dass die magnetische Sättigung das modulierte Signal stark verringert oder vollständig auslöscht.
Es ist wahr, dass in nahezu allen herkömmlichen optischen Kommunikationssystemen eine direkte Hochgeschwindigkeitsmodulation des elektrischen Stroms in dem Halbleiterlaser und einem optischen Wellenleitermodulator, der den elektrooptischen Effekt (Pockels-Effekt) ausnutzt, verwendet wird. Obwohl die direkte Modulation des Halbleiterlasers den Vorteil aufweist, dass das optische Kommunikationssystem keinen Modulator benötigt und daher sein Aufbau einfach wird, die Modulationsfrequenz nicht höher als einige GHz ist und ein Treiberschaltkreis hoch entwickelt wird und ein Übertragungsabstand durch die Lichtleitfaser des optischen Signals begrenzt ist durch das Wellenlängenzirpen aufgrund der direkten Hochgeschwindigkeitsmodulation, die wiederum Unterschiede in der von der zirpenden Wellenlänge abhängenden Verzögerung der Gruppengeschwindigkeit bewirkt, wobei ein sich in der langen Lichtleitfaser ausbreitendes Signal gestört wird.
EP 1 202 105 offenbart ein optisches Signalübertragungssystem umfassend einen magneto-optischen Modulator mit einem Polarisator, einen magneto-optischen Element, einen Analysator, einen Hochfrequenzfeldgenerator und einer Impedanzeinstellvorrichtung. Ein vormagnetisierendes Gleichstrom (DC)-Feld wird unter einem vorgegebenen Winkel, beispielsweise einem rechten Winkel in Bezug auf die Richtung des Anwendens des Hochfrequenzfelds, auf das magneto-optische Element beaufschlagt. Insbesondere wird das vormagnetisierende Gleichstrom-Feld senkrecht zu der Richtung der Ausbreitung des Lichts angelegt. Die Richtung der Ausbreitung des Lichts und die Richtung des Anlegens des Hochfrequenzfelds sind parallel zueinander oder können innerhalb eines Bereichs von ± 15° gegeneinander verschoben sein.
US 5,812,304 offenbart ein Faraday-Rotator-System umfassend einen Polarisator, einen Faraday-Rotator mit einem magneto-optischen Kristall und einem anderen Polarisator, der als ein Analysator verwendet wird. Das System kann eingesetzt werden als: ein optischer Schalter, um einen optischen Ausgang ein-/auszuschalten, indem der Faradayrotationswinkel für empfangenes Licht geeignet eingestellt wird, als ein optischer Abschwächer, als ein optischer Isolator und als ein optischer Modulator. Vielfältige Ausführungsformen werden offenbart für einen Faraday-Rotator mit einem ersten Magneten und einem zweiten Magneten, die jeweils so angeordnet sind, dass der optische Pfad nicht verdeckt wird und dass ein sich durch den Kristall ausbreitendes, gleichförmiges magnetisches Feld erzeugt wird. Das magnetische Feld wird durch Permanentmagnete erzeugt, vorzugsweise ein Paar von gegenüberlie gend angeordneten Permanentmagneten, oder durch einen Elektromagneten.
Insbesondere unter Benutzung der Schreibweise (∠H_perm-mag, ∠H_el.mag), wobei ∠H_perm-mag und ∠H_el.mag jeweils den Winkel zwischen den von einem Permanentmagneten erzeugten magnetischen Feld und einem Elektromagneten in Bezug auf die optische Achse bezeichnet, schlägt US 5, 812, 304 die folgenden alternativen Anordnungen vor: (∠H_perm-mag, ∠H_el.mag) = (90°, 0°); (90°, 90°); (0°, 90°); (90°, 45°) H_perm-mag oder H_el.mag ist schräg zur optischen Achse; entweder H_perm-mag oder H_el.mag ist innerhalb des Bereichs von 0° bis 45° zur optischen Achse; und eine Anordnung, in der das gesamte magnetische Feld parallel zur optischen Achse ist, d.h. (∠H_total) = 0°.
Diese Druckschrift offenbart nicht, dass ein Generator für ein RF magnetisches Feld zum Bereitstellen eines RF magnetischen Felds bereitgestellt wird. Ebenfalls wird keine Unterscheidung getroffen zwischen einem ersten vormagnetisierenden magnetischen Feld und einem zweiten RF magnetischen Feld, sondern es wird eine Unterscheidung getroffen zwischen den praktischen Vorteilen und Nachteilen der Verwendung eines Permanentmagneten oder eines Elektromagneten.
Schließlich offenbart diese Druckschrift nicht, dass in einem Elektromagneten ein Generator für ein RF magnetisches Feld bereitgestellt wird, und dass dies eine verteilte gleich bleibende Leitung ist, die auf einer Eingangs- oder Ausgangsoberfläche des magneto-optischen Kristalls aufgebracht ist.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen magneto-optischen Modulator bereitzustellen, der in einem breiteren Frequenzbereich betrieben wird und der frei ist von den Nachteilen des elektro-optischen Modulators, wie die Gleichstrom-Drift und die optische Beeinträchtigung.
In dem magneto-optischen Modulator nach der vorliegenden Erfindung ist ein vormagnetisierendes magnetisches Feld beinahe entlang der Lichtausbreitungsrichtung ausgerichtet, während das magnetische RF Feld in einer von der Lichtausbreitungsrichtung verschiedenen Richtung ausgerichtet ist. Weiterhin wird das magnetische RF Feld erzeugt von einem magnetischen Feld, das durch ein elektrisches RF Stromsignal induziert wird, das auf einer verteilten gleichmäßigen Leitung, wie einer Streifenleitung (einschließlich Mikrostreifenleitung), einer koplanaren Leitung oder einer koaxialen Leitung übertragen wird.
Im Folgenden wird der Ausdruck "Streifenleitung" immer eine Mikrostreifenleitung umfassen.
Wie beansprucht, umfasst ein magneto-optischer Modulator nach der vorliegenden Erfindung: eine magneto-optische Vorrichtung angepasst zum Drehen einer Polarisation eines einfallenden Lichts und zum Ermöglichen, dass sich das einfallende Licht entlang der Lichtausbreitungsrichtung da (durch die Vorrichtung) hindurch ausbreitet; einen Generator für ein vormagnetisierendes magnetisches Feld zum Erzeugen eines vormagnetisierenden magnetischen Felds; einen Erzeuger für ein modulierendes magnetisches Feld zum Erzeugen eines modulierenden magnetischen Felds auf der Grundlage eines RF Signals; wobei das modulierende magnetische Feld eine Komponente senkrecht zu der Lichtausbreitungsrichtung aufweist; und wobei das modulierende magnetische Feld mehr als ± 30° von der Richtung des vormagnetisierenden magnetischen Felds ausgerichtet ist.
In einer ersten Alternative (i) ist das vormagnetisierende magnetische Feld parallel zu der Lichtausbreitungsrichtung ausgerichtet und das modulierende magnetische Feld ist unter 90° in Bezug auf die Lichtausbreitungsrichtung ausgerichtet; oder
in einer zweiten Alternative (ii) ist das vormagnetisierende magnetische Feld unter 45° in Bezug auf die Lichtausbreitungsrichtung ausgerichtet und das modulierende magnetische Feld ist unter 90° in Bezug auf die Lichtausbreitungsrichtung ausgerichtet; oder
in einer dritten Alternative (iii) ist das vormagnetisierende magnetische Feld unter 45° in Bezug auf die Lichtausbreitungsrichtung ausgerichtet und das modulierende magnetische Feld ist unter 135° in Bezug auf die Lichtausbreitungsrichtung ausgerichtet.
In jeder der Alternativen (i) bis (iii) kann die Richtung des vormagnetisierenden magnetischen Feldes und die des RF magnetischen Feldes von den angegebenen Richtungen innerhalb eines Bereichs von 30° mit Ausnahme von 30° für die Alternative (iii) abweichen.
Nach der Erfindung ist das modulierende magnetische Feld ein magnetisches RF (Anmerkung des Übersetzers: Radiofrequenz bzw. Funkfrequenz) Feld und der Generator für das modulierende magnetische Feld ist ein Generator für ein RF magnetisches Feld.
Weiterhin nach der Erfindung ist der Erzeuger für das RF magnetische Feld eine verteilte gleichmäßige Leitung.
Immer noch weiter nach der Erfindung umfasst der Modulator eine Impedanzeinstellvorrichtung zum Einstellen einer Impedanz des Generators für das magnetische RF Feld
Nach der vorliegenden Erfindung kann der magneto-optische Modulator auf einer höheren Frequenz bis nahe an eine ferromagnetische Resonanzfrequenz betrieben werden, weil eine Streifenleitung, eine koplanare oder koaxiale Leitung entlang der Lichtausbreitungsrichtung zusammen mit einem vormagnetisierenden magnetischen Feld, das in einer von der des RF magnetischen Felds verschiedenen Richtung ausgerichtet ist, als ein Generator für ein RF magnetisches Feld verwendet wird.
Ferner wird durch die Erfindung die Modulation tief und mit einer guten Linearität hinsichtlich des RF magnetischen Felds.
Weiterhin gibt es durch die Erfindung keine Gleichstrom (DC)-Drift, was ein Nachteil des elektro-optischen Modulators ist.
Ferner kann durch die vorliegenden Erfindung ein RF Signal von einer Antenne in einen Generator für ein RF magnetisches Feld eingespeist werden, wobei ein optisches Kommunikationssystem für drahtlose RF Signale aufgebaut wird. Nicht begrenzende Ausführungsformen der Erfindung werden mit Verweis auf die Zeichnungen beschrieben, für die gilt:
1A und 1B zeigen eine magnetische Feldrichtung und eine Lichtausbreitungsrichtung in einem magnetooptischen Modulator nach der vorliegenden Erfindung.
2A und 2B zeigen eine magnetische Feldrichtung und eine Lichtausbreitungsrichtung in einem anderen magneto-optischen Modulator nach der vorliegenden Erfindung.
3A und 3B zeigen eine magnetische Feldrichtung und eine Lichtausbreitungsrichtung in einem anderen magneto-optischen Modulator nach der vorliegenden Erfindung.
4 ist ein Schaubild, das die berechneten Unterschiede des Faradayrotationswinkels θ_F pro Einheitslänge der Wechselwirkung des Lichts und des magnetischen Felds für die in den 1B, 2B und 3B gezeigten Anordnungen des magnetischen Felds zeigt. Der θ_F Unterschied ist definiert als ein absoluter Wert einer Differenz zwischen θ_F unter einem von Null verschiedenen H_RF und θ_F unter einem Nullfeld H_RF.
5 ist eine perspektivische Ansicht des magneto-optischen Modulators der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung, der die in 1B gezeigte Anordnung des magnetischen Felds einsetzt.
6 ist eine perspektivische Ansicht des magneto-optischen Modulators der Ausführungsform 2, der die in 2B gezeigte Anordnung des magnetischen Felds verwendet.
7 ist eine perspektivische Ansicht des magneto-optischen Modulators der Ausführungsform 3, die die in 3B gezeigte Anordnung des magnetischen Felds verwendet.
8 ist eine perspektivische Ansicht des magneto-optischen Modulators der Ausführungsform 4.
9 ist eine perspektivische Ansicht des magneto-optischen Modulators der Ausführungsform 5.
10A, 10B, 10C, 10D und 10E zeigen den magnetooptischen Modulator der Ausführungsform 6.
11 ist eine perspektivische Ansicht des magnetooptischen Modulators der Ausführungsform 7.
12 zeigt die magneto-optische Vorrichtung der Ausführungsform 8.
13 ist ein Blockdiagramm des optischen Kommunikationssystems der Ausführungsform 9.
14 ist ein Blockdiagramm des optischen Kommunikationssystems der Ausführungsform 10.
15 ist eine perspektivische Ansicht einer herkömmlichen magneto-optischen Vorrichtung, die eine Magnetfeldrichtung und eine Lichtausbreitungsrichtung zeigt.
Anordnungen magnetischer Felder in dem magneto-optischen Modulator der vorliegenden Erfindung werden unten mit Verweis auf die Zeichnungen 1 bis 14 beschrieben.
Jedoch zeigt 15 zunächst als ein Beispiel des Stands der Technik eine Beziehung zwischen einer Magnetfeldrichtung und der Lichtausbreitungsrichtung in einem herkömmlichen magneto-optischen Modulator. 15 entspricht der grundlegenden Konfiguration, die in der oben besprochenen EP 1 202 105 offenbart ist. Der Faradayeffekt wird durch eine Magnetisierungskomponente eines ferromagnetischen Materials (einschließlich eines ferrimagnetischen Materials, wie einem Granat) parallel zu der Lichtausbreitungsrichtung bestimmt. Daher wird das modulierende magnetische Feld Hm entlang der Lichtausbreitungsrichtung Pout (die Z Richtung) angelegt, um effizient einen großen Faradayeffekt zu erzielen. Weiterhin wird das vormagnetisierende magnetische Feld Hbi senkrecht zu Hm entlang der X Richtung angelegt, um eine Mehrfachdomänenstruktur in eine Einzeldomänenstruktur auszubilden, wobei eine lang same (gewöhnlich zwischen 100 MHz und einigen hundert MHz) Resonanz aufgrund der Mehrfachdomänenstruktur ausgeschaltet wird. Unter dieser Anordnung des magnetischen Felds wird die Magnetisierung des magneto-optischen Materials in einer Richtung einer Vektorsumme von Hm und Hbi ausgerichtet, unter Vernachlässigung einer magnetischen Anisotropie und dem Demagnetisierungsfeld. Ferner ist der Faradayrotationswinkel bestimmt durch eine Magnetisierungskomponente parallel zu Pout (die Z Richtung). Jedoch ist es schwierig, Hm effektiv entlang der Z Richtung anzulegen, wenn ein verteilter gleichmäßiger Schaltkreis, wie eine Streifenleitung, eine koplanare Leitung und eine koaxiale Leitung verwendet werden. Daher ist es schwierig, das RF magnetische Feld effizient entlang Pout zu erzeugen. Ferner ist es schwierig, den magneto-optischen Modulator in einem breiteren Frequenzbereich zu betreiben, wenn eine Spule benutzt wird und eine Anzahl von Wicklungen darauf vergrößert wird.
Im Gegensatz dazu ist 1A eine perspektivische Ansicht von einer der Magnetfeldanordnungen, die in der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden, die die (0°, 90°) Anordnung zeigt, bei der das vormagnetisierende Feld Hbi parallel zu der Lichtausbreitungsrichtung Pout (0° von der Z Richtung) ausgerichtet ist, während das RF magnetische Feld H_RF senkrecht zu der Lichtausbreitungsrichtung (entlang der X Richtung, d.h. 90° von der Z Richtung) ausgerichtet ist. Es wird möglich, die gesamte Länge der Streifenleitung (einschließlich Mikrostreifenleitung) oder koplanaren Leitung zu magnetisieren, weil das RF magnetische Feld senkrecht zu Pout ausgerichtet ist.
1B zeigt eine Vektorsumme von Hbi und H_RF in der (0°, 90°) Anordnung. Obwohl in den 1A und 1B H_RF senk recht auf Hbi und Pout ist, können H_RF und Hbi innerhalb eines Bereichs von jeweils etwa ± 30° in einer praktischen Anwendung sein. Ferner kann H_RF in der Y Richtung ausgerichtet sein. Ferner ist Hbi nicht beschränkt auf ein magnetisches Gleichstrom(DC)-Feld, sondern kann ein magnetisches Wechselstrom(AC)-Feld sein, dessen Frequenz ausreichend niedriger ist als die RF Frequenz, beispielsweise 1/10 vorzugsweise 1/100 oder mehr bevorzugt 1/1000 mal der RF Frequenz. Ferner kann Hbi eine RF Welligkeitskomponente auf der Gleichstrom(DC)-Komponente enthalten.
Der Magnetisierungsvektor M ist entlang der Vektorsumme (Hbi + H_RF) oder (Hbi – H_RF) ausgerichtet, wobei eine magnetische Anisotropie und ein Demagnetisierungsfeld vernachlässigt sind, und die Z Komponente von M proportional zur Faradayrotation des magneto-optischen Modulators ist. Hier ist M gesättigt. Daher ist seine Norm konstant und entlang einer Vektorsumme von Hbi und H_RF ausgerichtet.
Ferner ist 2A eine perspektivische Ansicht, die die (45°, 90°) Anordnung zeigt, bei der Hbi unter 45° zu der Z Richtung ausgerichtet ist, während H_RF unter 90° zu der Z Richtung ausgerichtet ist. Es wird möglich, die gesamte Länge der Streifen oder koplanaren Leitung oder koaxialen Leitung zu magnetisieren, weil H_RF senkrecht zu der Lichtausbreitungsrichtung ist.
2B zeigt eine Vektorsumme von Hbi und H_RF in der in 2A gezeigten (45°, 90°) Anordnung. Die Z Komponente von M verändert sich stark mit dem H_RF, dessen Norm die selbe ist wie in 1B.
Weiterhin ist 3A eine perspektivische Ansicht, die die (45°, 135°) Anordnung zeigt, bei der Hbi unter 45° zu der Z Richtung ausgerichtet ist, während H_RF unter 135° zu der Z Richtung ausgerichtet ist. Die Z Komponente von M verändert sich stark in H_RF, dessen Norm dieselbe ist wie in 1B. Weiterhin verändert sich der Vektor M symmetrisch um den Vektor Hbi.
3B zeigt eine Vektorsumme von Hbi und H_RF in der (45°, 135°) Anordnung, die in 3A gezeigt ist. Die Z Komponente von M verändert sich stark mit H_RF, dessen Norm die selbe ist wie in 1B. Weiterhin verändert sich der Vektor M symmetrisch um den Vektor Hbi.
4 ist ein Schaubild, das die berechnete Differenz zwischen dem Faradayrotationswinkel θ_F pro Einheitslänge der Wechselwirkung des Licht und des magnetischen Felds ist für die in den 1B, 2B und 3B gezeigte Anordnung des magnetischen Felds. Die θ_F Differenz ist definiert als ein absoluter Wert einer Differenz zwischen θ_F unter einem von Null verschiedenen H_RF und θ_F bei einem Nullfeld H_RF.
In der in 1B gezeigten (0°, 90°) Anordnung ist die θ_F Differenz klein.
In der in 2B gezeigten (45°, 90°) Anordnung ist die θ_F Differenz zu dem Verhältnis H_RF/Hbi relativ groß.
In der in 3B gezeigten (45°, 90°) Anordnung ist die θ_F Differenz am größten und in einem breiteren Bereich des Verhältnisses H_RF/Hbi störungsfrei.
Obwohl Hbi oder H_RF unter 0°, 45°, 90° oder 135° ausgerichtet sind, können sie innerhalb von etwa 30° von den angegebenen Richtungen abweichen, unter Annahme einer unbegrenzten magnetischen Anisotropie.
Ausführungsform 1
5 ist eine perspektivische Ansicht des magneto-optischen Modulators der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung, wobei die Anordnung des magnetischen Felds (0°, 90°) ist, wie in 1B gezeigt. Der Generator für das magnetische Feld (nicht gezeigt) für Hbi, das entlang Pout (die Z Achse) ausgerichtet ist, kann ein Elektromagnet oder ein Permanentmagnet, wie SmCo, sein. Die magneto-optische Vorrichtung 1 kann ein beliebiges ferromagnetisches Material, das den Faradayeffekt aufweist, so wie YIG (Y₃Fe₅O₁₂) sein, oder ein Bi-substituierter Seltenerd-Eisen-Granat. Um einen Wellenleiter auszubilden, wird beispielsweise eine Kristallschicht von Bi-substituierten Seltenerd-Eisen-Granat auf einem Gd₃Ga₅O₁₂ (GGG) oder einem Ca-Mg-Zr substituierten GGG Substrat geätzt, wobei eine Messa (Englisch: Messa) ausgebildet wird und eine Isolierungsschicht auf dem Messer aufgelegt wird. Weiterhin kann ein Wellenleiter mittels eines SiO₂ Streifens direkt auf dem magneto-optischen Kristallfilm ausgebildet werden, ohne zu ätzen.
Eine Streifenleitung wird als der Generator 6 für das RF magnetische Feld zum Erzeugen von H_RF entlang der X Achse verwendet. Weiterhin ist das Substrat geerdet. Ein RF Signal wird in die Streifenleitung eingegeben, die durch einen Abschlusswiderstand bzw. Terminator (nicht gezeigt), wie ein Abschlusswiderstand, abgeschlossen wird.
Der Lichtstrahl Pin ist linear polarisiert durch den Polarisator 2 und seine Polarisation wird durch den Fara dayeffekt während des Ausbreitens durch den magneto-optischen Wellenleiter, in dem Hbi und H_RF angelegt werden. Hier ist H_RF ein magnetisches Feld, das durch das in die Streifenleitung 6 eingegebene RF Signal induziert wird. So wird das modulierte Licht durch den Analysator 4 ausgegeben. Weil sich das RF Signal in der Streifenleitung auf der Isolationsschicht oberhalb des magneto-optischen Wellenleiters ausbreitet, ist der Wellenleiter durch das RF magnetische Feld des RF Signals effizient magnetisiert. Die Impedanz der Streifenleitung 6, ein Terminator (nicht gezeigt) und ein RF Signalgenerator (nicht gezeigt) werden für einen Betrieb mit breiterer Bandbreite eingerichtet. Das einfallende Licht Pin wurde mittels des magneto-optischen Modulators der Ausführungsform 1 von Gleichstrom (DC) bis 10 GHz moduliert.
Wenn der Faradayrotationswinkel 90° beträgt, ist die Modulationstiefe am größten, wenn die Analysatorachse P_A 45° zu der Polarisator-Achse P_P ist. Weiterhin ist, wenn der Faraday-Rotationswinkel nicht allgemein 90° ist, der Winkel der Analysator-Achse P_A von der Polarisator-Achse P_P in einer solchen Richtung eingestellt, dass eine halbe Intensität des modulierten Lichts, das von dem magnetooptischen Modulator ausgegeben wird, durch den Analysator 2 übertragen wird, um eine maximale Modulationstiefe zu erzielen.
Weiterhin kann der RF magnetische Feldgenerator 6 eine koplanare Leitung sein.
Weiterhin kann der Polarisator 2 ausgelassen werden, wenn das eingestrahlte Licht linear polarisiert ist.
Ausführungsform 2
6 ist eine perspektivische Ansicht des magneto-optischen Modulators der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung, bei dem die Anordnung der magnetischen Felder die in 2B gezeigte (45°, 90°) Anordnung ist. Weiterhin ist der Analysator 4 in einer solchen Richtung α fixiert, dass eine Hälfte der modulierten Lichtintensität durch den Analysator 4 übertragen wird, um das maximale Modulationssignal zu erzielen. Was das übrige betrifft, ist die Ausführungsform 2 dieselbe wie Ausführungsform 1. Weiterhin ist der Terminator, d.h. ein Teil der Impedanzeinstellvorrichtung für das RF Signal ausgelassen.
Das einfallende Licht Pin wurde durch den magneto-optischen Modulator der Ausführungsform 2 von Gleichstrom (DC) bis 10 GHz moduliert, und die modulierte Signalintensität ist mehrere Male die Intensität in der Ausführungsform 1 bei derselben RF Signalleistung.
Ausführungsform 3
7 ist eine perspektivische Ansicht des magneto-optischen Modulators der Ausführungsform 3 nach der vorliegenden Erfindung, bei der die Anordnung des magnetischen Felds die in 3B gezeigte (45°, 135°) Anordnung ist. Weiterhin ist die Streifenleitung unter 45° zu der Z Achse in der XZ Achse ausgerichtet, wodurch H_RF unter 135° zu der Z Achse ausgerichtet ist. Was das übrige einschließlich des Analysatorwinkels betrifft, ist die Ausführungsform 3 die gleiche, wie die Ausführungsform 2. Weiterhin ist der Terminator, d.h. ein Teil der Impedanzeinstellvorrichtung für das RF Signal nicht gezeigt.
Das einfallende Licht wurde von dem magneto-optischen Modulator der Ausführungsform 3 von Gleichstrom (DC) bis 10 GHz moduliert, und mit einer Linearität hinsichtlich H_RF, die besser ist als die in den Ausführungsformen 1 und 2.
Ausführungsform 4
8 ist eine perspektivische Ansicht eines Hauptteils der magneto-optischen Vorrichtung 1 enthaltend eine Impedanzumwandler der Ausführungsform 4. Die magneto-optische Vorrichtung 1 ist in einer Furche in einem isolierenden Substrat 11, wie Aluminium, Harz, beispielsweise Teflon, eingelassen. Weiterhin ist das isolierende Substrat 11 über die Elektrode 111, in Übereinstimmung mit der Struktur der Mikrostreifenleitung, elektrisch geerdet. Weiterhin wird der linear polarisierte Halbleiterlaserstrahl verwendet und daher wird der Polarisierer ausgelassen.
Die charakteristische Impedanz der RF Signalleitungen, RF Verbinder sind so entwickelt, dass sie allgemein 50 oder 75 Ohm werden, was mit dem RF Signalerzeuger angepasst werden sollte. Andererseits wird der magneto-optische Modulator durch einen elektrischen Strom angetrieben und daher ist es weiter bevorzugt, den elektrischen Strom anzuheben, indem die Impedanz auf unter 50 oder 75 Ohm abgesenkt wird, d.h. größer als oder gleich 5 Ohm und kleiner als oder gleich 45 Ohm. Dies ist, weil der elektrische Strom durch die Impedanz nicht so stark auf ein klein wenig niedriger als 50 Ohm angehoben wird, während die Signalabschwingung durch eine kleine Abweichung der Impedanz und bei zu niedriger Impedanz verursacht wird.
Der λ/4 Umformer 22, der als ein Teil des Impedanzumwandlers ausgebildet ist, ist als ein Teil der Streifenlei tung ausgebildet, die in dem magneto-optischen Gerät 1, deren magnetische Feldanordnung die (0°, 90°) Anordnung ist, wie in 1B gezeigt, oder die (45°, 90°) Anordnung, wie in 2B gezeigt. Hier ist zum Beispiel die Impedanz des Leitungseingangs 25 Ohm, wobei die Impedanz des λ/4 Umformers 22 so entworfen ist, dass sie (50·25)^1/2 Ohm = 35 Ohm wird.
So ist die Leitungsimpedanz nach dem λ/4 Umwandler 22 genauso wie die Ausgangsimpedanz 25 Ohm.
Nach dem λ/4 Umwandler 22 wurde die Modulationstiefe, d.h. die Intensität des Modulationssignals, etwas zweimal die Intensität bei derselben RF Signaleingabe.
Die Wellenlänge λ/4 des RF Signals entspricht einer gewünschten Modulationsfrequenz. Wenn 5 GHz entsprechend λ/4 ausgewählt war, dann betrug die tatsächliche Modulationsfrequenz Gleichstrom (DC) bis 10 GHz mit einer kleinen Welligkeit innerhalb dieses Frequenzbereichs. Hier hängt die untere Grenze der tatsächlichen Modulationsfrequenz von den Messgeräten ab. Weiterhin wird die Welligkeit bei Verwendung eines sich verjüngenden bzw. schmaler werdenden Anpassungsumformers anstelle des λ/4 Umformers 22 verringert.
Ausführungsform 5
9 ist eine perspektivische Ansicht eines Hauptteils der magneto-optischen Vorrichtung 1, die den Treiberschaltkreis als einen Impedanzumformer der Ausführungsform 5 enthält. Die magneto-optische Vorrichtung 1 ist in eine Furche in einem isolierenden Substrat 11, wie Alumi nium, Harz, beispielsweise Teflon, eingebettet. Des Weiteren kann die Anordnung des magnetischen Feldes die in 1B gezeigte (0°, 90°) Anordnung, oder die in 2B gezeigte (45°, 90°) Anordnung sein. Weiterhin ist der Treiberschaltkreis 26 durch die Elektrode 112 geerdet, während das isolierende Substrat 11 durch die Elektrode 111 entsprechend der Struktur der Streifenleitung geerdet ist.
Der herkömmliche elektro-optische Modulator wird durch einer Spannung betrieben, d.h. ein elektrisches Feld, das eine Reflektivität des elektro-optischen Materials wie LiNbO₃, ändert. Daher ist der Treiberschaltkreis für den elektro-optischen Modulator ein Spannungsverstärker, dessen Ausgangsimpedanz auf 50 oder 75 Ohm gehalten wird. Andererseits wird der magneto-optische Modulator mittels eines elektrischen Stroms betrieben und daher ist es vorteilhaft, einen vergrößerten elektrischen Strom auf den magneto-optischen Modulator zu beaufschlagen, um die Modulationstiefe zu vergrößern.
Obwohl ein herkömmlicher elektrischer Leistungsverstärker als der Treiberschaltkreis verwendet werden kann, ist der Treiberschaltkreis für den magneto-optischen Modulator vorzugsweise ein elektrischer Stromverstärker, so wie ein Emitter-Folger, bei dem eine Last mit einem Emitter eines Transistors verbunden ist, wodurch Spiegeleffekte des Transistors ausgelöscht werden und infolge dessen der magneto-optische Modulator bis zu einer höheren Frequenz betrieben werden kann.
Beispielsweise kann der Treiberschaltkreis 26, dessen Ausgangsschaltkreis im wesentlichen der Emitter-Folger ist, in einer solchen Weise entworfen sein, dass ein e lektrischer Stromverstärkungsfaktor zehnfach ist und die Ausgangsimpedanz 5 Ohm beträgt. Weiterhin können die Impedanz der Streifenleitung, d.h. der Generator 6 des RF magnetischen Felds und der nicht gezeigte Terminator bzw. Abschlusswiderstand so entworfen sein, dass sie 5 Ohm betragen. Der zehnfache elektrische Strom kann daher die Modulationstiefe auf das zehnfache vergrößern.
Es wird experimentell bestätigt, dass die zehnfache Modulationstiefe erzielt wurde durch Verwenden des 5 Ohm Treiberschaltkreises 26, des 5 Ohm H_RF Erzeugers 6 und des 5 Ohm Terminators für das selbe RF Signal, wie das in das 50 Ohm System eingegebene.
In den Ausführungsformen 1 bis 5 wurde der Wellenleiter in der magneto-optischen Vorrichtung 1 verwendet. Jedoch kann selbstverständlich auch ein volumenbasiertes magneto-optisches Gerät verwendet werden.
Weiterhin wurde in den Ausführungsformen 1 bis 5 zumindest der Analysator in dem magneto-optischen Modulator verwendet, der Polarisator und Analysator sind nicht erforderlich, wenn ein Interferrometer benutzt wird.
Ausführungsform 6
Die 10A, 10B, 10C, 10D und 10E zeigen die magneto-optische Vorrichtung, die einen magnetischen Kern 54 nach der Ausführungsform 6 enthält.
Der magnetische Kern wird im allgemeinen in einem niedrigeren Frequenzbereich eingesetzt, weil es keinen magnetischen Kern gibt, der für einen höheren Frequenzbereich, d.h. über 100 MHz oder 1 GHz geeignet ist (J. Smith et al. "Ferrites", Cleaver-Hume Press, Seiten 269–300, 1959).
Jedoch wurde gezeigt, dass es möglich ist, die Modulationstiefe durch Verwendung des magnetischen Ferritkerns anzuheben, um das RF magnetische Feld effektiv zu erzeugen.
10A zeigt eine Magnetfeldrichtung in einem Zwischenraum Hg in dem magnetischen Kern 54 und eine Richtung des RF elektrischen Stroms I_RF, der das RF Magnetfeld H_RF erzeugt.
Das magneto-optische Material ist magnetisch gesättigt auf Ms in der Richtung von Hbi.
10B ist ein Schaubild, das die relativen magnetischen Felder zeigt, d.h. die Verhältnisse des magnetischen Felds, das durch den magnetischen Kern 54 auf das durch I_RF erzeugte, magnetische Feld ohne Kern angehoben wurde. Die Verhältnisse werden, abhängig von Hg und einer relativen magnetischen Permeabilität μr, zwischen zweifach und zwanzigfach.
Die 10C, 10D und 10E zeigen ein Betriebsprinzip der magneto-optischen Vorrichtung 1, die den magnetischen Kern 54 enthält.
Wie in 10C gezeigt, wird die magneto-optische Vorrichtung 1 in die Lücke des magnetischen Kerns 54 eingeführt. Das vormagnetisierende magnetische Feld Hbi ist unter 45° zu der Z Achse und ist in der XZ Ebene ausge richtet. Die magneto-optische Vorrichtung 1 und der magnetische Kern 54 sind auf ihren Sättigungsmagnetisierungen entlang der Hbi Richtung magnetisiert.
Als nächstes führt, wie in 10D gezeigt, eine leitfähige Leitung 6, d.h. der Generator 6 für das RF magnetische Feld, durch den magnetischen Kern 54 hindurch, dessen äußerer Umfang elektrisch geerdet ist, wodurch eine koaxiale Übertragungleitung aufgebaut wird. Wenn daher die charakteristische Impedanz der oben genannten koaxialen Übertragungsleitung mit der des RF Signalgenerators 56 und der Impedanzeinstellvorrichtung 306 angepasst wird, ist der magneto-optische Modulator in einem breiteren Frequenzbereich betreibbar. Der Generator 6 für das RF magnetische Feld erzeugt ein magnetisches Feld im Uhrzeigersinn von dem RF Signalgenerator in Richtung auf die Impedanzeinstellvorrichtung 306. Daher wird die Sättigungsmagnetisierung Ms der magneto-optischen Vorrichtung 1 von der Richtung Hbi durch das magnetische Feld im Uhrzeigersinn gedreht, wodurch die Permeabilität des Magnetkerns 54 größer als 1 gemacht wird. Daher erhöht der Magnetkern 54 das magnetische Feld in dem Zwischenraum Hg, trotz der Sättigung durch das Hbi.
10E zeigt den magneto-optischen Modulator, der den magnetischen Kern 54 enthält. Es sollte verstanden werden, dass die magneto-optische Vorrichtung 1 nicht auf den Wellenleiter beschränkt ist, sondern auch aus einem Volumenmaterial hergestellt werden kann, so wie einem (BiGd)₃Fe5O₁₂ Dickschicht-Kristall, der durch ein Flussverfahren hergestellt worden ist, oder allgemein ein Bisubstituierter Seltenerd-Eisen-Granat (BiR)₃(FeGa)₅O₁₂ (hierin ist R ein Seltenerd-Element), das durch Flüssigphasen-Epitaxie auf einem (111)-orientierten, nicht mag netischen Granatsubstrat, wie Gd₃Ga₅O₁₂,aufgewachsen wurde. Weiterhin wird das nicht magnetische Granatsubstrat entfernt, beispielsweise durch Polieren, um das Verringern der effektiven Permeabilität des magnetischen Granats zu verhindern. Die leichte Achse für die Magnetisierung des dicken Films des Bi-substituierten seltenen Erd-Eisen-Granats ist <111>, die in der X Richtung ausgerichtet ist, d.h. in der Richtung des RF magnetischen Feldes, wodurch die Modulationstiefe angehoben wird. Ferner können für den Magnetkern 54 vorzugsweise Ni-Zn Ferrit, gesinterter Ni-Zn Ferrit oder Granatferrit eingesetzt werden.
Für die magneto-optische Vorrichtung 1, die den Magnetkern 54 enthält, wird die Modulationstiefe zwischen zweifach und fünffach.
Ausführungsform 7
11 ist eine perspektivische Ansicht eines Hauptteils der magneto-optischen Vorrichtung 1, die den Magnetkern 54 der Ausführungsform 7 enthält. Der Generator -für das vormagnetisierende magnetische Feld ist nicht gezeigt. Die magneto-optische Vorrichtung 1 ist auf einem isolierendem Substrat 11, wie Aluminium oder Harz, wie Glasepoxy oder Teflon, montiert. Die RF Eigenschaften des Aluminiumsubstrats sind besser als die des Harzsubstrats. Die magneto-optische Vorrichtung 1 und der Magnetkern 54 sind die gleichen, wie die der Ausführungsform 6. Ferner ist der äußere Umfang des Magnetkerns 54 bedeckt mit einer Elektrode, die elektrisch durch die Elektrode 112 geerdet ist. Ferner sind die Elektroden 111, 112 und 113 entsprechend der Struktur der Streifenleitung oder der Struktur der Koaxialleitung elektrisch geerdet. Weiterhin ist der magnetische Kern, der die magneto-optische Vorrichtung 1 aufweist, in dem Aluminiumsubstrat 11 eingebettet, in dem ein Loch zum Aufnehmen des Magnetkerns 54 und der magneto-optischen Vorrichtung 1 ausgebildet ist. Weiterhin ist die Impedanzeinstellvorrichtung 306, d.h. der abschließende Widerstand, auf dem isolierenden Substrat 11 montiert. Mit dem oben genannten Aufbau wurde der magnetooptische Modulator in einer kompakten Größe hergestellt.
Ausführungsform 8
12 ist eine perspektivische Ansicht eines Hauptteils des magneto-optischen Modulators der Ausführungsform 8, wobei die magneto-optische Vorrichtung 1, der magnetische Kern 54, der elektrisch mit der Elektrode 112 verbunden ist, der Treiberschaltkreis 26 als ein Teil der Impedanzumwandlungsvorrichtung, der Generator 6 für das RF magnetische Feld und der Terminator als die Impedanzeinstellvorrichtung 306 auf dem isolierenden Substrat 11 integriert sind. Weiterhin ist die Elektrode 114 elektrisch mit der Elektrode 113 verbunden, und die Elektrode 111, 112, 118 sind elektrisch geerdet in Übereinstimmung mit der Streifenleiterstruktur. Der Generator für das vormagnetisierende magnetische Feld ist nicht gezeigt. Die Anordnung des Magnetfelds kann (0°, 90°) sein, wie in 1B gezeigt, oder (45°, 90°) wie in 2B gezeigt.
Wie in 12 gezeigt, ist der Generator 6 für das RF magnetische Feld, d.h. die Streifenleitung 23, vollständig von dem magnetischen Kern 54 und der magnetooptischen Vorrichtung 1 umringt. Konkret ist der obere magnetische Kern 54 einschließlich der magneto-optischen Vorrichtung 1 auf dem in dem Substrat 11 eingebetteten, unteren magnetischen Kern 54 montiert, wodurch die Strei fenleitung 23 gehalten wird. Daher ist der magnetische Kreis, der den Magnetkern 54 und die magneto-optische Vorrichtung 1 enthält, beinahe geschlossen. Weiterhin kann in der Ausführungsform 8 das volumenbasierte magneto-optische Material eingesetzt werden.
In einem Experiment betrug die charakteristische Impedanz des Generators 6 für das RF magnetische Feld (Streifenleitung 23) und der Impedanzeinstelleinrichtung 306 (Terminator) 10 Ohm, während eine Spannung von beispielsweise +3 oder +5 Volt von einer Spannungsversorgung für den Treiberschaltkreis 26 zugeführt wurde. Die Modulationstiefe für die Amplitude des Modulationssignals wurde zwischen zwanzigfach und fünfzigfach im Vergleich mit der Ausführungsform 2.
So wird der kompakte magneto-optische Modulator der Ausführungsform 8 durch die Integration der Hauptteile auf dem isolierenden Substrat 11 realisiert und er erzielt eine Modulation mit hoher Leistungsfähigkeit.
Ausführungsform 9
13 ist ein Blockdiagramm eines optischen Kommunikationssystems nach der vorliegenden Erfindung, das den magneto-optischen Modulator der Ausführungsform 1, wie den in 5 gezeigten, verwendet.
Das Licht aus der Lichtquelle 302 wird durch die Lichtleitfaser 9 in den magneto-optischen Modulator 305 eingeführt, wobei die modulierte Komponente durch den Analysator 4 ausgegeben wird.
Hier kann der Polarisator 2 ausgelassen werden, wenn die Lichtquelle 302 ein Halbleiterlaser ist und die Lichtleitfaser 9 eine die Polarisation erhaltende Faser ist.
Das Licht von der Lichtquelle 302 läuft durch den Polarisator 2 und dann wird seine Polarisation in der magnetooptischen Vorrichtung 1 in Übereinstimmung mit dem RF magnetischen Feld, das sich auf der als RF Feldgenerator genutzten Streifenleitung ausbreitet. Es ist für einen breiteren Frequenzbereich der Modulation notwendig, die Impedanz des RF Signalgenerators mit einer charakteristischen Impedanz der Streifenleitung und einem elektrischen Terminator 306 anzupassen.
Der Analysator 4 übertragt nur eine Komponente entsprechend seiner Übertragungsrichtung, wodurch die Komponente entsprechend der Faradayrotation übertragen wird.
Das Licht durch den Analysator 4 läuft durch die Lichtleitfaser 8 und wird in den Lichtdetektor 304 eingeführt, wobei ein Lichtsignal in ein elektrisches Signal umgewandelt wird, welches dann mittels eines Verstärkers und eines Signalprozessors (beide nicht gezeigt) demoduliert wird.
Die Modulationsfrequenz betrug in dem optischen Kommunikationssystem der Ausführungsform 9 etwa 10 GHz. Der Übertragungsabstand der Ausführungsform 9, der die externe Modulation benutzt, wird länger als die in Systemen, die die direkte Modulation der Lichtquelle 302, wie dem Halbleiterlaser, verwenden, wobei sich das übertragene Signal durch die durch das Wellenlängenzirpen verursachten Verzögerungen der Gruppengeschwindigkeit verschlechtert bzw. degradiert.
Des weiteren könnten in diesem Kommunikationssystem die magneto-optischen Modulatoren der Ausführungsformen 2 bis 8 eingesetzt werden.
Ausführungsform 10
14 ist ein Blockdiagramm des optischen Kommunikationssystems der Ausführungsform 10, bei der eine Antenne 310 zum Einführen des RF Signals durch den Verstärker 312 in den magneto-optischen Modulator 350 eingesetzt wird.
Das RF Signal wird zum Erzeugen des RF magnetischen Feldes in dem Generator für das RF magnetische Feld, wie die Streifenleitung, verwendet und am Ende der Streifenleitung abgeschlossen.
Im Allgemeinen ist die Bandbreite des Antennensignals trotz der hohen Übertragungsfrequenz schmal. Daher kann von einer Filterfunktion der Impedanzeinstellvorrichtung 305 und dem Terminator 306 nur eine gewünschte Frequenz aufgegriffen werden.
In einem Experiment wurde ein RF Signal mit einer zentralen Frequenz von 2,4 GHz und einer Bandbreite von 100 MHz über einen Abstand von 5 km durch die Lichtleitfaser 8 übertragen.
In dem oben beschriebenen System kann der Verstärker 312 ausgelassen werden, wenn der Antenneneingang ausreichend ist.
Ferner, wenn die Linearität erforderlich ist, kann der in Ausführungsform 3 gezeigte magneto-optische Modulator eingesetzt werden.
In dem draußen benutzten Lichtmodulator der Ausführungsform 10 wurden solche Nachteile, wie die Gleichstrom(DC)-Drift des elektro-optischen Modulators oder eine Degradation von übertragenen Signalen aufgrund einer Temperaturveränderung, nicht gemessen.
Weiterhin könnten in diesem optischen Kommunikationssystem die magneto-optischen Modulatoren der Ausführungsformen 2 und 4–8 verwendet werden.

Claims

Ein magneto-optischer Modulator (350) umfassend: eine magneto-optische Vorrichtung (1), angepasst zum Drehen einer Polarisation eines einfallenden Lichts (P_in) und zum Ermöglichen, dass sich das einfallende Licht (P_in) entlang einer Lichtausbreitungsrichtung (P_out) da (durch die Vorrichtung) hindurch ausbreitet; einen Generator für ein vormagnetisierendes magnetisches Feld zum Erzeugen eines vormagnetisierenden magnetischen Felds (Hbi); und ein Generator (6, 7) für ein modulierendes magnetisches Feld zum Erzeugen eines modulierenden magnetischen Felds (H_m) auf der Grundlage eines RF Signals; wobei der Generator (H_m) für das modulierende magnetische Feld eine Komponente senkrecht zu der Lichtausbreitungsrichtung P_out aufweist; und wobei das modulierende magnetische Feld (H_m) mehr als ±30° von der Richtung des vormagnetisierenden magnetischen Felds (H_bi) ausgerichtet ist, wobei (i) das vormagnetisierende magnetische Feld (H_bi) parallel zu der Lichtausbreitungsrichtung (P_out) ausgerichtet ist und das modulierende magnetische Feld (H_m) unter 90° zu der Lichtausbreitungsrichtung ausgerichtet ist; oder (ii) das vormagnetisierende magnetische Feld (H_bi) unter 45° zu der Lichtausbreitungsrichtung (P_out) ausgerichtet ist und das modulierende magnetische Feld (H_m) unter 90° zu der Lichtausbreitungsrichtung ausgerichtet ist; oder (iii) das vormagnetisierende magnetische Feld (H_bi) unter 45° zu der Lichtausbreitungsrichtung (P_out) ausgerichtet ist und das modulierende magnetische Feld (H_m) unter 135° zu der Lichtausbreitungsrichtung ausgerichtet ist, und wobei in jeder der Alternativen (i) bis (iii) die Richtung des vormagnetisierenden magnetischen Felds (H_bi) und des modulierenden magnetischen Felds (H_m) von der ausgewiesenen Richtung innerhalb eines Bereichs von 30° abweichend sein kann, mit Ausnahme von 30° für die Alternative (iii); dadurch gekennzeichnet, dass das modulierende magnetische Feld ein RF magnetisches Feld ist und der Generator für das modulierende magnetische Feld ein Generator (6) für ein RF magnetisches Feld ist; der Generator (6) für das RF magnetische Feld eine verteilte gleichmäßige Leitung ist, und der Modulator (350) ferner eine Imdedanz-Einstellvorrichtung (306) zum Einstellen einer Impedanz des Generators (6) für das RF magnetische Feld umfasst.
Der magneto-optische Modulator nach Anspruch 1, wobei das vormagnetisierende magnetische Feld (H_bi) ein magnetisches Gleichstrom (DC)-Feld, ein magnetisches Wechselstrom (AC)-Feld, dessen Frequenz ausreichend niedriger ist als die RF Frequenz des RF magnetischen Feldes (beispielsweise 1/10, vorzugsweise 1/100, oder mehr bevorzugt 1/1000-mal die RF Frequenz), oder eine RF Welligkeit auf der Gleichstrom (DC) Komponente enthält.
Der magneto-optische Modulator nach Anspruch 1 oder 2, wobei das vormagnetisierende magnetische Feld (H_bi) größer ist als ein magnetisches Sättigungsfeld der magneto-optischen Vorrichtung (1), die bei einem vorspannenden Feld von Null eine Mehrfach-Domänenstruktur aufweist.
Der magneto-optische Modulator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die magneto-optische Vorrichtung (1) aus einem Bi-substituierten Granat hergestellt ist.
Der magneto-optische Modulator nach Anspruch 4, wobei das Bi-substituierte Granat ein Granat ist, das durch Flüssigkeitsphasenepitaxie auf einem nicht-magnetischen Granatsubstrat aufgewachsen worden ist.
Der magneto-optische Modulator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner umfassend einen magnetischen Kern (54) zum Aufnehmen der magneto-optischen Vorrichtung (1) in dessen Zwischenraum, wobei sich der Generator (6) des RF magnetischen Felds durch den magnetischen Kern hindurch erstreckt; und eine spezifische Permeabilität des magnetischen Kerns (54) größer als eins ist.
Der magneto-optische Modulator nach Anspruch 6, wobei ein magnetischer Kreis, der den magnetischen Kern und die magneto-optische Vorrichtung (1) enthält, im Wesentlichen geschlossen ist.
Der magneto-optische Modulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die verteilte gleichmä ßige Leitung eine Streifenleitung, eine koplanare Leitung oder eine koaxiale Leitung ist.
Der magneto-optische Modulator nach Anspruch 1, wobei die charakteristische Impedanz der verteilten gleichmäßigen Leitung größer oder gleich 5 Ohm und kleiner oder gleich 45 Ohm ist.
Der magneto-optische Modulator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Impedanz-Einstellvorrichtung umfasst: einen Übertragungstransformator (307) zum Einstellen einer Impedanz des Generators für das RF magnetische Feld und einen Terminator bzw. Abschlusswiderstand (306) zum Abschließen des RF Signals.
Der magneto-optische Modulator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Impedanz-Einstellvorrichtung umfasst: einen Treiberschaltkreis (26) zum Verstärken eines Stroms des RF Signals und einen Terminator bzw. Abschlusswiderstand (306) zum Abschließen des RF Signals.
Der magneto-optische Modulator nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei eine Frequenz des RF Signals kleiner als eine ferromagnetische Resonanzfrequenz der magneto-optischen Vorrichtung ist.
Der magneto-optische Modulator nach einem der Ansprüche 1 bis 12, ferner umfassend einen Analysator (4), der an einer Ausgangsseite der magnetooptischen Vorrichtung (1) angeordnet ist.
Der magneto-optische Modulator nach Anspruch 13, wobei eine Polarisationsachse des Analysators (4) so in eine Richtung ausgerichtet ist, dass im wesentlichen eine Hälfte der Intensität des eingegebenen Lichts in den Analysator (4) durch den Analysator (4) übertragen wird.
Der magneto-optische Modulator nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei ein Polarisator (2) an einer Eingangs- bzw. Lichteinfallsseite der magnetooptischen Vorrichtung (1) angeordnet ist.
Ein optisches Kommunikationssystem umfassend: einen magneto-optischen Modulator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15; einen Generator (309) für ein RF Signal zum Erzeugen des RF Signals, das in den Generator (6, 7) für das RF magnetische Feld eingegeben wird; eine Lichtquelle (302) zum Eingeben eines Lichts in den magneto-optischen Modulator (1); einen Photodetektor (304) zum Detektieren des Lichts, das von dem magneto-optischen Modulator (1) moduliert worden ist; und Lichtleitfasern (9, 8) von der Lichtquelle (302) zum magneto-optischen Modulator (1) und vom magnetooptischen Modulator (1) zum Photodetektor (304).
Das optische Kommunikationssystem nach Anspruch 16, ferner umfassend eine Antenne (310) zum Ausgeben des RF Signals, das in den Generator (6, 7) zum Erzeugen des RF magnetischen Felds eingespeist wird.
Das optische Kommunikationssystem nach Anspruch 16 oder 17, wobei mindestens eine Lichtleitfaser (9, 8) eine Lichtleitfaser ist, die die Polarisation erhält.