KR20040089623A - 광의 분극상태를 수정하기 위한 공정 및 장치 - Google Patents

광의 분극상태를 수정하기 위한 공정 및 장치 Download PDF

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Abstract

광의 분극 상태를 수정하기 위해 자기적 단일축의 결정이 사용된다. 이에 의해, 광이 상기 결정의 지정된 영역을 통과한다. 광의 분극 상태를 변화시키기 위해, 자기장 진폭을 가진 자기장이 상기 결정에 공급되고, 이 진폭에서, 결정은 펄스 종료시 단일 도메인 상태를 유지하지 못하지만, 공급된 자기장의 방향에 의해 결정되는 규정된 다중 도메인 상태로 되돌아온다. 그래서, 유용한 큰 애퍼처의 스위칭 소자를 얻을 수 있고 매우 짧은 변화 주기를 얻을 수 있다. 발명에 따르면, 변화 동작에만 에너지가 필요하고 특정 상태를 유지하는 데는 에너지가 필요하지 않다.

Description

광의 분극상태를 수정하기 위한 공정 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR MODIFYING THE POLARISATION STATE OF LIGHT}
현재 수많은 현대의 광 스위치, 즉 마이크로(Micro) 일렉트릭-메카니컬시스템(Electric-mechanical System)(MEMS), 광-음향의, 액정(Liquid crystalline)의, 전기 조작 가능한 브래그 회절격자(Bragg's Gratings), 기포 시스템(Bubble Jets), 열-광학의, 인테페로메트릭(Interferometric), 열-모세관(Thermo capillary)의, 일렉트로-홀로그래픽(Electro-holographic) 및 마그네토-옵티컬 시스템(Magneto-optical) 시스템을 포함하는 광 스위치가 개발되었다. 현재는 MEMS가 가장 많이 사용된다. MEMS의 가장 큰 장점은 MEMS가 소위 "래칭 시스템(Latching System)"에속하는 것, 즉 MEMS가 에너지 없이 안정된 스위치 상태를 가지며 에너지는 단지 스위치를 조작할 때만 필요하다는 것이다.
그럼에도 불구하고 상기 시스템의 접속시간은 상당히 길다 - 약 1 ms. 일렉트로-옵티컬 시스템(Electro-optical)의 접속 시간은 비교적 더 짧다, 예를 들면 새로운 일렉트로홀로그래픽(Electroholographic) 스위치의 접속시간은 단지 약 10 ns이다. 그러나 상기 접속에는 적어도 어떤 상태에서 영구적인 에너지 공급이 필요하다. 그밖에 일렉트로홀로그래픽 (Electroholographic) 스위치의 "삽입 손실(Insertion loss)"은, 즉 약 4-5 dB에 달할 정도로 상당히 높다.
마그네토-옵티컬(Magneto-optical) 시스템으로 인해 가능성, 즉 짧은 접속 시간과 적은 삽입 손실(Insertion loss)이 소위 "래칭(Latching)" 가능방식(상기 참조)과 연결될 수 있는 가능성이 열린다. 오스트리아 특허 No. 408.700을 따르는 발명에서 다중의 안정된 분극(Polarization) 회전자(Rotator)가 기술된 바 있다. 상기 회전자(Rotator)의 안정 상태는 미리 결정된 위치에서 도메인 벽들(DWs)을 받치고 있는 작은 오르토페라이트(Orthoferrite)(Orthoferrite) 플레이트(Plate)의 상면의 불균일성에 의해 보증된다. 상기 안정상태 간의 교차는 상기 위치 사이의 도메인 벽들을 밀어 움직여서 이루어지고 새로운 도메인을 만들어낼 필요 없이 행해진다. 상기 교차에 필요한 시간은 약 100 ns, 즉 "래칭(Latching)" 형태의 다른 광 스위치에 필요한 시간보다 약 1000 Male 정도 더 빠르다. 그러나 스위치의 직경은 몹시 제한된다. 드라이버(Driver)-자기장의 진폭(Amplitude)은 매우 적기 때문에, 그래서 DWs는 단지 비교 가능한 작은 거리에서만 이동할 수 있다.
본 발명은 외부의 자기장 영역의 임펄스(Impulse) 작용 하에 원도메인(Onedomain) 상태로 전환하는 자기장 단결정체(Single Crystal)를 가지는 광, 즉 미리 정해진 결정체의 영역을 관통하는 광의 분극 상태를 수정하기 위한 공정 및 그와 같은 공정을 실행하기 위한 장치에 관한 것이다. 따라서 본 발명의 주제는 광선의 분극을 수정하기 위한 그리고 그 다음의 광통신시스템, 정보처리, 디스플레이 등등에 사용되는 이러한 광선의 강도 등등의 방향을 수정하기 위한 방법 및 공정에 관한 것이다.
도 1은 결정의 분극 상태 도면.
도 2는 결정의 측면에 나타나는 불균일성을 도시하는 도면.
본 발명의 과제는 스위치의 직경에 대한 제한을 감소시키는 것이다.
상기 과제는 본 발명에 따라서 자기장 강도 (H)를 가지는 자기장 임펄스(Impulse)가 결정체에 가해짐으로써 해소되고, 상기 결정체는 임펄스(Impulse)가 끝난 다음에 시그널도메인(Signaldomain)-상태에 있는 것이 아니라 한정된, 가해진 자기장의 방향에 의해 정해진 멀티도메인(Multidomain)-상태로 되돌아간다. 따라서 스위치의 직경은 더 높은 진폭을 가지는 자기장 임펄스(Impulse)를 사용하여 확대된다. 이때 상기 직경은, 교체하는 마그네트펄스(Magnetpulse)가 작용하는 존(Zone)에 의해 한정된다. 본 발명에서 상기 존(Zone)은, 마그네트임펄스(MagnetImpulse)의 스위치가 꺼진 후에 발생하는 도메인 구조를 나타낸다. 오르토페라이트(Orthoferrite)에서 상대적으로 큰 도메인이 발생하고, 그에 상응하게 스위치의 큰 직경이 역시 달성될 수 있다.
오르토페라이트(Orthoferrite)에는 장방향의 히스테리시스(Hysteresis)-기능이 있다. 오르토페라이트(Orthoferrite)의 보자력은 매우 높아서, 몇 킬로의-에르스텟(Oersted)(kOE)에 달한다. 보자력을 극복하기 위하여 필요한 더 큰 자기장를 생산하는 것에는 큰 에너지 입력(상기 요소는 밀도 있게 패킹된 스위치 암나사 구성에서 특히 중요하다)이 필요하고 접속시간이 확대되는 스키마(Schema)의 상승된 유도성 인덕턴스(Inductance)를 초래할 수 있다. 드라이버-필드에 필요한 강도를 줄이기 위하여, 도메인 벽들이 미리 주어진 위치(Position)에서 고정되는 결정체상면의 불균일성이 사용된다. 불균일성 간의 간격이 적다면, 혹은 얇은 오르토페라이트(Orthoferrite) 플레이트(Plate)가 사용되어진다면, DW's는 끊임없이 한 이질성에서 다른 것으로 움직인다. 오르토페라이트(Orthoferrite) 결정체의 경우에 마지막의 것이 두께100 ㎛에 관계할 때, 가시적이며 거의 적외선 스펙트럼 영역으로 분극 회전할 때 사용한다. 더 두꺼운 샘플(Sample) 및 게다가 ≥ 1,2㎜의 경우, 파장길이가 ≥ 1,3㎛ 상에서 45°의 분극회전에 사용되어지는 두꺼운 이트륨(Y) 오르토페라이트(Orthoferrite)는 결정체는 상황이 다르다는 것이 밝혀진 바 있다. 큰 영역의 자화를 다른 영역으로 이동하기 위하여, 매우 강한 자기장의 상기 결정체를 사용하는 것은 새로운 도메인의 생산 및 확장, 불리한 자화 방향을 가지는 도메인의 붕괴 및 잇단 결정체의 자화를 초래한다. 자기장의 임펄스(Impulse) 진폭이 매우 높은 경우(몇몇 kOe), 상기 임펄스(Impulse)가 종결된 후에 결정체는 모노도메인(Monodomain) 상태로 남게 되고 자화 방향의 변화들은 다시 동일한 혹은 오히려 더 높은 진폭을 가지는 임펄스(Impulse)의 사용을 요구한다.
그러나 임펄스(Impulse)의 진폭 H가 그리 높지 않아 곧 결정체의 포화자기(H=Hs)를 달성하는 데 충분하다면, 그렇다면 결정체는 임펄스(Impulse)가 종결된 후에 다시 멀티도메인(Multidomain) 상태로 되돌아간다(상반되게 자화된 도메인의 처음, 특 완전히 억제되지 않고 임펄스(Impulse)가 종결된 후에 상기는 새로운 도메인으로 전환한다).
본 발명에 따르는 공정 및 그에 상응하는 장치의 계속되는 특징 및 장점은 하기 표 1 뿐만 아니라 도면에 근거하여 좀 더 자세히 설명된다.
상당수의 경우에 임펄스(H≤Hs)를 사용한 후 자화방향이 정해진 결정체 영역에서 대립되는 영역으로 변화되어진다: 광 축에 수직으로 절단된 오르토페라이트(Orthoferrite)-결정체가 관찰된다. 이러한 종류의 결정체에서 DWs가 결정체그래프의 α-축에 수직 방향으로 정렬된다, 제 1도 참조. 상기 자화는 상부 및 하부 도메인에서는 포지티브(Positive)이고 중앙 도메인에서는 네거티브(negative) 상태이다:(도면 1a 참조). 네거티브(Negative) 극성의 자기장 임펄스(Impulse)가 이제 결정체에 작용한다. 임펄스의 진폭이 대략 Hs에 달한다면, 결정체는 원도메인(Onedomain)-상태에까지 자화되어진다, 도면 1b 참조. 임펄스(Impulse)가 종결된 후에 결정체는 도메인으로 분할된다, 도면 1c 참조. 결정체의 상부 및 하부 영역에서는 결합력이 매우 높아 자화방향은 임펄스 동안 똑같은 상태가 된다. 결합력이 약한 중앙 영역에서는 자화방향이 물론 상반된다. 도메인을 안정시키기 위하여 다시, 발명 No. 408.700에서 기술된 바와 같이 불균일성(불획일성)이 사용될 수 있다.
광선이 상이한 결정체 영역으로 향하게 된다면, 그럴 경우 상이한 광선의 분극은 마그네트(Magnet) 드라이버필드(Driverfield) 및 광선의 위치에 따라 변화될 것이다. 표 1의 예에서 영역 1을 관통하는 광선의 분극은 "＋"(다시 말하자면, 분극방향이 시계방향으로 회전)로, 그리고 영역 2를 관통하는 광선의 분극은 "－"(분극 방향이 시계 반대 방향으로 회전)로 기술된다. 네거티브(Negative) 극성의 자기장 임펄스(Impulse)가 적용된다면, 그럴 경우 임펄스(Impulse) 진행 동안 두 광선의 분극은 "마이너스" 상태이다. 임펄스(Impulse)가 종결된 후 광선 1 및 2의 분극은 그에 상응하게 "－"(1에 대해) 및 "＋"(2에 대해) 상태이다. 포지티브(Positive) 극성의 자기장 임펄스(Impulse)를 적용하는 것은 새로운 배분을 이끈다: "＋" 및 "＋" 그리고 상기 임펄스(Impulse)가 종결된 후에 다시 "＋" 및 "－" 상태가 생성된다. 따라서 극성의 선택 및 임펄스(Impulse) 시간은 선택된 시간 간격을 두고 희망된 분극 분배 내지 - 조합을 달성한다.
오스트리아 특허 No. 408.700을 따르는 발명에서, 광선이 관통하는 결정체 상면에서 불규칙(예를 들면 균열 내지 스크래치(Scratch)와 같은)이 DWs를 고정시키기 위하여 사용되어진다. 상기 상면의 이런 불균일성은 이러한 결정체를 감쇠기(Attenuator)에 삽입할 때 방해되는 광의 산란을 일으킨다.
오스트리아 특허 No. 408.700을 따르는 배열(Order)과는 달리 본 발명에서는 불균일성(균열과 같은)이 결정체의 측면에 배치되어진다. 제 2도에서는 회전자의 측면에 배치된, 균열 내지 스크래치(Scratch) 형태의 이러한 불균일성이 도시된다. 균열 내지 스크래치(Scratch) 방향은 결정체그래프의 α-축에 수직이며 DWs의 명에 대해서는 평행하다.
DWs가 큰 거리이상으로 지속적으로 이동하는 것을 보증하기 위하여, 상대적으로 얇은 작은 판(Plate)이 사용되어져야만 한다(오르토페라이트(Orthoferrite)의 경우 "상대적으로 얇은 것으로서"는 몇 백 마이크로미터 두께의 작은 판이 간주된다). 자기장 강도의 매우 넓은 폭의 영역에서 상기 작은 판에 작용하는 자기장의 작용은 적합한 극성을 가지는 기존의 도메인을 가동하는 것이며 새로운 도메인을 생산하는 것은 아니다. 불균일성은 회전자의 운전이 매우 안정적으로 가능해지는 희망된 위치에서 DWs를 유지한다. 이러한 몇몇 작은 판의 더미는 희망된 두께를 가지는 회전자의 구성에 사용되어질 수 있다.
더 나아가 DWs를 고정시키는 불균일성은 영구적인 자기장의 원천과 결합될 수 있다. 오스트리아 특허 No. 408.700을 따르는 발명에서 한 쌍의 자기(Magnet)를 가지는 불균일한 자기장가 사용되는 것이 제공된 바 있다. 그러나 두 개의 자기(Magnet)를 사용하는 것은 요소 내지 시스템의 디멘션(Dimension)을 증가시킨다.
이제 본 발명에 따르는 영구 자석(Permanent magnet)이 사용된다. 상기 영구 자석(Permanent magnet)은 회전자의 인접한 부분의 자화를 유지한다; 상기 도메인의 경계 위치(회전자의 DW)는 자기장 임펄스(Impulse)의 작용 하에 수정되고 상기에서 언급된 바와 같이 불균일성에 의해 고정되어질 수 있다.

Claims (6)

  1. 광(Light)이 결정체의 미리 주어진 영역을 관통하여 들어가고, 외부 자기장의 작용 하에 원도메인(Onedemain)-상태로 전환되는 자기 단축 결정체를 가지는 광(Light)의 분극 상태를 수정하기 위한 공정으로서, 자기장 강도 (H)를 가지는 자기장 임펄스(Impulse)가 결정체에 가해지고, 상기 결정체는 임펄스(Impulse)가 끝난 다음에 싱글도메인(Singledomain)-상태에 있는 것이 아니라 한정된, 가해진 자기장의 방향에 의해 정해진 멀티도메인(Multidomain)-상태로 되돌아가는 것을 특징으로 하는 광의 분극 상태 수정 공정.
  2. 제 1항에 있어서, 도메인 벽이 결정체 내에서 생성되어지는 불균일성에 의해 미리 주어진 위치(Position)에서 유지되어지는 것을 특징으로 하는 광의 분극 상태 수정 공정.
  3. 제 1항 또는 2항에 있어서, 외부 자기장 임펄스(Impulse)와 같이 외부 자기장 임펄스(Impulse)가 종결된 후에 그와 동일한 부호로 남게되는 광선이 그와 같은 결정체의 영역을 통해 유도되어지는 것을 특징으로 하는 광의 분극 상태 수정 공정.
  4. 제 1항 또는 2항에 있어서, 외부 자기장 임펄스(Impulse)와 같이 외부 자기장 임펄스(Impulse)가 종결된 후에 상반된 부호로 남게되는 광선이 그와 같은 결정체의 영역을 통해 유도되어지는 것을 특징으로 하는 광의 분극 상태 수정 공정.
  5. 제 1항 또는 2항에 있어서, 외부 자기장 임펄스(Impulse)가 작용하는 동안에는 동일한 부호로 자화되고 외부 자기장 임펄스(Impulse)가 종결된 후에는 상반된 부호로 자화되어지는 광선이 그와 같은 결정체의 영역을 통해 유도되어지는 것을 특징으로 하는 광의 분극 상태 수정 공정.
  6. 제 1항에서 5항까지 중 어느 한 항을 따르는 광의 분극 상태 수정 공정에 따라 광선의 편광 상태를 수정하기 위한 장치로서, 상기 장치는 자기적 단일축 결정으로 만들어지는 광-자기 회전자를 가지며, 상기 결정은 지정된 위치에서 도메인을 고정시키는 불균일성을 가지며, 상기 불균일성이 결정체의 측면에 배치되는 것을 특징으로 하는 광선 분극 상태의 수정 장치.
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