RU2031423C1 - Method of light modulation and device for its realization - Google Patents
Method of light modulation and device for its realization Download PDFInfo
- Publication number
- RU2031423C1 RU2031423C1 SU5008548A RU2031423C1 RU 2031423 C1 RU2031423 C1 RU 2031423C1 SU 5008548 A SU5008548 A SU 5008548A RU 2031423 C1 RU2031423 C1 RU 2031423C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- light
- plane
- polarization
- polarizer
- analyzer
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к магнитоэлектронике, в частности к управлению интенсивностью электромагнитного излучения, и может быть использовано в системах оптической связи, оптоэлектронике, квантовой электронике. The invention relates to magnetoelectronics, in particular to controlling the intensity of electromagnetic radiation, and can be used in optical communication systems, optoelectronics, quantum electronics.
Известны магнитооптические (МО) способы модуляции электромагнитного излучения. В основе способа модуляции с использованием эффекта Фарадея [1] лежит прохождение потока света через систему поляризатор - МО-вещество, находящееся в модулирующем магнитом поле, - анализатор и вращение плоскости поляризации линейно поляризованного света намагниченным МО-веществом, причем модулирующее магнитное поле направлено вдоль распространения света, а поляризатор и анализатор находятся либо в скрещенном состоянии, либо под углом 45о. Недостатком этого способа является большая величина намагничивающего поля в случае тонких образцов вследствие большого значения размагничивающего фактора. Это приводит к энергетическим потерям. При модуляции по тока света в условиях, когда угол между плоскостями поляризации поляризатора и анализатора равен 45о, необходимо постоянно менять направление магнитного поля. Намагничивающая катушка непрерывно находится под действием электрического тока, что приводит к большому джоулеву нагреву источника модулирующего магнитного поля и МО-вещества, а следовательно, к увеличению энергопотерь и нестабильности глубины модуляции (m)(так, нагрев Y3Fe5O12 от 300 до 350 К уменьшает эффект на 10%).Known magneto-optical (MO) methods for modulating electromagnetic radiation. The modulation method using the Faraday effect [1] is based on the passage of the light flux through the polarizer – MO-material system located in a magnetically modulating field — an analyzer and rotation of the plane of polarization of linearly polarized light by a magnetized MO-material, the modulating magnetic field being directed along the propagation light, and the polarizer and analyzer are either in a crossed state or at an angle of 45 about . The disadvantage of this method is the large magnitude of the magnetizing field in the case of thin samples due to the large value of the demagnetizing factor. This leads to energy loss. When modulating the light flux under conditions when the angle between the polarization planes of the polarizer and analyzer is 45 ° , it is necessary to constantly change the direction of the magnetic field. The magnetizing coil is continuously exposed to electric current, which leads to a large Joule heating of the source of the modulating magnetic field and the MO substance, and therefore to an increase in energy loss and instability of the modulation depth (m) (for example, heating Y 3 Fe 5 O 12 from 300 to 350 K reduces the effect by 10%).
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ модуляции потока света ИК-диапазона с использованием эффекта Коттон-Мутона, иначе называемого эффектом Фохта, выбранный за прототип [2], основанный на магнитном линейном двулучепреломлении излучения при прохождении через систему поляризатор - ферро- или ферримагнитное вещество, помещенное в постоянное Но и переменное Нrf магнитные поля, - фазосдвигающая пластина λ /4 ( λ - длина волны потока света) - анализатор. Причем Но и Hrf расположены перпендикулярно друг другу и к направлению распространения света, а ферромагнитное вещество расположено осью легкой намагниченности по направлению постоянного магнитного поля перпендикулярно распространению потока света, проходящего через кристалл. Плоскость поляризации линейно поляризованного света, падающего на кристалл, повернута на 45о к направлению Но. При прохождении света через МО-среду он разлагается на две волны. Магнитное линейное двулучепреломление выражается разностью фаз (Ф) между двумя линейно поляризованными волнами, соответственно параллельной и перпендикулярной направлению постоянного магнитного пол, достаточного для насыщения доменов в кристалле. При этом считают незначительный эффект магнитного линейного дихроизма, т. е. не учитывается поглощение света веществом. Переменное магнитное поле создает малую осцилляцию намагниченности и, как следствие, осцилляцию фазового угла Δ Ф. Поляризатор и анализатор находятся в скрещенном состоянии. Без учета поглощения интенсивность прошедшего через анализатор потока света Δ Y имеет ту же модуляцию, что и Δ Ф. Величина изменения интенсивности света зависит от толщины кристалла, длины волны падающего излучения, значения фазового угла при разных направлениях кристаллографических осей по отношению к Но и Hrf, температуры, природы кристалла, от кристаллографической плоскости, на которую падает поток света, величины постоянного и переменного магнитных полей и определяется выражением
ΔY = Yo/2 (sin Δ Ф(t)), (1) где Yо - интенсивность падающего на поляризатор света. Максимальная величина глубины модуляции, найденная данным способом, получена для монокристалла TbIG толщиной 1 см и равна 7%.The closest in technical essence to the claimed one is a method of modulating the IR light flux using the Cotton-Mouton effect, otherwise called the Voigt effect, chosen as a prototype [2], based on magnetic linear birefringence of radiation when passing through a polarizer - ferro- or ferrimagnetic system a substance placed in a constant Ho and variable Hrf magnetic fields is a phase-shifting plate λ / 4 (λ is the wavelength of the light flux) is an analyzer. Moreover, Ho and Hrf are located perpendicular to each other and to the direction of light propagation, and the ferromagnetic substance is located along the axis of easy magnetization in the direction of a constant magnetic field perpendicular to the propagation of the light flux passing through the crystal. The plane of polarization of linearly polarized light incident on the crystal is rotated 45 ° to the direction of Ho. When light passes through the MO medium, it decomposes into two waves. Magnetic linear birefringence is expressed by the phase difference (Φ) between two linearly polarized waves, respectively parallel and perpendicular to the direction of a constant magnetic field, sufficient to saturate the domains in the crystal. In this case, the insignificant effect of magnetic linear dichroism is considered, i.e., the absorption of light by matter is not taken into account. An alternating magnetic field creates a small oscillation of the magnetization and, as a consequence, an oscillation of the phase angle Δ F. The polarizer and analyzer are in a crossed state. Without taking into account absorption, the intensity of the light flux passing through the analyzer Δ Y has the same modulation as Δ F. The magnitude of the change in light intensity depends on the crystal thickness, the wavelength of the incident radiation, the phase angle for different directions of the crystallographic axes with respect to Ho and Hrf, temperature, the nature of the crystal, from the crystallographic plane onto which the light flux falls, the magnitude of the constant and alternating magnetic fields and is determined by the expression
ΔY = Y o / 2 (sin Δ Ф (t)), (1) where Y о is the intensity of the light incident on the polarizer. The maximum modulation depth found by this method was obtained for TbIG
В способе-прототипе для модуляции потока света необходимы две операции: приложение постоянного магнитного поля для насыщения доменов в МО-среде и перпендикулярного ему переменного магнитного поля для модуляции фазового угла Ф. Это усложняет процесс модуляции и увеличивает энергозатраты. Кроме того, способ-прототип не может быть применен в среднем ИК-диапазоне, так как максимум эффекта Коттон-Мутона соответствует пику межзонного перехода (видимая и ближняя ИК-область света) и уменьшается с увеличением длины волны света. Одновременно в области межзонного перехода оптические потери максимально велики вследствие максимального поглощения ( α = 105 см-1), что приводит к малым значением пропускания всей оптической системы (<1%), а следовательно, малым значениям оптического КПД ( η ).In the prototype method, two operations are necessary for modulating the light flux: applying a constant magnetic field to saturate the domains in the MO medium and an alternating magnetic field perpendicular to it to modulate the phase angle F. This complicates the modulation process and increases energy consumption. In addition, the prototype method cannot be applied in the mid-IR range, since the maximum of the Cotton-Mouton effect corresponds to the peak of the interband transition (visible and near infrared light regions) and decreases with increasing light wavelength. At the same time, in the region of the interband transition, the optical losses are maximally large due to the maximum absorption (α = 10 5 cm -1 ), which leads to a small transmittance of the entire optical system (<1%) and, consequently, to small values of the optical efficiency (η).
Небольшая величина глубины модуляции связана с изменением фазового угла вследствие эффекта Фохта. Использование этого эффекта для модуляции оптического излучения не является перспективным [1]. A small modulation depth is associated with a change in the phase angle due to the Voigt effect. The use of this effect for modulating optical radiation is not promising [1].
Для реализации способа МО-модуляции света известны различные устройства, работающие на основе эффекта Фарадея [1]. Устройство состоит из поляризатора МО-среды, помещенной в намагничивающую катушку, и анализатора. Переменный ток, протекающий в обмотке катушки, создает магнитное поле вдоль направления распространения света и перемагничивает МО-вещество, что приводит к изменению угла вращения плоскости поляризации света, прошедшего через МО-среду. При использовании МО-вещества в виде тонких пластинок, обладающих большими значениями эффекта Фарадея, величина магнитного поля катушки зависит от их размеров. To implement the method of MO-light modulation, various devices are known that operate on the basis of the Faraday effect [1]. The device consists of a polarizer MO medium placed in a magnetizing coil, and an analyzer. The alternating current flowing in the coil winding creates a magnetic field along the direction of light propagation and magnetizes the MO substance, which leads to a change in the angle of rotation of the plane of polarization of the light transmitted through the MO medium. When using MO-matter in the form of thin plates with large values of the Faraday effect, the magnitude of the magnetic field of the coil depends on their size.
Недостатком такого устройства является необходимость создания больших магнитных полей для насыщения намагниченности тонких пластин МО-вещества и, как следствие, большая величина энергетических потерь. Так, для тонкой пластинки размагничивающий фактор равен 4 , а размагничивающее поле соответственно - 4 Ms, где Ms - намагниченность насыщения. Другим отрицательным следствием размагничивающего фактора является неоднородность намагничивающего поля. Все это существенно снижает экономичность этих устройств и сужает область их использования. The disadvantage of this device is the need to create large magnetic fields to saturate the magnetization of thin plates of the MO substance and, as a result, a large amount of energy loss. So, for a thin plate, the demagnetizing factor is 4, and the demagnetizing field is 4 Ms, respectively, where Ms is the saturation magnetization. Another negative consequence of the demagnetizing factor is the heterogeneity of the magnetizing field. All this significantly reduces the efficiency of these devices and narrows the scope of their use.
Наиболее близким устройством по геометрии взаимного расположения оптических элементов и магнитного поля является устройство, работающее на основе эффекта Коттон-Мутона (другое название - эффект Фохта), выбранное за прототип [2] . Элементы устройства расположены следующим образом: поляризатор - ферро- или ферримагнитное вещество, находящееся одновременно в постоянном и переменном магнитных полях, - источник постоянного поля - источник переменного модулирующего поля - четвертьволновая фазосдвигающая пластинка λ /4 - анализатор. Постоянное и переменное магнитные поля направлены вдоль пластины магнитного вещества под углом 45о к плоскости поляризации поляризатора, одновременно перпендикулярны друг другу и направлению распространения потока света.The closest device to the geometry of the relative positions of the optical elements and the magnetic field is a device based on the Cotton-Mouton effect (another name is the Voigt effect), selected as the prototype [2]. The elements of the device are arranged as follows: a polarizer — a ferro- or ferrimagnetic substance located simultaneously in constant and alternating magnetic fields — a source of a constant field — a source of an alternating modulating field — a quarter-wave phase-shifting plate λ / 4 — an analyzer. AC and DC magnetic fields are directed along the
Устройство-прототип работает следующим образом. Поток света линейно поляризуется на выходе поляризатора. Постоянное магнитное поле насыщает домены МО-среды, в которой вследствие магнитного линейного двулучепреломления свет распадается на две линейно поляризованные волны с разностью фаз Ф между ними. Переменное магнитное поле создает осцилляцию фазового угла Δ Ф. Фазосдвигающая пластина вновь преобразует свет в линейно поляризованный поток с плоскостью поляризации, меняющейся на угол Δ Ф. Анализатор преобразует фазовую модуляцию линейно поляризованного света в амплитудную Δ Y. The prototype device operates as follows. The light flux is linearly polarized at the output of the polarizer. A constant magnetic field saturates the domains of the MO medium in which, due to linear magnetic birefringence, the light splits into two linearly polarized waves with a phase difference Φ between them. An alternating magnetic field creates an oscillation of the phase angle Δ F. The phase-shifting plate again converts light into a linearly polarized stream with a plane of polarization changing by an angle Δ F. The analyzer converts the phase modulation of linearly polarized light into amplitude Δ Y.
В устройстве-прототипе для модуляции потока света необходимо наличие двух деталей, а именно источников постоянного и модулирующего магнитных полей, расположенных перпендикулярно друг к другу. Это усложняет и удорожает процесс изготовления, увеличивает энергозатраты и размеры устройства. Функциональное единство устройства-прототипа требует присутствия фазосдвигающей пластины для анализа Ф и специальной ее ориентации по отношению к поляризатору и анализатору. Наличие любого дополнительного оптического элемента увеличивает оптические потери, связанные с поглощением и отражением света, усложняет и удорожает процесс изготовления и настройки, увеличивает энергозатраты и размеры устройства. Устройство-прототип работает в области фундаментального поглощения (видимая и ближняя ИК-область света), величина m уменьшается обратно пропорционально увеличению длины волны, в то же время устройство имеет малую величину оптического КПД вследствие большого коэффициента поглощения α = 105 см-1.In the prototype device, to modulate the light flux, it is necessary to have two parts, namely, sources of constant and modulating magnetic fields located perpendicular to each other. This complicates and increases the cost of the manufacturing process, increases the energy consumption and size of the device. The functional unity of the prototype device requires the presence of a phase-shifting plate for analysis of Φ and its special orientation with respect to the polarizer and analyzer. The presence of any additional optical element increases the optical loss associated with the absorption and reflection of light, complicates and increases the cost of the manufacturing and adjustment process, increases the energy consumption and size of the device. The prototype device operates in the field of fundamental absorption (visible and near infrared light), the value of m decreases inversely with the increase in wavelength, at the same time, the device has a small optical efficiency due to the large absorption coefficient α = 10 5 cm -1 .
Для повышения производительности, оптического КПД и расширения спектрального диапазона способа модуляции излучения света, а также экономии материалов, уменьшения размеров устройства за счет использования в качестве ферромагнитного вещества магнетика, обладающего вращением плоскости поляризации линейно поляризованного света в геометрии Фохта, сокращения числа операций и повышения интенсивности света на выходе модулятора по способу модуляции ИК-излучения в геометрии Фохта (Коттон-Мутона), заключающемуся в прохождении света через поляризатор, ферро- или ферримагнитное вещество, модулирующее магнитное поле, анализатор, заключающемуся также в направлении модулирующего магнитного поля вдоль плоскости пластины поляризации, перпендикулярно потоку света и под углом 45о к плоскости поляризации поляризатора, согласно изобретению выполняют ферромагнитное вещество из магнетика, обладающего вращением плоскости поляризации линейно поляризованного света (Q в геометрии Фохта, связанным с присутствием примесей и свободных носителей заряда (например, n- или p-HgCr2Se4) и по заранее определенному Q устанавливают плоскость поляризации анализатора относительно направления магнитного поля под углом
φ= - [ argcsin { 2 ( 1 - Δ ) cos Q/( 2 -Δ ) } - Q ] / 2, (2) где знак (-) указывает направление, противоположное повороту плоскости поляризации поляризатора относительно магнитного поля; Δ - коэффициент, учитывающий неполноту погасания в системе поляризатор - магнетик - анализатор, связанный как с несовершенством поляризатора и анализатора, так и со свойствами магнетика (например, частичное доменное рассеяние).To increase productivity, optical efficiency and expand the spectral range of the method of modulating light emission, as well as saving materials, reducing the size of the device by using a magnet as a ferromagnetic substance with rotation of the plane of polarization of linearly polarized light in the Voigt geometry, reducing the number of operations and increasing light intensity at the modulator output by the method of modulating IR radiation in the Voigt (Cotton-Mouton) geometry, which consists in the passage of light through yarizator, ferro- or ferrimagnetic substance, a modulating magnetic field, the analyzer which comprises in the direction of the modulating magnetic field along the polarization plane of the plate, perpendicular to the flow of light at an
φ = - [argcsin {2 (1 - Δ) cos Q / (2 -Δ)} - Q] / 2, (2) where the sign (-) indicates the direction opposite to the rotation of the plane of polarization of the polarizer relative to the magnetic field; Δ is a coefficient that takes into account the incompleteness of the extinction in the polarizer - magnet - analyzer system, which is associated both with the imperfection of the polarizer and analyzer and with the properties of the magnet (for example, partial domain scattering).
Физическая основа предлагаемого способа состоит в следующем. Известно, что эффект Фохта (Коттон-Мутона) называют магнитным двулучепреломлением или появлением разности фаз у линейно поляризованных волн, направленных вдоль и поперек магнитного поля при прохождении через магнитное вещество. При этом не учитывают поглощение света веществом и связанный с ним поворот плоскости поляризации линейно поляризованного света. Такое рассмотрение оправдано для большинства магнетиков. Однако, как обнаружено, есть класс магнетиков - магнитные полупроводники, в которых поворот плоскости поляризации линейно поляризованного света Q может достигать 90о. Он связан с присутствием примесей в области за краем фундаментального поглощения и со свободными носителями заряда. Двулучепреломление при этом небольшое, и им можно пренебречь. Кривая зависимости интенсивности света от азимута анализатора на выходе модулятора (фиг.1) при воздействии магнитного поля оказывается сильно смещенной относительно той же кривой без поля. Таким образом, можно определить положение анализатора, при котором величина глубины модуляции (m), т. е. изменение интенсивности относительно интенсивности в поле, и величина оптического КПД ( η ) максимальны:
m = (Yн - Yн-о)100/Yн =
= [1-{2(1- Δ)(1+sin2 φ )+ Δ}/
/{2(1 - Δ )(1+sin2( φ+ Q ))+ Δ }]100%;
η = (Yн-Yн=о)/Yo=A exp(- α h) х
(1- Δ [sin2( φ + Q )-sin2 φ ]/2.The physical basis of the proposed method is as follows. It is known that the Vogt effect (Cotton-Mouton) is called magnetic birefringence or the appearance of a phase difference in linearly polarized waves directed along and across the magnetic field when passing through a magnetic substance. In this case, the absorption of light by matter and the rotation of the plane of polarization of linearly polarized light associated with it are not taken into account. This consideration is justified for most magnets. However, it has been discovered that there is a class of magnets — magnetic semiconductors, in which the rotation of the plane of polarization of linearly polarized light Q can reach 90 ° . It is associated with the presence of impurities in the region beyond the fundamental absorption edge and with free charge carriers. In this case, birefringence is small and can be neglected. The dependence of the light intensity on the azimuth of the analyzer at the output of the modulator (Fig. 1) when exposed to a magnetic field is strongly biased relative to the same curve without a field. Thus, it is possible to determine the position of the analyzer at which the magnitude of the modulation depth (m), i.e., the change in intensity relative to the intensity in the field, and the optical efficiency (η) are maximum:
m = (Y n - Y n-o ) 100 / Y n =
= [1- {2 (1- Δ) (1 + sin2 φ) + Δ} /
/ {2 (1 - Δ) (1 + sin2 (φ + Q)) + Δ}] 100%;
η = (Y n -Y n = o ) / Y o = A exp (- α h) x
(1- Δ [sin2 (φ + Q) -sin2 φ] / 2.
Этот эффект существует не только в низкосимметричном, но и в кубическом кристалле. Величина эффекта зависит от направления кристаллографических осей относительно магнитного поля, температуры, толщины кристалла, длины волны потока света, величины магнитного поля. This effect exists not only in the low symmetry, but also in the cubic crystal. The magnitude of the effect depends on the direction of the crystallographic axes relative to the magnetic field, temperature, crystal thickness, wavelength of the light flux, magnitude of the magnetic field.
В устройстве-модуляторе, работающем в геометрии Фохта (Коттон-Мутона), содеpжащем поляризатор, ферро- или ферримагнитное вещество, модулирующее магнитное поле, направленное вдоль пластины вещества перпендикулярно пучку света и под углом 45о к плоскости поляризации поляризатора, и анализатор, согласно изобретению ферромагнитное вещество выполняют из магнитного полупроводника n- или p-HgCr2Se4, обладающего вращением плоскости поляризации линейно поляризованного света в геометрии Фохта. При этом отпадает необходимость в источнике постоянного магнитного поля и в оптической детали (фазосдвигающей пластины λ /4) и уменьшаются размеры, материалоемкость, увеличивается оптический КПД и расширяется спектральный диапазон устройства.The device modulator operating in Voigt geometry (Cotton-Mouton) sodepzhat polarizer, ferro- or ferrimagnetic substance, modulating magnetic field directed along the plate material perpendicular to the light beam and at an
На фиг. 1 представлен график изменения интенсивности света на выходе модулятора от угла поворота плоскости поляризации анализатора при отсутствии магнитного поля (Н = 0) и в постоянном магнитном поле (Н ≠ 0); на фиг. 2 представлена схема устройства модуляции света в геометрии Фохта. In FIG. Figure 1 shows a graph of the change in light intensity at the modulator output from the angle of rotation of the analyzer's polarization plane in the absence of a magnetic field (H = 0) and in a constant magnetic field (H ≠ 0); in FIG. 2 is a diagram of a light modulation device in Voigt geometry.
Модуляция линейно поляризованного света предлагаемым способом реализуется следующим образом. В геометрии Фохта (фиг.2) устанавливают систему поляризатор - магнетик, например ферромагнитный полупроводник n- или p-HgCr2Se4 с известной зависимостью Q(λ ), - источник переменного магнитного поля - анализатор. Магнитное поле (Н) направляют перпендикулярно к потоку света, под углом 45о к плоскости поляризации поляризатора и вдоль плоскости магнитного полупроводника. Затем устанавливают плоскость поляризации анализатора под углом φ относительно направления магнитного поля, зависящим от Q, Δ , λ согласно выражению (2). Под действием переменного магнитного поля в ферромагнитном полупроводнике возникает изменение намагниченности и, как следствие, изменение поворота прошедшего через него линейно поляризованного света на угол от 0 до Qо. Анализатор преобразует угловую модуляцию линейно поляризованного света в амплитудную. Таким образом, в геометрии Фохта (Коттон-Мутона) реализуется способ модуляции линейно поляризованного света.Modulation of linearly polarized light by the proposed method is implemented as follows. In the Vogt geometry (FIG. 2), a polarizer-magnet system is installed, for example, an n- or p-HgCr 2 Se 4 ferromagnetic semiconductor with a known Q (λ) dependence, —a source of an alternating magnetic field — an analyzer. Magnetic field (H) directed perpendicularly to the flow of light at an angle of 45 ° to the polarization plane of the polarizer and along the plane of the magnetic semiconductor. Then set the plane of polarization of the analyzer at an angle φ relative to the direction of the magnetic field, depending on Q, Δ, λ according to expression (2). Under the influence of an alternating magnetic field in a ferromagnetic semiconductor, a change in magnetization occurs and, as a result, a change in the rotation of linearly polarized light transmitted through it by an angle from 0 to Q о . The analyzer converts the angular modulation of linearly polarized light into amplitude. Thus, in the Vogt (Cotton-Mouton) geometry, a method for modulating linearly polarized light is implemented.
Пример осуществления способа. An example implementation of the method.
В магнитном полупроводнике n-HgCr2Se4 толщиной h = 0,5 мм при Т = 80 К, λ= 3 мкм, (Н)-34400 А/м (430 Э) величина Q равна 90о. Устанавливают плоскость поляризации поляризатора под углом 45о к направлению магнитного поля. Помещают n-HgCr2Se4 между полюсами источника переменного магнитного опля, устанавливают плоскость поляризации анализатора. Используя выражения (2), определяют угол поворота плоскости поляризации анализатора относительно направления магнитного поля φ = -45о при Δ = 0,1. Подают переменное магнитное поле, на выходе анализатора получают модуляцию интенсивности, прошедшего света с частотой и формой сигнала управляющего магнитного поля. Глубина модуляции m = 85%, что более чем в 12 раз больше, чем у прототипа.In an n-HgCr 2 Se 4 magnetic semiconductor with a thickness of h = 0.5 mm at T = 80 K, λ = 3 μm, (N) -34400 A / m (430 Oe), the value of Q is 90 about . Set the plane of polarization of the polarizer at an angle of 45 about the direction of the magnetic field. Place n-HgCr 2 Se 4 between the poles of the variable magnetic oply source, set the plane of polarization of the analyzer. Using expressions (2), the angle of rotation of the plane of polarization of the analyzer is determined relative to the direction of the magnetic field φ = -45 о at Δ = 0.1. An alternating magnetic field is applied, and at the output of the analyzer, a modulation of the intensity of transmitted light is obtained with the frequency and waveform of the control magnetic field. The modulation depth m = 85%, which is more than 12 times greater than that of the prototype.
Устройство для модуляции потока света в геометрии Фохта (фиг.2) содержит последовательно установленные вдоль оптической оси поляризатор 1, ферромагнитный полупроводник 2 n- или p-HgCr2Se4, анализатор 3 и источник 4 переменного магнитного поля.A device for modulating the light flux in the Voigt geometry (Fig. 2) comprises a
Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.
Поток света поступает на поляризатор 1. От поляризатора линейно поляризованный свет направляется на плоскость магнетика 2. Плоскость пластины ферромагнитного полупроводника 2 располагается вдоль направления магнитного поля от источника 4 поля. Угол между плоскостью поляризации линейно поляризованного света и направлением магнитного поля равен 45о. Зависимость поворота плоскости поляризации линейно поляризованного света в ферромагнитном полупроводнике на угол Q в данной геометрии квадратична от магнитного поля, поэтому на источник магнитного поля подаются импульсы одной полярности. Таким образом, понижается энергоемкость источника магнитного поля. Затем линейно поляризованный свет проходит через анализатор 3, плоскость поляризации которого установлена на заранее определенный угол φ . Под действием модулирующего магнитного поля происходит изменение намагниченности ферромагнитного полупроводника, а следовательно, модуляция плоскости поляризации линейно поляризованного света, прошедшего через полупроводник, на угол от 0 до Qо, что приводит к изменению интенсивности света на выходе анализатора.A stream of light enters the
Вращение плоскости поляризации линейно поляризованного света в HgCr2Se4 в геометрии Фохта, как показали исследования, связано с присутствием в полупроводнике примесей, свободных носителей заряда и находится в области окна прозрачности, т.е. области, ограниченной краем фундаментального поглощения и взаимодействием света с фотонами от 2,5 до 16 мкм (в устройстве-прототипе этот интервал равен 0,6-1,5 мкм). Коэффициент поглощения в области окна прозрачности меняется от 10 до 200 см, что дает возможность увеличить оптический КПД в exp(- α h) раз по сравнению с устройством-прототипом, у которого коэффициент поглощения α = 105 см-1.The rotation of the plane of polarization of linearly polarized light in HgCr 2 Se 4 in the Voigt geometry, as shown by studies, is due to the presence of impurities and free charge carriers in the semiconductor and lies in the region of the transparency window, i.e. the region bounded by the fundamental absorption edge and the interaction of light with photons from 2.5 to 16 μm (in the prototype device, this interval is 0.6-1.5 μm). The absorption coefficient in the region of the transparency window varies from 10 to 200 cm, which makes it possible to increase the optical efficiency exp (- α h) times in comparison with the prototype device, in which the absorption coefficient is α = 10 5 cm -1 .
Таким образом, благодаря новым признакам предлагаемые способ и устройство обеспечивают следующие преимущества: значительно увеличена глубина модуляции (более чем в 12 раз) и оптический КПД; существенно расширен спектральный диапазон устройства в сторону больших длин волн; сокращено число операций способа и отпала необходимость в источнике постоянного магнитного поля и оптической детали; уменьшена материалоемкость устройства. Thus, thanks to new features, the proposed method and device provide the following advantages: significantly increased modulation depth (more than 12 times) and optical efficiency; significantly expanded the spectral range of the device towards large wavelengths; the number of operations of the method is reduced and there is no longer a need for a constant magnetic field source and an optical part; reduced material consumption of the device.
Claims (5)
где Δ - коэффициент, учитывающий неполноту погасания в системе поляризатор - магнетик - анализатор;
q - угол вращения плоскости поляризации света.1. The method of modulation of light, which consists in the fact that the light is sequentially passed through a polarizer, a modulating element of a ferri- or ferromagnetic material, placed in a magnetic field, the intensity vector
where Δ is a coefficient that takes into account the incompleteness of extinction in the polarizer - magnet - analyzer system;
q is the angle of rotation of the plane of polarization of light.
где Δ - коэффициент, учитывающий неполноту погасания в системе поляризатор - магнетик - анализатор;
q - угол вращения плоскости поляризации света.3. A device for modulating light, containing a polarizer sequentially mounted on the optical axis, a modulating element of a ferri- or ferromagnet, placed in a magnetic field source, placed so that the magnetic field vector
where Δ is a coefficient that takes into account the incompleteness of extinction in the polarizer - magnet - analyzer system;
q is the angle of rotation of the plane of polarization of light.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU5008548 RU2031423C1 (en) | 1991-11-11 | 1991-11-11 | Method of light modulation and device for its realization |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU5008548 RU2031423C1 (en) | 1991-11-11 | 1991-11-11 | Method of light modulation and device for its realization |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2031423C1 true RU2031423C1 (en) | 1995-03-20 |
Family
ID=21588498
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU5008548 RU2031423C1 (en) | 1991-11-11 | 1991-11-11 | Method of light modulation and device for its realization |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2031423C1 (en) |
-
1991
- 1991-11-11 RU SU5008548 patent/RU2031423C1/en active
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 1. Мустель Е.П. и др. Методы модуляции и сканирования света. М.: Наука, 1970, с.296. * |
| 2. Патент Франции N 2285628, кл. G 02F 1/09, 1976. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US3666351A (en) | Controllable magnetooptical devices employing magnetically ordered materials | |
| JPH0651255A (en) | Optical attenuator | |
| CA1281803C (en) | Magnet-electro-optic effect light modulator | |
| Gaj | Magnetooptical properties of large-gap diluted magnetic semiconductors | |
| US4969720A (en) | Magneto-optic bypass switch | |
| Dadoenkova et al. | Controlling the Goos-Hänchen shift with external electric and magnetic fields in an electro-optic/magneto-electric heterostructure | |
| US6153318A (en) | Layered material having properties that are variable by an applied electric field | |
| US3870397A (en) | Thin film magneto-optic switch | |
| RU2031423C1 (en) | Method of light modulation and device for its realization | |
| US3239670A (en) | Microwave modulation of optical radiation in a waveguide | |
| US3422269A (en) | Resonant kerr effect electromagnetic wave modulators | |
| EP0104675B1 (en) | Magneto-optical element on the basis of pt-mn-sb | |
| JP2004133387A (en) | Magneto-optical component | |
| Tseng et al. | Mode conversion in magneto-optic waveguides subjected to a periodic permalloy structure | |
| JP3583515B2 (en) | Polarization scrambler device | |
| Fedyanin et al. | Phase-matched magnetization-induced second-harmonic generation in yttrium-iron-garnet magnetophotonic crystals | |
| Wolfe et al. | Fiber optic magnetic field sensor based on domain wall motion in garnet film waveguides | |
| Evans | THE EXPERIMENTALLY OBSERVED OPTICAL COTTON–MOUTON EFFECT: EVIDENCE FOR THE PHOTON'S LONGITUDINAL MAGNETIC FIELD, B (3) | |
| RU2439637C1 (en) | Method of modulating infrared radiation | |
| JPH04128715A (en) | Optical modulator | |
| US4607916A (en) | Apparatus for controlling the rotation of the plane of linear polarization of linearly polarized radiant energy traversing an element of chromium chalcogenide spinel magnetic semiconductor with elliptically polarized radiant energy | |
| Nelson | The modulation of laser light | |
| Chetkin et al. | Maximum velocity of a domain wall in a weak ferromagnet | |
| RU2620026C1 (en) | Method for modulation of electromagnetic radiation intensity using magnetoplasmonic crystal | |
| Torfeh et al. | Reciprocal and nonreciprocal high TE‐TM modes conversions in Tb, Al and Gd, Ga substituted garnet films |