Магнітооптичний обертач площини поляризації світла

Реферат: Магнітооптичний обертач площини поляризації світла включає плоску підкладку, на якій розташована МО монокристалічна плівка, вхідний і вихідний торці якої паралельні один одному і перпендикулярні площині плівки, джерело магнітного поля виконано у вигляді плоского провідника змінної ширини, розташований на поверхні плівки, напрямок електричного струму в якому перпендикулярний напрямку поширення світла. Додатково містить два масиви оптичних волокон, розташованих по різні сторони біля торців МО плівки, оптичні волокна в масивах для N довжин хвиль від 1 до N (Ν=1, 2, 3...) з інтервалом (N- 1)/(Ν-1) між сусідніми довжинами хвиль розташовані паралельно в один ряд. UA 87150 U (54) МАГНІТООПТИЧНИЙ ОБЕРТАЧ ПЛОЩИНИ ПОЛЯРИЗАЦІЇ СВІТЛА UA 87150 U UA 87150 U 5 10 15 20 25 30 Корисна модель належить до галузі волоконної оптики, а саме до волоконно-оптичних пристроїв, призначених для модуляції і перемикання напрямку світла, що виходить від незалежного джерела, заснованих на магнітооптичних приладах, що мають ефект Фарадея. Як прототип вибрано конструкцію магнітооптичного (МО) обертача площини поляризації (патент UA 7083.3). Конструкція обертача поляризації включає плоску підкладку, на якій розташована МО монокристалічна плівка, вхідний і вихідний торці якої паралельні один одному і перпендикулярні площині плівки, при цьому на поверхні плівки розташовано джерело магнітного поля, яке виконано у вигляді плоского провідника перемінної ширини, напрямок електричного струму в якому перпендикулярний напрямку поширення світла. Недоліком МО обертача поляризації світла є низька надійність роботи пристрою. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалити МО обертач площини поляризації світла шляхом використання двох масивів оптичних волокон, розташованих по різні сторони біля торців МО плівки, і виконання плоского провідника заданої форми, що забезпечує підвищення надійності роботи пристрою. Поставлена задача вирішується тим, що магнітооптичний обертач площини поляризації світла, що включає плоску підкладку, на якій розташована МО монокристалічна плівка, вхідний і вихідний торці якої паралельні один одному і перпендикулярні площині плівки, джерело магнітного поля виконано у вигляді плоского провідника змінної ширини, розташований на поверхні плівки, напрямок електричного струму в якому перпендикулярний напрямку поширення світла, відповідно до корисної моделі, додатково містить два масиви оптичних волокон, розташованих по різні сторони біля торців МО плівки, оптичні волокна в масивах для N довжин хвиль від λ1 до λN (Ν=1, 2, 3…) з інтервалом (λN- λ1)/(Ν-1) між сусідніми довжинами хвиль розташовані паралельно в один ряд, при цьому осьові лінії волокон для однойменних довжин хвиль збігаються як один з одним, так і з центральними осями відповідних світлових пучків, а відстань між осями волокон у масиві ΔΖ не менше діаметра оптичного волокна, а також суми ширини оптичного пучка на вихідному торці МО плівки і діаметра серцевини оптичного волокна, плоский провідник з довжиною робочої ділянки ΔΖ▪(N-1), виконаний у вигляді клина, що розширюється в напрямку зменшення постійної Верде V(λ) з кутом   arctg S   S1  , а    1  Z    ширина Si плоского провідника на ділянках проходження осей пучків світла з довжиною хвилі λ i, становить n Si      i  2 i 1 n n i 1 ., i 1  i     i    i       i  2 де  i    i   - відхилення значення довжини хвилі λi, від середнього значення , а  i    i   - відхилення і-го значення коефіцієнта питомого фарадеєвського обертання  i , 35 40 45 від середнього значення  . За рахунок виконання плоского провідника у вигляді клина з розрахунковим значенням кута α при вершині і розташування клина гранню, що розширюється убік зменшення постійної Верде V(λ) для робочих довжин хвиль, а також за рахунок розміщення провідника в положенні, при якому ділянки клина з розрахунковою шириною Si для відповідних довжин хвиль λI знаходяться над їхніми осями, забезпечується рівний поворот вектора поляризації для всіх світлових пучків. За рахунок забезпечення рівної відстані між пучками світла в МО плівці, а також за рахунок застосування масивів оптичних волокон, у яких оптичні волокна розташовані в один ряд і знаходяться на однаковій відстані один від одного, полегшується як введення світлових пучків у МО плівку, так і вивід світлових пучків з МО плівки, що підвищує надійність роботи пристрою. Пристрій містить (фіг. 1): 1 - МО плівка, 2 - підкладка, 3 - плоский провідник, що має форму клина, 4 - вхідний масив вхідних оптичних волокон 6, 5 - вихідний масив вихідних оптичних волокон 7, для довжин хвиль світла від λ1 до λ5 з інтервалом (λ5-λ1)/4 між сусідніми довжинами хвиль. МО плівка 1 розташована на підкладці 2. На поверхні МО плівки 1 розташовано плоский провідник 3, виконаний у формі клина, його ширина збільшується убік 1 UA 87150 U  S   S1  , а ширина S i   1  Z    зменшення постійної Верде V(λ). Кут клина становить   arctg  плоского провідника на ділянках проходження осей пучків світла з довжиною хвилі λi становить n Si      i  2 i 1 10 15 20 25 30 35 40 45 n i 1 5 n . При указаному значенні кута α при вершині клина i 1  i     i    i       i  2 його сполучають з МО плівкою, при цьому ділянка клина шириною S1 розташовується над віссю світлового пучка з λ1 (фіг. 1 і 4). Інші ділянки клина із шириною Sj для відповідних світлових пучків з λi автоматично розташовуються над їхніми осями. Масиви оптичних волокон можуть являти собою як оптичні волокна, розташовані в один ряд в V-канавках (фіг. 2), так і монолітну конструкцію (фіг. 3). При цьому на кінцях оптичних волокон, що примикають до МО плівки, можуть бути розташовані колімуючі елементи. МО обертач площини поляризації світла працює в такий спосіб. На фіг. 4 показаний вид МО обертача зверху. Приклад. Для побудови МО обертача поляризації світла, що заявляється, можуть бути використані наступні елементи. У якості МО плівки можна використовувати монокристалічну епітаксіальну плівку з анізотропією "легка площина" хімічного складу (BiLuCa)3(FeGa)5O12, вирощену на підкладці гадоліній-галієвого гранату з орієнтацією кристалографічних осей 111, з полем насичення 1-50 Э. Для набору довжин хвиль світла з інтервалом, наприклад, 10 нм, наприклад, 1530, 1540, 1550, 1560 і 1570 нм для такого типу МО матеріалу значення коефіцієнтів питомого фарадеєвського обертання становить, приблизно, 63,4, 62,5, 61,7, 60,9 і 60,1 град/мм, відповідно. Для забезпечення діапазону кутів повороту площини поляризації світла, наприклад, в інтервалі 90 градусів від мінус 45 до плюс 45 градусів для зазначених довжин хвиль, плоский провідник, при відстані між сусідніми оптичними волокнами ΔΖ = 0,5 мм, повинен мати робочу довжину 2 мм і кут розширення α=1,11 градуса, і розташовуватися на поверхні МО плівки, ширина якої збільшується від пучка світла з довжиною хвилі 1530 нм убік пучка світла з довжиною хвилі 1570 нм. При цьому ширина ділянки плоского провідника, що розташовується над віссю пучка світла з довжиною хвилі 1530 нм, повинна становити 0,71 мм. При зазначених конструктивних параметрах МО обертача забезпечується одночасне обертання вектора поляризації всіх довжин хвиль в інтервалі від мінус 45 до плюс 45 градусів з точністю не гірше ±0,14 %. Обертання площини поляризації пучків світла на кут від 0 до±45 градусів здійснюють електричним струмом різної полярності. Як матеріал плоского провідника можна використовувати мідь. Для формування вхідних пучків світла, що вводяться у вхідний торець плівки, на кінцях відповідних оптичних волокон можуть розташовуватися колімуючі оптичні системи різного типу, наприклад, градієнтні волоконні лінзи. Для узгодження вихідних пучків світла з відповідними оптичними волокнами, на кінцях оптичних волокон, що виводять світло з МО плівки, також можуть розташовуватися колімуючі елементи, наприклад градієнтні волоконні лінзи. Таким чином МО обертач поляризації світла, що заявляється, дозволяє здійснювати синхронне обертання площини поляризації світла на однаковий кут щонайменше для двох довжин хвиль. При цьому введення і вивід світла в МО плівку здійснюється за допомогою масивів оптичних волокон, у яких оптичні волокна розташовані на однаковій відстані друг від друга, за рахунок чого, а так само за рахунок відповідної форми плоского провідника забезпечується однаковий інтервал між сусідніми довжинами хвиль. Перевагою запропонованого МО обертача площини поляризації світла є більш висока надійність конструкції. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 50 Магнітооптичний обертач площини поляризації світла, що включає плоску підкладку, на якій розташована МО монокристалічна плівка, вхідний і вихідний торці якої паралельні один одному і перпендикулярні площині плівки, джерело магнітного поля виконано у вигляді плоского провідника змінної ширини, розташований на поверхні плівки, напрямок електричного струму в якому перпендикулярний напрямку поширення світла, який відрізняється тим, що додатково 2 UA 87150 U 5 містить два масиви оптичних волокон, розташованих по різні сторони біля торців МО плівки, оптичні волокна в масивах для N довжин хвиль від 1 до N (Ν=1, 2, 3...) З інтервалом (N- 1)/(Ν1) між сусідніми довжинами хвиль розташовані паралельно в один ряд, при цьому осьові лінії волокон для однойменних довжин хвиль збігаються як один з одним, так і з центральними осями відповідних світлових пучків, а відстань між осями волокон у масиві ΔΖ не менше діаметра оптичного волокна, а також суми ширини оптичного пучка на вихідному торці МО плівки і діаметра серцевини оптичного волокна, плоский провідник з довжиною робочої ділянки ΔΖ▪(N-1), виконаний у вигляді клина, що розширюється в напрямку зменшення постійної Верде V() з кутом 10 проходження  S  S1    arctg   , а ширина Si плоского провідника на ділянках    1  Z  осей пучків n становить S i     i    i   світла с довжиною хвилі i ,     i  2 i 1 n n i1 , i1  i     i    i       i  2 де   i   i   - відхилення значення довжини хвилі i, від середнього значення , а - відхилення і-го значення коефіцієнта питомого фарадеєвського обертання  i , від середнього значення . 3 UA 87150 U Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4