VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2015

Магнитооптические модуляторы предназначены для уп­равления интенсивностью оптического излучения в систе­мах передачи данных и обработки оптической информации. Схема магнитооптического модулятора приведена на рис. 1.

Рис.1.

Физические принципы визуализации доменной структуры в пленках ферритов-гранатов с перпендикулярной анизотропией на основе эффекта Фарадея. П-поляризатор с указанным направлением поляризации, МП-магнитная пленка с двумя полосовыми доменами, А-анализатор с указанным направлением поляризации, И-изображение доменной структуры, Е, Е₁, Е₂-направление поляризации света на разных участках оптического пути, φ, ψ-углы между векторами Е, Е₁, Е₂ и анализатором [1].

Магнитооптический элемент, нахо­дящийся внутри катушки, создающей управляющее маг­нитное поле, помещается между поляризатором и анали­затором. В отсутствие магнитного поля магнитооптический элемент не влияет на поляризацию проходящего через него света, тогда интенсивность света, прошедшего через систему поляризатор - магнитная пленка - ана­лизатор, определяется законом Малюса

, (1)

где β – угол между осями пропускания поляризатора и анализатора, I₀ – интенсивность излучения падающего на поляризатор.

Висмутсодержащие монокристаллические пленки ферритов-гранатов (МПФГ) с осью легкого намагничивания, перпендикулярной к плоскости эпитаксиального слоя, обладают доменной структурой и мощным магнитооптическим эффектом Фарадея в видимой и ближней ИК областях, что позволяет на их основе создавать оптоэлектронные приборы [2].

При прохождении лазерного пучка через МПФГ интенсивность выходящего излучения определяется выражением [3]

, (2)

где - коэффициент отражения, - коэффициент поглощения материала, - толщина эпитаксиального слоя пленочного образца, выражение в квадратных скобках соответствует многократному отражению света в эпитаксиальном слое.

При пропускании тока через катушку модулятора происходит намагничивание МПФГ, а за счет эффекта Фарадея плоскость поляризации света поворачивается на угол

, (3)

где - удельное фарадеевское вращение образца, М и МS – магнитный момент единицы объема образца и намагниченность насыщения, - угол между направлением вектора намагниченности и направлением распространения света.

Основной характеристикой модулятора является его оптическая эффективность, определяемая как отношение изменения интенсивности сигнала при переключении магнитооптического элемента к интенсивности падающего излучения

. (4)

Здесь - магнитооптическая добротность, - коэффициент поглощения материала.

Во всех модуляторах, основанных на смещении ДС, быстро­действие можно повысить, увеличивая поле смещения, прило­женное в том же направлении, что и модулирующее магнитное поле, но при этом уменьшается глубина модуляции. Это связано с уменьшением ширины противоположно намагниченных доменов. При уменьшении H_см, а также изменении его направления на противоположное глубина модуляции растет, но одновременно растет и время перехода ДС в новое состояние.

Исследованный в данной работе макет магнитооптического модулятора (рис.1) собран в корпусе из органического стекла 1. Между двумя намагничивающими катушками 2 находится образец МПФГ 3 композиционного состава , полученный методом жидкофазной эпитаксии на подложке гадолиний-галлиевого граната 4 в плоскости (111).

Рис.1.

Схематическое изображение модулятора. 1-корпус модулятора, 2-катушка намагничивания, 3- ЭФГП (Bi, Y, Lu)₃(Fe, Ga)₅O₁₂, 4-подложка, ГГГ.

Основные характеристики МПФГ: h = 4,3 мкм – толщина эпитаксиального слоя; град/мкм - удельное вращение на длине волны 650 нм; - поле насыщения перпендикулярное поверхности образца.

Для определения основных параметров модулятора измерительная установка включала: лазерный диод, излучающий поляризованной излучение на длине волны =650 нм, модулятор, анализатор (призма Глана-Томпсона) и фотоприемник, установленные на оптической скамье. Для управления модулятором сигнал с генератора Г3-118 подавался на усилитель мощности УМ-102, а затем - на катушки модулятора. С фотоприемника (фотодиод ФД-7Г) сигнал подавался на цифровой двухканальный осциллограф RIGOL DS1052E, где сравнивался с задающим сигналом генератора. Максимальный сигнал фотоприемника достигался путем вращения лимба анализатора.

Рис.2.

Одновременное изображение сигнала задающего генератора (гармоническое колебание) и сигнала фотоприемника (f=100 кГц

На рис.2 представлены сигнал задающего генератора (гармоническое колебание) и сигнал фотоприемника на частоте 100кГц. Видно, что наблюдается изменение формы модулированного сигнала и отставание по фазе от сигнала генератора. Это связано как с электрическими характеристиками намагничивающей системы модулятора (Z = 23 Ом на частоте 10 кГц – электрический импеданс цепи модулятора) так и с гистерезисом пленки феррита-граната. Полное намагничивание пленочного образца достигалось при амплитуде тока в намагничивающей катушке равной . Суммарные потери на отражение и поглощение в пленочном образце модулятора составляли 34%.

1. Е.Н. Ильичева, В.В. Гришачев, Доменная структура ферромагнетика – М.: Физический факультет МГУ, 2003.

2. В.В. Рандошкин, А.Я. Червоненкис. Прикладная магнитооптика.- М.: Энергоатомиздат. 1990.

3. А.К. Звездин, В.А. Котов. Магнитооптика тонких пленок, Изд. «Наука», 1988.

Код для цитирования: Скопировать