Оптические вычисления - Арратуна Р.
Скачать (прямая ссылка):
методы адресации магнитооптических модуляторов наряду с кратким
изложением экспериментальных результатов и предельных возможностей. В
заключение будут даны некоторые оценки будущих разработок с точки зрения
их применения для оптической обработки сигналов.
1.2. Принцип действия магнитооптических модуляторов
Магнитооптический модулятор состоит из подложки из немагнитного
монокристаллического граната, на которую нанесена тонкая
монокристаллическая пленка ферримагнитного граната (рис. 1.1). Эта пленка
обладает спонтанной намагниченностью, всегда направленной перпендикулярно
к плоскости самой пленки. Кроме того, она также обладает оптическим
эффектом Фарадея. По причинам, указанным в разд. 1.3, эта пленка
'> Русскоязычный эквивалент аббревиатуры lightmod, предложенной в [10] в
качестве названия устройства, представляется менее благозвучным по
сравнению с английским вариантом, - Прим. перев.
16
Часть /, П ространственные модуляторы света
Рис. 1.1. Пленка феррита-граната, нанесенная на монокристаллическую
немагнитную подложку. Ферримагнитная гранатовая пленка, обычно имеющая
толщину 5-10 мкм, эпитаксиально выращивается на монокристаллической
подложке (толщиной ~ 500 мкм) и обладает спонтанной намагниченностью
насыщения JWS, которая обусловлена одноосевой анизотропией,
ориентированной либо параллельно, либо антипараллельно по направлению
нормали N к пленке. Анизотропия теоретически описывается полем
анизотропии Нк.
Рис. 1.2. Структура магнитооптической пленки. На магнитооптической
пленке, нанесенной на подложку фотолитографическими методами, вытравлены
отдельные переключающие ячейки. Каждая ячейка имеет площадь от 10 до 100
мкм2. На рисунке показаны как 50-микронные структуры (верхний рис.), так
и 10-микрониые структуры (нижний рис,) [11].
Глава 1. Магнитооптические модуляторы света
17
разделена на отдельные островки, каждый из которых является основой для
переключающей ячейки (рис. 1.2).
Как показано на рис. 1.3, в зависимости от направления собственной
намагниченности плоскость поляризации линейно-поляризованного света,
прошедшего через переключающую ячейку, вращается либо по часовой, либо
против часовой стрелки. При изменении направления собственной
намагниченности на противоположное направление фарадеевского вращения
изменяется с направления вращения по часовой стрелке на направление
вращения против часовой стрелки и наоборот. Расположенный за гранатовым
элементом поляризатор-анализатор не пропускает свет для одной плоскости
поляризации и соответственно пропускает его для другой плоскости
поляризации. Таким образом, имеется контраст между потоками света,
проходящими через ячейки с противоположными направлениями собственной
намагниченности.
Существуют различные методы переключения намагниченности ячейки. Для того
чтобы понять механизм переключения и получить представление о
существенных параметрах пере-
Поляризатор на железном гранате
(поляризующая пленка)
Рис. 1.3. Оптическая схема магнитооптического модулятора. Гранатовый
элемент размещен между поляризатором и поляризатором-анализатором
(экспериментально реализуемых в виде поляризующих пленок). Из
поляризатора выходит линейно-поляризованный свет с поляризацией в
вертикальной плоскости. Для света, прошедшего через ячейку феррита-
граната, плоскость поляризации повернута по часовой, либо против часовой
стрелки. Анализатор настроен таким образом, что он не пропускает свет,
прошедший через верхнюю гранатовую ячейку, намагниченность которой
параллельна направлению пучка света. Но свет, прошедший через нижнюю
ячейку, имеющую противоположное направление намагниченности, анализатор
пропускает.
2-1254
18
Часть I. Пространственные модуляторы света
ключения и предельных возможностях, следует рассмотреть некоторые
фундаментальные свойства пленок ферритов-гранатов. Соответственно в
следующем разделе основное внимание сконцентрировано на свойствах пленок
ферритов-гранатов, подробном описании конструкций, способах адресации
переключаю-хцей ячейки и используемых переключающих механизмах.
Необходимо также более детально рассмотреть оптические свойства, чтобы
понять, чем ограничиваются контраст при оптическом переключении н
коэффициент передачи полезного сигнала устройства. Указанные проблемы
подробно обсуждаются в разд. 1.3.
1.3. Магнитные свойства ферримагнитных гранатов и механизмы переключения
В общих чертах гранаты представляют собой смесь кислорода с различными
элементами, такими, как редкоземельные элементы и металлы. Ионы этих
элементов образуют особый вид кристаллических решеток, называемый
решеткой типа граната. Хорошо известные природные гранаты - пироп и
альмандин - состоят из кальция, алюминия, кремния и небольшого количества
железа, марганца или, например, титана. Обшир-^ ный обзор по гранатам
представлен в [12].
Существенно, что часть названных компонентов может быть заменена другими
химическими элементами, что значительно расширяет число возможных
