[发明专利]用于改变光的极化状态的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用磁单轴晶体来改变光的极化状态的方法，该磁单轴晶体首先具有特定的多畴结构，其中光穿过该晶体的预定区域，并且在该晶体上施加磁场强度为H1的磁场脉冲，在该磁场强度下，晶体转变为可逆的单畴状态，以及涉及一种利用磁光转子执行这样的方法的装置，该磁光转子由首先具有特定多畴结构的磁单轴晶体构成，以及至少一个用于产生磁场脉冲并对晶体施加磁场脉冲的装置，包括可控的磁场脉冲源和用于该磁场源的控制电路。因此，本发明的内容是用于改变光束的极性并因此改变这些光束中多数光束的方向、强度等的方法和装置，如它们用于光通信系统、信息处理、显示等的那样。

背景技术

在很多光学开关类型中，目前，微机电系统(MEMS)使用最多。MEMS的一个重要的优点就是其属于所谓的“闭锁(latching)系统”，也就是说，MEMS具有无功稳定开关状态，并且仅需要能量用于开关，而电光系统—具有相对更短的开关时间—至少在一个状态下需要持续的能量供应。但是，其开关时间相当长，大约为1ms。

利用磁光系统就提供了将短的开关时间和很小的介入损耗与所谓的“闭锁”功能(见上面)相结合的可能。在AT 408.700B中描述了一种多稳态极化转子(Polarisationsrotor)。该转子中的稳定状态通过将畴壁(DW)保持在预定位置的正铁氧体板的表面上的非均匀性来保证。这些稳定状态之间的转换通过畴壁在这些位置之间的移位来实现，并且不产生新的畴。该转换所需要的时间大约是100ns，即，其比“闭锁”类型的其他光学开关快几千倍。但是，开关的孔径明显有限。

在AT411.852中公开了一种利用磁单轴晶体改变光的极化状态的方法和装置，其中晶体首先具有特定的多畴结构，该结构在外部磁场的作用下转变为畴取向对应于所施加的磁场方向的单畴状态。其中，在晶体上施加具有一磁场强度的磁场脉冲，其中在该磁场强度下，晶体在脉冲结束后不保持在单畴状态，而是返回所定义的由所施加的磁场的方向所确定的多畴状态，优选返回到具有3个畴的状态。现在，例如1.2mm高的钇-正铁氧体的目前用于改变光的极化状态的外畴的高度是300到350μm。但是，在很多领域、例如纤维光学应用中，需要500至600μm范围内的更大的孔径。其中，孔径由这样的区域来定义，即在该区域中，通过所施加的磁场脉冲可以变换磁化极性，并且因此该区域可用于影响穿过晶体的光。

但是，使用更高正铁氧体晶体不导致畴尺寸的扩大，而导致晶体中畴数目增加。对于1.2mm高的晶体，中畴已经具有期望的孔径。但到目前为止，由于下面的缺点还不能应用。在施加极性交变的磁场脉冲以将晶体可逆地磁化为单畴状态时，晶体中心区域的极性的变换在脉冲结束后才开始，并持续几微秒。在施加与外畴极性相同的磁场脉冲时，中畴极性的变换虽然与脉冲的开始同时开始，但是磁化在其结束之后又缓慢地恢复到原始值。

发明内容

本发明要解决的技术问题是在扩大可用孔径以及实现尽可能小的开关和响应时间方面改善开头所述的方法和装置。

为了解决该技术问题，方法的特征在于，在晶体转变到可逆单畴状态之后，在晶体上施加相同极性并具有磁场强度H2的保持磁场，该磁场强度H2小于磁场强度H1，并且保持可逆单畴状态。因此，在强磁场脉冲的快速开关之后，可以防止中畴返回原始磁化，并且其能量利用明显比其它电光系统中更少。因此，可以将晶体的区域用作在多畴状态下对应于与所施加的磁场脉冲反平行磁化的畴的孔径，其中与所施加的磁场脉冲反平行磁化的畴具有期望约500μm的高度，必要时可以更大。

根据本发明的一个优选实施方式，通过改变先前施加的磁场脉冲的磁场强度来设置保持磁场H2。在该变形中，可以简单地改变磁场强度。还可以非常简单地保持装置的构造。

本发明的一个可选实施方式的特征在于，对晶体持续施加磁场强度为H2并且极性与强度为H1的任何磁场脉冲相同的保持磁场。其中，在装置的构造费用仅稍微增加一些的情况下，可以简单地保持用于产生磁场脉冲的电路，因为原理上只必须接通和断开。

有利地，保持磁场的磁场强度H2最大为达到晶体的可逆单畴状态所需要的磁场脉冲的磁场强度H1的1/3，优选最大为该磁场强度H1的10％。这个比例直接影响了相对于电光方法和装置的能量节省。