Управление параметрами оптического излучения с использованием магнитных дифракционных решеток

• Автор: Шадрин, Геннадий Анатольевич
• Шифр специальности: 01.04.03, 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Сургут
• Количество страниц: 101 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ О МАГНИТНЫХ НЕОДНОРОДНОСТЯХ

И ДИФРАКЦИИ НА НИХ В МОНОКРИСТАЛЛАХ ФЕРРИТОВ

1.1. Магнитные и оптические свойства монокристаллов ферритов

1.2. Виды магнитных неоднородностей в монокристаллах ферритов

лабиринтная и полосовая доменные структуры

1.3. Дифракция оптического излучения на магнитных дифракционных

решетках

Выводы по первой главе.

ГЛАВА 2. ИЗУЧЕНИЕ ДОМЕННЫХ СТРУКТУР И МОДЕЛИРОВАНИЕ

ДИФРАКЦИИ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

2.1. Описание математической модели для анализа дифракции на
доменной границе
2.2. Численная реализация уравнения дифракции и его краевых задач
2.3. Программная реализация модели и результаты расчетов
2.4. Исследование дифракционной картины, созданной полосовой
доменной структурой.
Выводы по второй главе.
ГЛАВА 3 ИССЛЕДОВАНИЕ ОПТИЧЕСКИХ БИСТАБИЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ НА ОСНОВЕ МАГНИТНЫХ ДИФРАКЦИОННЫХ РЕШЕТОК
3.1. Виды бистабильности
3.2. Оптическая бистабильность на основе полосовой доменной
структуры.
3.3. Исследование устройств на основе полосовой доменной
структуры.
3.4. Исследование амплитудной оптической бистабильности на
магнитных дифракционных решетках
3.5. Исследование поляризационной оптической бистабильности на
основе магнитных дифракционных решеток.
Выводы по третьей главе
ГЛАВА 4. УПРАВЛЕНИЕ ПАРАМЕТРАМИ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МАГНИТНЫХ ДИФРАК ИОННЫХ РЕШЕТОК . 4.1. Цифровые оптические устройства, основанные на магнитных
дифракционных решетках.
4.2. Внутрирезонаторный магнитооптический модулятор трехзер
кального лазера
4.3. Расчет внутрирезонаторного магнитооптического модулятора трехзеркального лазера с использованием матричного метода Джонса 4.4. Экспериментальная установка для исследования внутрирезонатор
ной магнитооптической модуляции НеЧЧе лазера на Х, мкм. 4.5. Результаты экспериментального исследования внутрирезонатор
ной магнитооптической модуляции
4.6. Модуляторы, использующие дифракцию света на полосовой
доменной структуре.
Выводы по четвертой главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК.
ПРИЛОЖЕНИЕ.
ВВЕДЕН РТЕ
Развитие информационных технологий влечет за собой развитие компонентной базы, основывающейся на новых физических принципах работы. В этом отношении магнитооптика является одним из ведущих направлений развития современной физики. Наиболее перспективной является область оптической обработки информации, основанная на управлении сигналами в оптическом и субоптическом диапазонах длин волн.
Оптическая обработка сигналов имеет ряд преимуществ, в частности, большую скорость распространения сигналов, более вместительную полосу частот, независимость нескольких сигналов на одной линии и легкость сопряжения с устройствами, выполненными на основе волоконнооптической технологии. Основной недостаток оптического метода заключается в более сложных способах генерации и усиления излучения, принципиально отличных от тех, что используются в электронных устройствах.
Актуальность


Для разрешения данного противоречия необходимо разработать принципиальные схемы указанных компонентов, учитывая принципы и особенности их работы определить спектр материалов, необходимых для их создания в соответствии со схемами создать экспериментальные образцы и исследовать их работу, а также определить основные пути реализации указанных разработок. Целыо диссертационной работы является экспериментальное и теоретическое исследование схем оптических устройств на основе магнитных дифракционных решеток, их реализация и исследование режимов работы. Анализ научной, технической и нормативной литературы по теме исследования. Математическое моделирование дифракции на полосовой доменной структуре. Определение условий существования полосовой доменной структуры в монокристалле феррита, исследование параметров фазовой дифракционной решетки и дифракционной картины, полученной с помощью полосовой доменной структуры. Разработка и реализация схемы магнитооптических устройств, использующих магнитную дифракционную решетку. Экспериментальная реализация магнитооптических устройств амплитудного и поляризационного управления оптическим сигналом. Изучение их практических возможностей. Разработка на основе предложенных оптических бистабильных элементов принципиальных схем следующих устройств логических оптических элементов, оптических модуляторов, оптических модуляторов добротности. Сравнительный анализ полученных оптических устройств с уже существующими устройствами такого же назначения. В соответствии с поставленными задачами исследование проводилось в несколько этапов. В результате были выявлены основные направления развития магнитооптики в сфере ее применения в современных технологиях, а также отсутствие основных элементов компонентной базы систем оптической обработки информации, пригодных для массового внедрения в производство современной техники. Выли разработаны схемы магнитооптических устройств, использующих магнитную дифракционную решетку, исследованы режимы бистабильного амплитудного и поляризационного управления оптическим сигналом. Математическое моделирование дифракции на доменах осуществлялось методом разложения по параметру гирации. Полученные уравнения решались методом Фурье. Вычисления производились численными методами. Изучение доменной структуры ферритов производилось магнитооптическими методами. Изучение оптической бистабильности проводилось с помощью селективного микровольтметра и фотодиодов. При значениях магнитного поля от 3 до кАм, действующего на образцы ферритграната, вырезанные в плоскостях 0 и 1, образуется полосовая доменная структура, служащая фазовой дифракционной решеткой, которая при использовании излучения с длиной волны 1, мкм и электронной обратной связи приводит к режиму нелинейного бистабильного оптического пропускания устройств. Основные параметры ферритов, влияющие на работу устройств, это толщина образца, близкая к оптимальной, фактор качества 1 и магнитооптическая добротность выше 0. Внутрирезонаторный магнитооптический модулятор трехзеркального НеЛе лазера на основе магнитной дифракционной решетки в железоиттриевом гранате, осуществляет при малых намагничивающих полях амплитудную модуляцию до частот 0 кГц с глубиной модуляции и частотную модуляцию с девиацией в несколько мегагерц при намагничивающих полях, превышающих пороговые. Трехзеркальный НеЫе лазер с внутрирезонаторной модуляцией на основе магнитной дифракционной решетки на 11, мкм, генерирует, в отличие от известных, вместо 78 частот две с долговременной стабильностью, в связи с введением внутрь резонатора дисперсионного элемента в виде магнитной решетки. Достоверность первого положения подтверждается согласием полученных теоретических и экспериментальных данных с фундаментальными положениями теории оптической бистабильности. Обнаруженный режим нелинейного пропускания устройств на основе магнитных решеток соответствует гибридной оптической бистабильности, описанной Х. М. Гиббсом г. Так, исследованные нами образцы имеют толщину 0,4 мм и диаметр 6 мм. При мощности излучения мВт характерное время переключения составляет с, а энергия переключения 0,1 мДж.