магнитооптическое устройство возбуждения оптических вихрей

Формула изобретения

Магнитооптическое устройство возбуждения оптических вихрей, состоящее из источника лазерного излучения, пленки магнитооптического материала с периодической доменной структурой с дисклинациями, отличающееся тем, что магнитооптический материал выполнен с градиентом намагниченности, в устройстве содержится источник переменного магнитного поля, перпендикулярного плоскости магнитооптического материала, и источник магнитного поля в плоскости магнитооптического материала, поле в плоскости ориентировано вдоль градиента намагниченности, источник магнитного поля, перпендикулярного поверхности магнитооптического материала, выполнен в виде прозрачных токоведущих структур, один из проводников которой проходит через центр, второй по краю апертуры светового пучка перпендикулярно градиенту намагниченности.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к оптике и может найти применение в технике оптической обработки информации и связи.

Известно магнитооптическое устройство возбуждения оптических вихрей (Н.А.Грошенко, О.С.Макалиш, А.В.Воляр. Оптические вихри в поле рассеяния магнитных доменных голограмм.//Журнал технической физики, 1998, т.68, №12. С.54-58), состоящее из источника лазерного излучения и магнитооптического материала с периодической доменной структурой с дисклинациями в качестве голограммы вихря. При дифракции света на доменной решетке с дисклинациями в высших порядках дифракции индуцируются оптические вихри. Количество оптических вихрей равно количеству дисклинаций доменной структуры на освещаемом участке магнитооптического материала.

Однако устройство не осуществляет управление количеством оптических вихрей в продифрагировавшем излучении, что снижает его функциональные возможности.

Известно также магнитооптическое устройство возбуждения оптических вихрей (Грошенко Н.А., Воляр А.В., Фадеева Т.А. Способ формирования оптических векторных сингулярностей. Патент Украины 25158, МКИ⁶ G 02 F 1/01). Устройство состоит из пленки магнитооптического материала с периодической доменной структурой с дисклинациями (разорванными полосовыми доменами) в качестве голограммы оптического вихря и источника лазерного излучения. В продифрагировавшем на доменной структуре излучении индуцируются оптические вихри, число которых пропорционально количеству дисклинаций, а расположение оптического вихря относительно волнового фронта определяется расположением дисклинаций относительно магнитооптического материала. Направление распространения оптических вихрей определяется углом дифракции и, соответственно, периодом доменной структуры в магнитооптическом материале. Оптические вихри используются для передачи информации по оптическому каналу, перемещения микроскопических непрозрачных частиц (оптический пинцет) и т.д.

Недостатком прототипа является невозможность управления пространственным положением оптических вихрей в продифрагировавшем излучении, что снижает его функциональные возможности. В процессе функционирования устройства, например в процессе возбуждения вихрей в излучении, распространяющемся в оптическом волокне, или при прекращении возбуждения необходимо осуществить расположение дисклинации доменной структуры либо в апертуре светового пучка, либо за ее пределами.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствовать магнитооптическое устройство возбуждения оптических вихрей за счет управления пространственным положением оптических вихрей в продифрагировавшем излучении.

Поставленная задача решается тем, что в магнитооптическом устройстве возбуждения оптических вихрей, состоящем из лазерного источника света, пленки магнитооптического материала с квазипериодической доменной структурой, согласно изобретению магнитооптический материал выполнен с градиентом намагниченности насыщения, в устройстве содержатся источник переменного магнитного поля, ориентированного перпендикулярно плоскости магнитооптического материала, и источник магнитного поля, ориентированного в плоскости магнитооптического материала вдоль градиента намагниченности, источник магнитного поля, перпендикулярного поверхности магнитооптического материала, выполнен в виде прозрачных токоведущих структур, один из проводников которых проходит через центр, второй - по краю апертуры светового пучка перпендикулярно градиенту намагниченности.

Намагниченность насыщения в пределах апертуры светового пучка ниже, чем на остальной поверхности магнитооптического материала. Поскольку период доменной структуры в магнитооптических материалах обратно пропорционален намагниченности, то сформируются дисклинации доменной структуры в виде разорванного полосового домена. Действительно, магнитостатическое взаимодействие соседних доменов стремится увеличить количество полосовых доменов, что приведет к тому, что в области большей намагниченности на краю магнитооптического материала начнут зарождаться новые домены. Эти новые домены будут увеличивать свою длину в направлении плоскостного магнитного поля. Но смещение торца нового полосового в область меньшей намагниченности приведет к линейному увеличению энергии доменной стенки (пропорционально изменению ее длины). При этом будет уменьшаться энергия размагничивающих полей, но вследствие меньшей намагниченности баланс энергии доменной структуры будет отрицательным. В итоге дальнейшее смещение торца полосового доменав область меньшей намагниченности станет энергетически невыгодным. Торец полосового домена остановится в равновесном положении и сформируется устойчивая дисклинация полосовой доменной структуры. Магнитооптический материал расположен относительно светового пучка таким образом, что дисклинация располагается с краю апертуры. Положение дисклинации относительно магнитооптического материала определяют визуальным магнитооптическим методом.

Без магнитного поля продифрагировавшее излучение оптических вихрей не содержит. Под воздействием магнитного поля в плоскости магнитооптического материала и переменного магнитного поля, перпендикулярного поверхности, начинается движение доменной границы на торце разорванного полосового домена. Разорванный полосовой домен увеличивает свою длину и входит в апертуру светового пучка (в центр освещенной области). Пространственное положение дисклинации изменяется и, соответственно, световой пучок приобретет оптический вихрь. Если продифрагировавший пучок направлялся в оптическое волокно, то оно осуществит передачу оптического вихря. Таким образом возможно производить модуляцию излучения, распространяющегося через оптическое волокно.

На чертеже представлена оптическая схема устройства. 1 - лазерный источник излучения, 2 - пленка магнитооптического материала, 3 - источник магнитного поля в плоскости магнитооптического материала, 4 - источник переменного магнитного поля, перпендикулярного плоскости магнитооптического материала, источник магнитного поля, перпендикулярного поверхности магнитооптического материала, выполнен в виде прозрачных токоведущих структур, один из проводников которых проходит через центр, второй - по краю апертуры светового пучка перпендикулярно градиенту намагниченности.

Устройство работает следующим образом. Освещают магнитооптический материал 2 пучком лазерного излучения источника 1. Свет дифрагирует на доменной структуре. На магнитооптический материал 2 воздействуют магнитным полем источников 3, 4, в результате чего начинается движение доменных границ. Магнитное поле в плоскости создает силы, стремящиеся переместить торец разорванного полосового домена, переменное магнитное поле, перпендикулярное поверхности, компенсирует коэрцитовность магнитооптического материала. Движение торца разорванного полосового домена будет осуществляться до тех пор, пока он не достигнет центра апертуры, где прекращается действие переменного, нормального к поверхности магнитооптического материала, поля. Пространственное положение дисклинации изменяется и в области локализации дисклинации доменной структуры в продифрагировавшем излучении возбуждается оптический вихрь. Для возвращения оптического вихря в первоначальное положение отключается плоскостное поле при включенном переменном. Таким образом осуществляется управление оптическим вихрем в продифрагировавшем излучении.

Пример. Химической обработкой формируют в пленке магнитооптического материала участок с градиентом намагниченности. Для этого на магнитооптический материал в области апертуры светового пучка напыляется слой SiO₂ и производится отжиг. Максимальная разность намагниченности в пределах апертуры порядка 0,05-0,1 от намагниченности пленки магнитооптического материала. Фактор качества магнитооптического материала порядка единицы. Напряженность магнитного поля в плоскости магнитооптического материала лежит в пределах 0,05-0,2 от поля анизотропии магнитооптического материала. Напряженность переменного поля в 2-5 раз превышает коэрцитивную силу. При данных значениях напряженности магнитного поля происходит плавное изменение положения торцов разорванных полосовых доменов и возможно управление положением оптического вихря.

Заявляемое устройство позволяет осуществлять управление положением оптических вихрей в продифрагировавшем излучении, изменяет количество информации, передаваемой световым пучком, что повышает функциональные возможности голограмм оптического вихря. Использование оптических вихрей в технике оптической связи и обработки информации повышает плотность передаваемой по оптическому каналу информации, так как к известным способам модуляции параметров оптического излучения добавляется новый. Модуляция оптического излучения посредством возбуждения оптических вихрей может осуществляться как самостоятельно, так и в совокупности с другими способами модуляции.

Например, если продифрагировавший на доменной структуре в магнитооптическом материале световой пучек направляется в оптическое волокно, то оптический вихрь, распространяющийся по волокну, несет информацию. Воздействуя на дисклинацию доменной структуры магнитным полем, модулируют характеристики излучения, распространяющегося по оптическому волокну. Время включения или выключения голограммы оптического вихря магнитным полем порядка 10^-3-10^-6 сек.