專利名稱：在磁光元件中產(chǎn)生均勻磁場(chǎng)的法拉第旋轉(zhuǎn)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種法拉第旋轉(zhuǎn)器，它把磁場(chǎng)施加于一個(gè)磁光晶體，由此旋轉(zhuǎn)穿過該磁光晶體的光的偏振。更具體地說，本發(fā)明涉及一種用于產(chǎn)生施加于磁光晶體的磁場(chǎng)的法拉第旋轉(zhuǎn)器的電磁鐵和永久磁鐵的安置。
法拉第旋轉(zhuǎn)器能用來控制光的偏振狀態(tài)，通常，法拉第旋轉(zhuǎn)器是基于物理原理，即當(dāng)光穿過與光傳播方向平行的磁場(chǎng)時(shí)，光的偏振平面就旋轉(zhuǎn)。這個(gè)物理原理稱為“法拉第效應(yīng)”。


圖1(A)、圖1(B)和圖1(C)是常規(guī)法拉第旋轉(zhuǎn)器的示意圖。現(xiàn)在參考圖1(A)，該法拉第旋轉(zhuǎn)器包括一個(gè)磁光晶體20，一個(gè)電磁鐵22和一個(gè)永久磁鐵24。電磁鐵22包括一個(gè)芯子21和一個(gè)線圈23。光沿光路26穿過磁光晶體20傳播。電磁鐵22產(chǎn)生與光路26平行的可控磁場(chǎng)。永久磁鐵24產(chǎn)生與光路26垂直的固定磁場(chǎng)。電磁鐵22產(chǎn)生的磁場(chǎng)和永久磁鐵24產(chǎn)生的磁場(chǎng)合成一起，形成磁化磁光晶體20的合成磁場(chǎng)。在光穿過磁光晶體20時(shí)，磁光晶體20的磁化使得沿光路26傳播的光的偏振平面旋轉(zhuǎn)。偏振平面旋轉(zhuǎn)角通常稱為法拉第旋轉(zhuǎn)角，并且可以通過控制電磁鐵22產(chǎn)生的磁場(chǎng)來控制。
電磁鐵22的芯子21在磁光晶體20的上表面和下表面貼住或靠近磁光晶體20。然而，芯子21必須允許光沿光路26無阻擋地傳播。因此，芯子21不能完全覆蓋磁光晶體20的上表面和下表面。否則，芯子21將會(huì)阻擋光沿光路26傳播。
永久磁鐵24覆蓋或靠近磁光晶體20的側(cè)面。此外，永久磁鐵24能完全覆蓋磁光晶體20的側(cè)面而不阻擋光沿光路26傳播。結(jié)果，永久磁鐵24能貫穿磁光晶體20施加均勻磁場(chǎng)28。
圖1(B)是圖1(A)說明的法拉第旋轉(zhuǎn)器的頂視圖?，F(xiàn)在參考圖1(B)，電磁鐵22的芯子21安置為不阻擋光沿光路26傳播。因此，由于光路26穿過磁光晶體20的上表面和下表面延伸，所以芯子21不能完全覆蓋磁光晶體20的上表面和下表面。結(jié)果，電磁鐵22不能把均勻磁場(chǎng)貫穿施加于磁光晶體20。
圖1(C)是說明在光學(xué)晶體20中所產(chǎn)生的不平整或不均勻磁場(chǎng)的示意圖。現(xiàn)在參考圖1(C)，芯子21不阻擋光路26。從電磁鐵22的N極到S極產(chǎn)生磁場(chǎng)30，并且穿過磁光晶體20。如圖1(C)說明那樣，磁場(chǎng)30成曲形到達(dá)電磁鐵22的S極。因此，在磁光晶體20中產(chǎn)生的磁通密度貫穿磁光晶體20為不均勻。這種不均勻磁通使法拉第旋轉(zhuǎn)角的控制復(fù)雜化。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種法拉第旋轉(zhuǎn)器，它貫穿磁光晶體施加均勻磁場(chǎng)，并且它具有相對(duì)小的尺寸。
本發(fā)明還有一個(gè)目的是提供一種具有精確、簡(jiǎn)單控制法拉第旋轉(zhuǎn)角的法拉第旋轉(zhuǎn)器。
本發(fā)明的另外目的和優(yōu)點(diǎn)將在下面敘述中部分陳述，并且部分將從敘述中顯而易見，或可通過本發(fā)明的實(shí)施而得知。
本發(fā)明的前述目的是通過提供一種包括一個(gè)磁光元件和一個(gè)磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置的法拉第旋轉(zhuǎn)器而得到實(shí)現(xiàn)。磁光元件具有穿過其中延伸的光路。磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置安置為不阻擋該光路，并且在該磁光元件中產(chǎn)生均勻磁場(chǎng)。
本發(fā)明的目的還通過提供一種具有第一磁鐵裝置和第二磁鐵裝置的法拉第旋轉(zhuǎn)器而得到實(shí)現(xiàn)。第一磁鐵裝置不阻擋光路，并且具有靠近磁光元件相對(duì)側(cè)的第一和第二部分，以便整個(gè)磁光元件在第一和第二部分之間。第一磁鐵裝置的第一和第二部分一起產(chǎn)生穿過磁光元件的磁場(chǎng)。第二磁鐵裝置不阻擋光路，并且具有靠近磁光元件相對(duì)側(cè)的第一和第二部分，以便整個(gè)磁光元件在第二磁鐵裝置的第一和第二部分之間。磁光元件相對(duì)側(cè)與安置第一磁鐵裝置的第一和第二部分時(shí)的相對(duì)側(cè)不同。第二磁鐵裝置的第一和第二部分一起產(chǎn)生穿過磁光元件的磁場(chǎng)。第一和第二磁鐵裝置產(chǎn)生的磁場(chǎng)相互作用一起，形成施加于磁光元件的合成磁場(chǎng)。
此外，本發(fā)明的目的是通過提供一種包括一個(gè)光路穿過其中延伸的磁光元件和一個(gè)磁鐵裝置的法拉第旋轉(zhuǎn)器而得到實(shí)現(xiàn)。磁鐵裝置安置在光路中，但是具有一個(gè)允許光沿光路傳播，以便無阻擋地穿過該磁鐵裝置和磁光元件的通光槽。磁鐵裝置在磁光元件中產(chǎn)生磁場(chǎng)。
此外，本發(fā)明的目的是通過提供一種包括一個(gè)磁光元件，一個(gè)第一磁鐵裝置和一個(gè)第二磁鐵裝置的法拉第旋轉(zhuǎn)器而得到實(shí)現(xiàn)。磁光元件具有穿過其中延伸的光路。第一磁鐵裝置不阻擋光路，并且具有靠近磁光元件相對(duì)側(cè)的第一和第二部分，以便磁光元件在第一和第二部分之間。第一和第二部分一起產(chǎn)生穿過磁光元件的磁場(chǎng)。第二磁鐵裝置具有靠近磁光元件相對(duì)側(cè)的第一和第二部分，以便磁光元件在第一和第二部分之間，該相對(duì)側(cè)與安置第一磁鐵裝置的第一和第二部分時(shí)的相對(duì)側(cè)不同。第二磁鐵裝置穿過光路延伸，但是具有一個(gè)允許光沿光路傳播，以便無阻擋地穿過該第二磁鐵裝置和磁光元件的通光槽。第二磁鐵裝置的第一和第二部分一起產(chǎn)生穿過磁光元件的磁場(chǎng)。第一磁鐵裝置產(chǎn)生的磁場(chǎng)和第二磁鐵裝置產(chǎn)生的磁場(chǎng)相互作用一起，形成施加于磁光元件的合成磁場(chǎng)。
從下列連同附圖所作的優(yōu)選實(shí)施例的敘述，本發(fā)明的這些和其它目的及優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見且更加容易理解，其中圖1(A)、圖1(B)和圖1(C)(現(xiàn)有技術(shù))是常規(guī)法拉第旋轉(zhuǎn)器的示意圖。
圖2是說明按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的法拉第旋轉(zhuǎn)器的示意圖。
圖3(A)是說明磁性物體的磁滯回線的示意圖。
圖3(B)是說明磁性物質(zhì)中磁疇的示意圖。
圖3(C)是說明對(duì)其施加有磁場(chǎng)的磁性物質(zhì)的示意圖。
圖4(A)是說明按照本發(fā)明的另外一個(gè)實(shí)施例的法拉第旋轉(zhuǎn)器的示意圖。
圖4(B)是說明由圖4(A)所說明的法拉第旋轉(zhuǎn)器的電磁鐵所產(chǎn)生的磁場(chǎng)的示意圖。
圖4(C)是說明由圖4(A)所說明的法拉第旋轉(zhuǎn)器的永久磁鐵所產(chǎn)生的磁場(chǎng)的示意圖。
圖5(A)、圖5(B)和圖5(C)是按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，對(duì)圖4(A)、圖4(B)和圖4(C)所說明的法拉第旋轉(zhuǎn)器，說明其中施加于磁光晶體的磁場(chǎng)與磁光晶體的磁化之間關(guān)系的示意圖。
圖6(A)是說明按照本發(fā)明的一個(gè)第四實(shí)施例的法拉第旋轉(zhuǎn)器的示意圖。
圖6(B)是按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，對(duì)圖6(A)所說明的法拉第旋轉(zhuǎn)器，說明其中施加于磁光晶體的磁場(chǎng)與磁化之間關(guān)系的示意圖。
圖7是說明按照本發(fā)明的另外一個(gè)實(shí)施例的法拉第旋轉(zhuǎn)器的示意圖。
圖8(A)和圖8(B)是按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，說明取方柱形狀的磁光晶體中所產(chǎn)生的磁場(chǎng)的示意圖。
圖8(C)和圖8(D)是按照本發(fā)明的實(shí)施例，說明具有球形的磁光晶體中所產(chǎn)生的磁場(chǎng)的示意圖。
圖9是按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，說明例如用在光開關(guān)、光衰減器和光隔離器中的法拉第旋轉(zhuǎn)器的示意圖。
圖10是按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，說明例如用在偏光器中的法拉第旋轉(zhuǎn)器的示意圖。
現(xiàn)在將詳細(xì)涉及本發(fā)明的現(xiàn)有優(yōu)選實(shí)施例，其例子在附圖中說明，其中同樣標(biāo)號(hào)全部系指同樣元件。
圖2是說明按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的法拉第旋轉(zhuǎn)器的示意圖。現(xiàn)在參考圖2，該法拉第旋轉(zhuǎn)器包括一個(gè)永久磁鐵32和一個(gè)電磁鐵34。電磁鐵34包括一個(gè)磁芯36和一個(gè)線圈38，用于把磁場(chǎng)施加于一個(gè)以薄板形成的磁光晶體40。電源42連接到線圈38，并且它具有可變的電壓和極性，以便能對(duì)線圈38提供可變電流。電磁鐵34具有S極和N極，它們可以通過改變電源42的極性互換。
光沿光路44穿過該法拉第旋轉(zhuǎn)器傳播。永久磁鐵32施加與光路44垂直的磁場(chǎng)。電磁鐵34施加與光路44平行的磁場(chǎng)。此外，磁芯36具有通光糟46，光路44穿過該通光糟46，以便光能穿過該法拉第旋轉(zhuǎn)器而不受到磁芯36的阻擋。
與光沿光路44傳播的傳播方向平行的磁場(chǎng)是通過控制電磁鐵34中的電流來控制。永久磁鐵32以與光沿光路44傳播的傳播方向垂直的方向施加恒定磁場(chǎng)。這個(gè)恒定磁場(chǎng)使磁光晶體40磁飽和，由此防止光偏振旋轉(zhuǎn)角經(jīng)不飽和磁光晶體不連續(xù)變化。因此，在電磁鐵34產(chǎn)生的磁場(chǎng)改變時(shí)，法拉第旋轉(zhuǎn)器的磁化由永久磁鐵32保持為飽和狀態(tài)。
在圖2中，電磁鐵34表示安置在光路44中的磁鐵裝置。然而，電磁鐵34包括通光槽46，以允許光沿光路44傳播而無阻擋地穿過電磁鐵34和磁光晶體40。
由永久磁鐵32形成的磁飽和提供重要好處。例如，為了改變法拉第旋轉(zhuǎn)角，要改變流過線圈42的電流。然而，如果圖2說明的法拉第旋轉(zhuǎn)器不包括永久磁鐵32，那么當(dāng)流過線圈42的電流改變時(shí)，磁光晶體40中的磁化將會(huì)以磁滯回線那樣改變(下面參考圖3(A)更詳細(xì)地討論)。因此，永久磁鐵32允許由永久磁鐵32產(chǎn)生的磁場(chǎng)加上電磁鐵34產(chǎn)生的磁場(chǎng)所得到的磁場(chǎng)來使磁光晶體40磁飽和。
參考圖3(A)、圖3(B)和圖3(C)，更充分地說明由永久磁鐵所引起的磁飽和。
圖3(A)是說明磁性物體的磁滯回線的示意圖?，F(xiàn)在參考圖3(A)，當(dāng)磁場(chǎng)H施加于一個(gè)磁性物體時(shí)，發(fā)生自發(fā)磁化。圖3(A)表示當(dāng)磁場(chǎng)H在Hm與-Hm之間改變時(shí)磁化M的強(qiáng)度。如圖3(A)說明那樣，磁化M將不會(huì)變?yōu)楸却棚柡退礁蟆＿@個(gè)磁飽和水平在磁場(chǎng)強(qiáng)度H達(dá)到一個(gè)特定水平時(shí)出現(xiàn)。在磁場(chǎng)H的強(qiáng)度增強(qiáng)時(shí)，磁化M遵循沿路線(1)的通路。在磁場(chǎng)H的強(qiáng)度減弱時(shí)，磁化M遵循沿路線(2)的通路。
圖3(B)是說明磁性物質(zhì)中磁疇的示意圖。現(xiàn)在參考圖3(B)，磁疇48、50、52、54、56和58由磁性物質(zhì)中的磁壁60所包圍。各磁疇48、50、52、54、56和58具有唯一強(qiáng)度和方向的磁化(由箭頭指示)。
圖3(C)是說明有磁場(chǎng)施加于其上的磁性物質(zhì)的示意圖。在施加于磁性物質(zhì)的磁場(chǎng)強(qiáng)度增強(qiáng)時(shí)，各磁疇48、50、52、54、56和58的特定方向和強(qiáng)度的磁化逐漸按同樣方向排列。例如，磁疇48、50、52、54、56和58的磁化方向從圖3(B)說明的方向變?yōu)閳D3(C)說明的方向。磁化方向的旋轉(zhuǎn)表示為整個(gè)磁光晶體磁化的不連續(xù)變化，并且不連續(xù)地改變磁通密度。
當(dāng)所施加的磁場(chǎng)強(qiáng)度增強(qiáng)，并且因此磁化方向排列為相互一致時(shí)，磁疇48與磁疇50、52、54、56和58之間的磁壁自動(dòng)消失，以形成一個(gè)大的磁疇。隨著所施加的磁場(chǎng)強(qiáng)度的增強(qiáng)，磁疇48變得更大，并且最終整個(gè)磁性物質(zhì)變?yōu)閱蝹€(gè)磁疇。這種情況通常稱為“磁飽和”。
此外，圖3(A)說明的通路(1)和(2)指示非光滑的磁滯回線。因此，在磁滯回線中，即使磁場(chǎng)H的強(qiáng)度連續(xù)改變，磁通密度也由磁化的不連續(xù)變化而不連續(xù)地改變。在這種情況下，穿過磁光晶體的光的法拉第旋轉(zhuǎn)角將會(huì)不連續(xù)變化。由圖2中永久磁鐵32所引起的飽和防止了這樣的問題。
此外，合成磁通密度通過對(duì)磁化加上磁場(chǎng)而獲得。因此，即使所施加的磁場(chǎng)強(qiáng)度保持相同，磁光晶體中的磁通密度也指示不同的值。由于法拉第旋轉(zhuǎn)角由磁光晶體中的磁通密度所確定，所以即使施加相同的磁場(chǎng)強(qiáng)度，也可能產(chǎn)生不同的法拉第旋轉(zhuǎn)角，由此使法拉第旋轉(zhuǎn)器的整個(gè)控制復(fù)雜化。
因此，圖2說明的法拉第旋轉(zhuǎn)器的永久磁鐵32使磁光晶體40磁飽和，并且形成恒定的磁場(chǎng)強(qiáng)度。由于即使磁場(chǎng)強(qiáng)度改變，磁化強(qiáng)度也恒定，所以磁光晶體40中的磁通密度及法拉第旋轉(zhuǎn)角不會(huì)不連續(xù)改變。
現(xiàn)在參考圖2，當(dāng)法拉第旋轉(zhuǎn)角改變時(shí)，控制流過線圈38的電流以變更電磁鐵34產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度。施加于磁光晶體40的磁場(chǎng)方向以矢量形式由永久磁鐵32產(chǎn)生的磁場(chǎng)加上電磁鐵34產(chǎn)生的磁場(chǎng)來改變。因此，隨著磁場(chǎng)方向改變，磁化方向在保持磁化飽和下改變。結(jié)果，與光路44平行的磁化分量改變，由此改變法拉第旋轉(zhuǎn)角。
如圖2所示，為了使用與光路44平行延伸的電磁鐵34得到均勻磁場(chǎng)，并且形成與光路44平行的磁場(chǎng)，在磁芯36中形成通光槽46，以便磁芯36的磁極能覆蓋磁光晶體40的上表面和下表面。為了形成均勻磁場(chǎng)，可以備有兩個(gè)電磁鐵。然而，電磁鐵一般比永久磁鐵大得多。結(jié)果，整個(gè)法拉第旋轉(zhuǎn)器變?yōu)椴幌Ｍ械拇蟪叨鹊难b置。
鑒于以上所述，如圖2說明的按照本發(fā)明的實(shí)施例的法拉第旋轉(zhuǎn)器可以提供一條不受電磁鐵34阻擋的光路。然而，由于電磁鐵34的磁芯36不是完全覆蓋磁光晶體40的側(cè)面，所以這種法拉第旋轉(zhuǎn)器貫穿磁光晶體40施加不是完全均勻的磁場(chǎng)。更準(zhǔn)確地說，通光槽46形成一個(gè)不被磁芯36所覆蓋的敞開區(qū)域。結(jié)果，在磁光晶體40中將不會(huì)產(chǎn)生完全均勻的磁場(chǎng)。然而，與圖1(A)、圖1(B)和圖1(C)說明的法拉第旋轉(zhuǎn)器比較，圖2說明的法拉第旋轉(zhuǎn)器將形成均勻得多的磁場(chǎng)。
圖4(A)是說明按照本發(fā)明的另外一個(gè)實(shí)施例的法拉第旋轉(zhuǎn)器的示意圖。除永久磁鐵和電磁鐵的布置不同以外，圖4(A)說明的法拉第旋轉(zhuǎn)器與圖2說明的法拉第旋轉(zhuǎn)器類似。
現(xiàn)在參考圖4(A)，磁光晶體62為方柱形。有許多不同種類的材料可以用于磁光晶體62；然而，一種適當(dāng)材料是YIG(Y3Fe5O12；釔鐵柘榴石)。要不然，YIG可以是(BixTb3-x)Fe5O12和(TbHoBi)3Fe5O12，也就是說，用鋱或鉍替換。
電磁鐵66的磁芯64有N極和S極，它們靠近磁光晶體62的相對(duì)側(cè)，并且施加與光路68垂直的磁場(chǎng)。永久磁鐵70和72為方柱形，并且貼住或靠近磁光晶體62的相對(duì)側(cè)。永久磁鐵70和72貫穿磁光晶體62施加與光路68平行并且均勻的磁場(chǎng)。
通常，永久磁鐵相對(duì)小并且具有強(qiáng)磁。因此，永久磁鐵(例如永久磁鐵70和72)能容易形成均勻磁場(chǎng)。此外，使用兩個(gè)永久磁鐵仍然形成相對(duì)小尺寸的法拉第旋轉(zhuǎn)器。此外，如圖4(A)說明那樣，能安排永久磁鐵以便光路68不受永久磁鐵阻擋。
電磁鐵66包括一個(gè)從電源76接收電流的線圈74。如圖4(A)說明那樣，通過用電磁鐵66施加與光路68垂直的磁場(chǎng)，磁芯不必要備有一個(gè)通光槽(例如圖2說明的通光槽46)。此外，只需要一個(gè)電磁鐵66以把均勻磁場(chǎng)施加于磁光晶體62。這是本發(fā)明的重要優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)殡姶盆F的磁芯相對(duì)大且使用一個(gè)以上電磁鐵將顯著增加法拉第旋轉(zhuǎn)器的尺寸。
此外，電磁鐵66的磁芯64與光路68的相對(duì)安置允許電磁鐵66施加垂直于光路68的磁場(chǎng)，并且允許磁芯64靠近磁光晶體62。結(jié)果，能減小驅(qū)動(dòng)電流，并且能施加均勻磁場(chǎng)。
圖4(B)是說明由圖4(A)所說明的法拉第旋轉(zhuǎn)器的電磁鐵所產(chǎn)生的磁場(chǎng)的示意圖。更準(zhǔn)確地說，圖4(B)表示電磁鐵66施加于磁光晶體62的磁場(chǎng)。
現(xiàn)在參考圖4(B)，磁芯64的S極和N極設(shè)計(jì)為完全覆蓋磁光晶體62的相對(duì)側(cè)。因此，所施加的磁場(chǎng)78的磁通幾乎平行，并且產(chǎn)生均勻磁場(chǎng)。
圖4(C)是說明由圖4(A)所說明的法拉第旋轉(zhuǎn)器的永久磁鐵70和72所產(chǎn)生的磁場(chǎng)的示意圖。現(xiàn)在參考圖4(A)，永久磁鐵70和72靠近或貼住磁光晶體70的相對(duì)側(cè)。永久磁鐵70和72的S極和N極面向相同方向，以便以固定方向把磁場(chǎng)施加于磁光晶體62。如圖4(C)說明那樣，各永久磁鐵70和72的磁通80從各自永久磁鐵70或72的N極發(fā)射，在永久磁鐵外部成彎曲形，并且到達(dá)對(duì)應(yīng)的S極。在從N極到S穿行時(shí)磁通80穿過磁光晶體62。結(jié)果，與光路68平行的磁場(chǎng)施加于磁光晶體62。磁場(chǎng)的這種穿行通路通常稱為“開斷磁路”。相反，圖4(B)說明的磁場(chǎng)的穿行通路通常稱為“閉合磁路”。
永久磁鐵70和72的側(cè)面對(duì)磁光晶體62形成為相似形狀(例如，為平面)，并且裝設(shè)在磁光晶體62的相對(duì)側(cè)。因此，能對(duì)整個(gè)磁光晶體62施加均勻磁場(chǎng)。
使用常規(guī)材料，例如用液相外延(LPE)法形成的晶體，磁光晶體62最好有300-500μm的厚度，其對(duì)應(yīng)于使1.55μm典型波長(zhǎng)的入射光旋轉(zhuǎn)偏振平面45度所要求的距離。并且，磁光晶體62最好按照入射光的厚度，具有1平方毫米面積的入射面。用于磁光晶體的典型材料例如是(GdBi)3(FeAlGa)5O12。
磁光晶體62的形狀例如是三邊大約為2mm的立方體。永久磁鐵70和72的尺寸例如是2mm×2mm×4mm。電磁鐵66的尺寸例如大約是8mm×10mm×4mm。這樣，永久磁鐵比電磁鐵小得多。因此，按照本發(fā)明上述實(shí)施例的法拉第旋轉(zhuǎn)器可以比具有多個(gè)電磁鐵以用于產(chǎn)生均勻磁場(chǎng)的常規(guī)法拉第旋轉(zhuǎn)器小得多。
圖5(A)、圖5(B)和圖5(C)是按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，對(duì)圖4(A)、圖4(B)和圖4(C)所說明的法拉第旋轉(zhuǎn)器，說明其中施加于磁光晶體的磁場(chǎng)與磁光晶體的磁化之間關(guān)系的示意圖。更準(zhǔn)確地說，圖5(A)、圖5(B)和圖5(C)表示永久磁鐵和電磁鐵所施加的磁場(chǎng)與磁光晶體的合成磁化之間的關(guān)系。
圖5(A)表示電磁鐵66沒有施加磁場(chǎng)，但是永久磁鐵70和72形成磁場(chǎng)82的情況。磁場(chǎng)82與光路68平行。類似地，磁場(chǎng)82在磁光晶體62中產(chǎn)生磁化84。磁化84與光路68平行。然而，磁場(chǎng)82使磁化84飽和。對(duì)圖5(A)說明的磁化84，如果磁光晶體62接收沿光路68傳播的光，則法拉第旋轉(zhuǎn)角呈現(xiàn)最大值。
圖5(B)表示電磁鐵66施加磁場(chǎng)86且永久磁鐵70和72施加磁場(chǎng)82的情況。磁場(chǎng)86與磁場(chǎng)82垂直，這樣如圖5(B)所示，施加于磁光晶體62的合成磁場(chǎng)88是磁場(chǎng)82與磁場(chǎng)86的矢量合成。由于永久磁鐵70和72施加的磁場(chǎng)82的強(qiáng)度固定，所以與光路68平行的合成磁場(chǎng)88的分量保持不變。
磁光晶體62中產(chǎn)生的磁化90與所施加的磁場(chǎng)88平行，并且因此與光路68傾斜。所施加的磁場(chǎng)88的強(qiáng)度變得更大，但是磁光晶體62中的磁化90由永久磁鐵70和72所施加的磁場(chǎng)82飽和。因此，磁化90的強(qiáng)度保持不便。結(jié)果，磁化90強(qiáng)度保持不變，但是方向改變。與光路68平行的磁化90的分量92比與光路68平行的磁化84的分量(見圖5(A))小，并且法拉第旋轉(zhuǎn)角相應(yīng)變小。
圖5(C)表示電磁鐵66施加的磁場(chǎng)比圖5(B)中電磁鐵66施加的磁場(chǎng)更強(qiáng)的情況?，F(xiàn)在參考圖5(C)，施加于磁光晶體62的磁場(chǎng)88是固定強(qiáng)度的永久磁鐵70和72的磁場(chǎng)82與電磁鐵66的磁場(chǎng)86的合成。與圖5(A)和圖5(B)說明的磁場(chǎng)比較，圖5(C)中磁場(chǎng)88的強(qiáng)度為最大。當(dāng)圖5(C)的磁場(chǎng)88施加于磁光晶體62時(shí)，產(chǎn)生與所施加的磁場(chǎng)88平行的磁化90。由于磁化90已經(jīng)飽和，所以磁力保持不變。結(jié)果，與光路68平行的磁化90的分量92比圖5(A)和圖5(B)說明的情況小。因此，與圖5(A)和圖5(B)比較，圖5(C)中法拉第旋轉(zhuǎn)角為最小。
因此，可以通過改變電磁鐵66施加于磁光晶體62的磁場(chǎng)強(qiáng)度來控制法拉第旋轉(zhuǎn)角。假定當(dāng)只有永久磁鐵70和72施加磁場(chǎng)時(shí)法拉第旋轉(zhuǎn)角為45°，則法拉第旋轉(zhuǎn)角的控制范圍大約為0°～45°。
圖6(A)是說明按照本發(fā)明的另一實(shí)施例的法拉第旋轉(zhuǎn)器的示意圖。現(xiàn)在參考圖6(A)，永久磁鐵70和72與電磁鐵66相對(duì)光路68的方向傾斜。如同前述本發(fā)明實(shí)施例情況一樣，永久磁鐵70和72的磁場(chǎng)與電磁鐵66的磁場(chǎng)合成，以產(chǎn)生施加于磁光晶體62的合成磁場(chǎng)。然而，按照?qǐng)D6(A)說明的本發(fā)明的實(shí)施例，永久磁鐵70和72產(chǎn)生的磁場(chǎng)及電磁鐵66產(chǎn)生的磁場(chǎng)不與光路68平行或垂直，而是相對(duì)光路68傾斜。
不需要永久磁鐵70和72產(chǎn)生的磁場(chǎng)及電磁鐵66產(chǎn)生的磁場(chǎng)都相對(duì)光路68傾斜。例如代之以永久磁鐵70和72可以安置為相對(duì)光路68形成傾斜的磁場(chǎng)，而電磁鐵66產(chǎn)生與光路68垂直或平行的磁場(chǎng)。換個(gè)辦法，電磁鐵66可以安置為相對(duì)光路68產(chǎn)生傾斜的磁場(chǎng)，而永久磁鐵70和72安置為產(chǎn)生與光路68垂直或平行的磁場(chǎng)。在這些情況中，電磁鐵66施加于磁光晶體62的磁場(chǎng)可以有選擇地設(shè)定在從相對(duì)光路68為正交線(即垂直線)到相對(duì)光路68為45°傾斜的范圍內(nèi)。類似地，永久磁鐵70和72施加于磁光晶體72的磁場(chǎng)可以有選擇地設(shè)定在從相對(duì)光路68為平行線到為45°傾斜的范圍內(nèi)。
然而，永久磁鐵70和72及磁芯64不應(yīng)阻擋或干擾光路68。如果電磁鐵66及永久磁鐵70和72阻擋光路68，可能需要改變磁芯64和/或永久磁鐵70和72的形狀，以便光路68將允許光適當(dāng)穿過其中。(例如，見圖2說明的磁芯36，其中形成一個(gè)通光槽46以便不阻擋光路。)如果電磁鐵66及永久磁鐵70和72需要再成型，那么如同圖2說明的法拉第旋轉(zhuǎn)器那樣類似方式，施加于磁光晶體的合成磁場(chǎng)就變得不均勻。結(jié)果，法拉第旋轉(zhuǎn)器將不希望有地影響法拉第旋轉(zhuǎn)角。
圖6(B)是按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，對(duì)圖6(A)說明的法拉第旋轉(zhuǎn)器，說明其中施加于磁光晶體62的磁場(chǎng)與磁光晶體62的合成磁化之間關(guān)系的示意圖?，F(xiàn)在參考圖6(B)，永久磁鐵70和72產(chǎn)生磁場(chǎng)94。當(dāng)電磁鐵66無磁場(chǎng)產(chǎn)生時(shí)，磁場(chǎng)94施加于磁光晶體62，產(chǎn)生磁化96。當(dāng)電磁鐵66施加磁場(chǎng)98時(shí)，那么磁場(chǎng)98與磁場(chǎng)94合成，以產(chǎn)生合成磁場(chǎng)100。合成磁場(chǎng)100施加于磁光晶體62，產(chǎn)生磁化102。類似地，當(dāng)電磁鐵66施加磁場(chǎng)104時(shí)，那么磁場(chǎng)104與磁場(chǎng)94合成，以產(chǎn)生合成磁場(chǎng)106。合成磁場(chǎng)106施加于磁光晶體62，產(chǎn)生磁化108。
如圖6(B)說明那樣，磁化96、102和108方向不同，但是磁力相同。因此，磁化96和102各有一個(gè)與光路68平行的矢量分量，并且在圖6(B)中“向下”延伸。相反，磁化108有一個(gè)與光路68平行的矢量分量，但是在圖6(B)中“向上”延伸。結(jié)果，磁化96和102產(chǎn)生的法拉第旋轉(zhuǎn)其旋轉(zhuǎn)角不同，但是偏振平面的旋轉(zhuǎn)方向相同，因?yàn)榕c光路68平行的磁場(chǎng)矢量分量向下。相反，磁化108產(chǎn)生的法拉第旋轉(zhuǎn)與磁化96和102產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)方向相反。
因此，按照?qǐng)D6(A)說明的本發(fā)明的實(shí)施例，入射光的偏振平面的旋轉(zhuǎn)方向可以通過安置電磁鐵66及永久磁鐵70和72，以便形成相對(duì)光路68傾斜的磁場(chǎng)來改變。
圖7是說明按照本發(fā)明的另外一個(gè)實(shí)施例的法拉第旋轉(zhuǎn)器的示意圖?，F(xiàn)在參考圖7，磁光晶體110為球形。
按照如圖7說明的本發(fā)明的實(shí)施例，磁光晶體110為球形，以便減小因改變所施加磁場(chǎng)的方向而改變磁光晶體110中所產(chǎn)生的去磁場(chǎng)的影響。更準(zhǔn)確地說，球形磁光晶體110與方向無關(guān)，由此減小去磁場(chǎng)的方向依賴性，并且有效地施加均勻磁場(chǎng)。
圖8(A)和圖8(B)是說明例如在取方柱形的磁光晶體中，比如本發(fā)明上述不同實(shí)施例中說明的磁光晶體62中產(chǎn)生的磁場(chǎng)的示意圖?，F(xiàn)在參考圖8(A)和圖8(B)，在磁光晶體62中產(chǎn)生磁化112及去磁場(chǎng)114和116。圖8(A)表示與磁光晶體62的側(cè)面平行產(chǎn)生去磁場(chǎng)114的情況。這發(fā)生在電磁鐵和永久磁鐵所施加的磁場(chǎng)與磁光晶體62的側(cè)面平行之時(shí)。
圖8(B)表示電磁鐵和永久磁鐵施加的磁場(chǎng)相對(duì)磁光晶體62為對(duì)角傾斜情況。去磁場(chǎng)116同樣相對(duì)磁光晶體62為對(duì)角傾斜。
圖8(A)中產(chǎn)生的去磁場(chǎng)114比圖8(B)中產(chǎn)生的去磁場(chǎng)116更強(qiáng)。按照本發(fā)明的實(shí)施例，磁化112連續(xù)為飽和狀態(tài)，并且法拉第旋轉(zhuǎn)角通過改變磁化112的方向來控制。當(dāng)以與磁化112相反方向產(chǎn)生的去磁場(chǎng)114和116的強(qiáng)度依賴于方向改變時(shí)，施加于磁光晶體62的磁場(chǎng)在一定程度上變得不均勻。不均勻磁場(chǎng)將不希望有地影響法拉第旋轉(zhuǎn)角。
圖8(C)和圖8(D)說明球形磁光晶體中，例如圖7說明的磁光晶體110中產(chǎn)生的磁場(chǎng)的示意圖。現(xiàn)在參考圖8(C)和圖8(D)，在磁光晶體110中產(chǎn)生去磁場(chǎng)118和120。當(dāng)其為球形時(shí)，磁光晶體110方向無關(guān)，并且在圖8(C)中去磁場(chǎng)118與圖8(D)中去磁場(chǎng)120之間強(qiáng)度無差別。因此，即使磁場(chǎng)以不同方向施加于磁光晶體110，去磁場(chǎng)118和120的強(qiáng)度也無變化。結(jié)果，能把均勻磁場(chǎng)施加于磁光晶體110，并且能容易控制法拉第旋轉(zhuǎn)角。
因此，按照如圖7說明的本發(fā)明的實(shí)施例，能對(duì)磁光晶體更均勻地施加磁場(chǎng)而不增大法拉第旋轉(zhuǎn)器的尺寸。
當(dāng)其接收光時(shí)，球形磁光晶體，例如圖7中的磁光晶體110起透鏡作用。因此，當(dāng)把球形磁光晶體結(jié)合于法拉第旋轉(zhuǎn)器時(shí)，應(yīng)該考慮這種透鏡作用。
球形磁光晶體可以用在本發(fā)明前述實(shí)施例中任何一個(gè)。特別是，如圖6(A)說明那樣，可能相對(duì)光路68傾斜或變斜磁芯64及永久磁鐵70和72，以便如上討論圖6(A)說明的本發(fā)明實(shí)施例那樣，得到種種優(yōu)點(diǎn)。
圖9是按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，說明如用在光開關(guān)、光衰減器和光隔離器中的法拉第旋轉(zhuǎn)器的示意圖?，F(xiàn)在參考圖9，光開關(guān)一般包括偏光鏡122和124，它們相互間傾斜45°傳遞偏振。法拉第旋轉(zhuǎn)器126是按照本發(fā)明上述實(shí)施例的法拉第旋轉(zhuǎn)器，并且在+45°至-45°范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)光偏振平面。為了簡(jiǎn)化說明，假定光從偏光鏡122的方向射入，并且以入射方向觀察的順時(shí)針測(cè)量角為正角。此外，光沿光路127傳播。
穿過偏光鏡122的光是具有特定偏振的直線偏振光。當(dāng)光射入法拉第旋轉(zhuǎn)器126時(shí)，偏振平面旋轉(zhuǎn)+45°或-45°。假定偏光鏡124設(shè)定為光從偏光鏡124穿過并被旋轉(zhuǎn)+45°的光。因此，如果其由法拉第旋轉(zhuǎn)器126旋轉(zhuǎn)+45°，光能穿過偏光鏡124。然而，如果光由法拉第旋轉(zhuǎn)器126旋轉(zhuǎn)-45°，光將不會(huì)穿過偏光鏡124。因此，通過對(duì)接收的光適當(dāng)設(shè)定法拉第旋轉(zhuǎn)角，光開關(guān)能“接通/斷開”切換輸出光。
通過用偏振分離器替換偏光鏡124，則當(dāng)法拉第旋轉(zhuǎn)角為+45°時(shí)，允許光直線穿過，而當(dāng)法拉第旋轉(zhuǎn)角為-45°時(shí)，允許光以不同方向穿過。因此，光開關(guān)能構(gòu)造為使光切換到不同的光路。
如果由法拉第旋轉(zhuǎn)器126所確定的法拉第旋轉(zhuǎn)角設(shè)定為從-θ到+θ連續(xù)變化(這里θ指示選擇設(shè)定的角度值)，那么由偏光鏡124得到的輸出光依賴于法拉第旋轉(zhuǎn)器126指定的法拉第旋轉(zhuǎn)角連續(xù)變化。例如，如果偏光鏡122和124設(shè)定為如上述光開關(guān)那樣的相同關(guān)系，那么通過從+45°到-45°連續(xù)改變法拉第旋轉(zhuǎn)角，輸出光能逐漸衰減為無輸出光可探測(cè)到的狀態(tài)，由此實(shí)現(xiàn)一個(gè)光衰減器。
法拉第旋轉(zhuǎn)角能由法拉第旋轉(zhuǎn)器126使用一個(gè)專用控制裝置(沒有圖示說明)隨時(shí)間連續(xù)控制。在這種情況下，偏光鏡124的輸出光起作用，好像它是一個(gè)隨時(shí)間用于改變強(qiáng)度的信號(hào)。因此，能如圖9說明那樣構(gòu)造一個(gè)光調(diào)制器。
圖10是按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，說明如用在偏光鏡中的法拉第旋轉(zhuǎn)器的示意圖?，F(xiàn)在參考圖10，耦合器128分離法拉第旋轉(zhuǎn)器126的輸出光。偏振分離器130使P偏振光與S偏振光分開。光探測(cè)器132和134探測(cè)由偏振分離器130分開的S偏振光和P偏振光?？刂齐娐?36根據(jù)光探測(cè)器132和134的探測(cè)結(jié)果，控制法拉第旋轉(zhuǎn)器126的法拉第旋轉(zhuǎn)角。偏振監(jiān)視器138包括耦合器128，偏振分離器130，以及光探測(cè)器132和134。偏振控制裝置140包括法拉第旋轉(zhuǎn)器126，偏光鏡122，以及控制電路136。
光信號(hào)142通過偏光鏡122處理成直偏振線，并且由偏振控制裝置140中的法拉第旋轉(zhuǎn)器126接收。在法拉第旋轉(zhuǎn)器126中，光信號(hào)142的偏振平面以預(yù)定角旋轉(zhuǎn)，以便改變偏振狀態(tài)。
偏振監(jiān)視器138中的耦合器128把所接收的光信號(hào)142分為兩個(gè)光而不改變光信號(hào)142的偏振狀態(tài)。所分離的光信號(hào)的一部分輸入到偏振分離器130，并且分為S偏振光和P偏振光。光探測(cè)器132探測(cè)S偏振光的強(qiáng)度，而光探測(cè)器134探測(cè)P偏振光的強(qiáng)度。法拉第旋轉(zhuǎn)器126輸出的光信號(hào)142的偏振狀態(tài)是通過把法拉第旋轉(zhuǎn)器126輸出的光信號(hào)142分為S偏振部分和P偏振部分，并且測(cè)量它們的光強(qiáng)度而得到探測(cè)。
光探測(cè)器132和134探測(cè)的偏振光的光強(qiáng)度以探測(cè)信號(hào)傳到偏振控制裝置140的控制電路136?？刂齐娐?36根據(jù)S偏振光和P偏振光的光強(qiáng)度，計(jì)算法拉第旋轉(zhuǎn)器126輸出的光信號(hào)142的偏振狀態(tài)?？刂齐娐?36還計(jì)算法拉第旋轉(zhuǎn)器126的電磁鐵(沒有圖示說明)所要求的并且提供給它的電流大小，以便產(chǎn)生希望的偏振狀態(tài)?？刂齐娐?36以控制信號(hào)144對(duì)法拉第旋轉(zhuǎn)器126提供結(jié)果。按照控制信號(hào)144，法拉第旋轉(zhuǎn)器126對(duì)電磁鐵提供一個(gè)電流，以便控制法拉第旋轉(zhuǎn)角。因此，應(yīng)用如圖10說明的偏光鏡，能得到具有希望偏振狀態(tài)的光信號(hào)。
按照本發(fā)明的上述實(shí)施例，法拉第旋轉(zhuǎn)器包括一個(gè)磁光元件和一個(gè)磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置。磁光元件具有穿過其中延伸的光路。例如，參見圖4(A)和圖6(A)中的磁光晶體62及圖7中的磁光晶體110。磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置安置為不阻擋光路，并且在磁光元件中產(chǎn)生均勻磁場(chǎng)。例如，在圖4(A)中，電磁鐵66及永久磁鐵70和72表示在磁光元件中產(chǎn)生均勻磁場(chǎng)的磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置。同樣，圖6(A)和圖7中的電磁鐵66及永久磁鐵70和72表示這樣的磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置。
此外，按照本發(fā)明的上述實(shí)施例，第一磁鐵裝置安置為不阻擋光路，并且產(chǎn)生穿過磁光元件的磁場(chǎng)。例如，圖4(A)、圖6(A)和圖7中的永久磁鐵70和72形成這樣的第一磁鐵裝置。第二磁鐵裝置安置為不阻擋光路，并且產(chǎn)生穿過磁光元件的磁場(chǎng)。例如，圖4(A)、圖6(A)和圖7中的電磁鐵66形成這樣的第二磁鐵裝置。第二磁鐵裝置產(chǎn)生的磁場(chǎng)最好與第一磁鐵裝置產(chǎn)生的磁場(chǎng)垂直，并且一起在磁光元件中產(chǎn)生均勻磁場(chǎng)。
按照本發(fā)明的實(shí)施例，永久磁鐵或電磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)可以相對(duì)穿過磁光元件延伸的光路傾斜。例如，參見圖6(A)。同樣，如圖6(A)說明那樣，或永久磁鐵或電磁鐵所產(chǎn)生的磁場(chǎng)可以相對(duì)光路或相對(duì)光路的正交線在0°到45°范圍內(nèi)傾斜。
然而，在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，永久磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)與光路平行，并且電磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)與光路垂直。常規(guī)法拉第旋轉(zhuǎn)器典型使用電磁鐵來產(chǎn)生與光路平行的磁場(chǎng)。通過使用永久磁鐵來產(chǎn)生與光路平行的磁場(chǎng)，沿光路方向法拉第旋轉(zhuǎn)器的長(zhǎng)度能做得較短。
按照本發(fā)明的實(shí)施例，法拉第旋轉(zhuǎn)器可以具有第一磁鐵裝置(例如，圖4(A)中的永久磁鐵70和72一起形成這種第一磁鐵裝置)和第二磁鐵裝置(例如，圖4(A)中的電磁鐵66形成這種第二磁鐵裝置)。第一磁鐵不阻擋光路，并且具有靠近磁光元件相對(duì)側(cè)的第一和第二部分，以便整個(gè)磁光元件在第一與第二部分之間。(例如，永久磁鐵70表示“第一部分”，以及永久磁鐵72表示“第二部分”。)第一磁鐵裝置的第一和第二部分一起產(chǎn)生穿過磁光元件的磁場(chǎng)。第二磁鐵裝置不阻擋光路，并且具有靠近磁光元件相對(duì)側(cè)的第一和第二部分，以便整個(gè)磁光元件在第二磁鐵裝置的第一與第二部分之間。(例如，電磁鐵66的N極表示第一部分，以及S極表示第二部分。)磁光元件的相對(duì)側(cè)與安置第一磁鐵裝置的第一和第二部分的相對(duì)側(cè)不同。第二磁鐵裝置的第一和第二部分一起產(chǎn)生穿過磁光元件的磁場(chǎng)。第一和第二磁鐵裝置所產(chǎn)生的磁場(chǎng)相互作用一起，以形成施加于磁光元件的合成磁場(chǎng)。
如上所指出，第一磁鐵裝置具有靠近磁光元件相對(duì)側(cè)的第一和第二部分，以便整個(gè)磁光元件在第一與第二部分之間。例如，如圖4(A)、圖6(A)和圖7中可以看出，永久磁鐵70和72分別表示第一磁鐵裝置的第一和第二部分。磁光晶體整個(gè)在第一與第二部分之間。這與圖1(A)說明的法拉第旋轉(zhuǎn)器相反，其整個(gè)磁光晶體20不在電磁鐵22的磁極之間。而是，電磁鐵22的磁極僅覆蓋磁光晶體20的一部分。因此，整個(gè)磁光晶體20不在電磁鐵22的磁極之間。
按照本發(fā)明的上述實(shí)施例，通過使用能夠把均勻磁場(chǎng)施加于磁光晶體的法拉第旋轉(zhuǎn)器來設(shè)計(jì)光學(xué)裝置，能實(shí)現(xiàn)小型而又精確的系統(tǒng)。
此外，按照本發(fā)明的上述實(shí)施例，能實(shí)現(xiàn)小型、容易裝備并且可以改變旋轉(zhuǎn)角的法拉第旋轉(zhuǎn)器，同時(shí)把均勻磁場(chǎng)施加于光穿過其中的磁光晶體。
按照本發(fā)明的上述實(shí)施例，能不使用多個(gè)昂貴的電磁鐵來生產(chǎn)法拉第旋轉(zhuǎn)器，以便以與光路平行或交叉的方向產(chǎn)生均勻磁場(chǎng)。此外，按照本發(fā)明上述實(shí)施例的法拉第旋轉(zhuǎn)器能用相對(duì)便宜且又小型的電磁鐵來生產(chǎn)。此外，能適當(dāng)安置電磁鐵和永久磁鐵，以便不阻擋光穿過法拉第旋轉(zhuǎn)器的光路。因此，代替要求專門形狀的電磁鐵和/或永久磁鐵，可以使用常規(guī)形狀的電磁鐵和永久磁鐵而不阻擋光路。通過使用常規(guī)形狀的電磁鐵和永久磁鐵，法拉第旋轉(zhuǎn)器的制造費(fèi)用相對(duì)要低。
此外，按照本發(fā)明的上述實(shí)施例，法拉第旋轉(zhuǎn)器可以使用球形磁光晶體。結(jié)果，能消除由施加磁場(chǎng)而產(chǎn)生的去磁場(chǎng)的方向依賴性。因此，由于即使所施加的磁場(chǎng)的方向改變，去磁場(chǎng)的強(qiáng)度也保持不變，所以能施加更均勻的磁場(chǎng)，并且能容易控制法拉第旋轉(zhuǎn)角。
按照本發(fā)明的上述實(shí)施例，能在法拉第旋轉(zhuǎn)器中使用常規(guī)形狀的永久磁鐵和常規(guī)形狀的電磁鐵芯，以便把均勻磁場(chǎng)施加于磁光晶體，而不對(duì)永久磁鐵或芯子變更形狀或鉆孔，以便允許光無阻擋地穿過法拉第旋轉(zhuǎn)器。
此外，按照本發(fā)明的上述實(shí)施例，能使用兩個(gè)或多個(gè)永久磁鐵，以便把均勻磁場(chǎng)施加于磁光晶體。永久磁鐵比電磁鐵小，但是比電磁鐵形成更強(qiáng)的磁場(chǎng)。因此，永久磁鐵能用來形成均勻磁場(chǎng)，而不導(dǎo)致大尺寸的法拉第旋轉(zhuǎn)器。同樣，本發(fā)明不限于使用兩個(gè)或多個(gè)永久磁鐵。而是可以使用單個(gè)永久磁鐵。
此外，按照本發(fā)明的上述實(shí)施例，能使用單個(gè)電磁鐵以把均勻磁場(chǎng)施加于磁光晶體。電磁鐵相對(duì)大。因此，與使用多個(gè)電磁鐵以產(chǎn)生均勻磁場(chǎng)的法拉第旋轉(zhuǎn)器比較，該法拉第旋轉(zhuǎn)器要小。
按照本發(fā)明的上述實(shí)施例，磁光晶體可以是球形，以便防止在磁光晶體中由于去磁場(chǎng)所引起的磁場(chǎng)不平整或不均勻。也就是說，由于以可變方向施加磁場(chǎng)，防止了去磁場(chǎng)的強(qiáng)度變化，所以施加于磁光晶體的磁場(chǎng)能形成得更為均勻。雖然已經(jīng)示出并敘述了本發(fā)明的幾個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解，在不違反權(quán)利要求及它們同等意義所限定范圍的本發(fā)明的原則和精神前提下，可以對(duì)這些實(shí)施例作出種種改變。
權(quán)利要求
1.一種法拉第旋轉(zhuǎn)器，包括一個(gè)磁光元件，具有穿過其中延伸的光路；以及一個(gè)磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置，安置為不阻擋光路，并且在磁光元件中產(chǎn)生均勻磁場(chǎng)。
2.如權(quán)利要求1的一種法拉第旋轉(zhuǎn)器，其中磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置包括一個(gè)第一磁鐵裝置，安置為不阻擋光路，并且產(chǎn)生穿過磁光元件的磁場(chǎng)；以及一個(gè)第二磁鐵裝置，安置為不阻擋光路，并且產(chǎn)生穿過磁光元件的磁場(chǎng)，第二磁鐵裝置產(chǎn)生的磁場(chǎng)與第一磁鐵裝置產(chǎn)生的磁場(chǎng)垂直，并且與第一磁鐵裝置產(chǎn)生的磁場(chǎng)合成，以便產(chǎn)生均勻磁場(chǎng)。
3.如權(quán)利要求1的一種法拉第旋轉(zhuǎn)器，其中磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置包括一個(gè)永久磁鐵裝置，安置為不阻擋光路，并且產(chǎn)生穿過磁光元件的磁場(chǎng)；以及一個(gè)電磁鐵，安置為不阻擋光路，并且產(chǎn)生穿過磁光元件的磁場(chǎng)，電磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)與永久磁鐵裝置產(chǎn)生的磁場(chǎng)垂直，并且與永久磁鐵裝置產(chǎn)生的磁場(chǎng)合成，以便產(chǎn)生均勻磁場(chǎng)。
4.如權(quán)利要求2的一種法拉第旋轉(zhuǎn)器，其中永久磁鐵裝置產(chǎn)生的磁場(chǎng)與光路平行，以及電磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)與光路垂直。
5.如權(quán)利要求1的一種法拉第旋轉(zhuǎn)器，其中磁光元件為方形。
6.如權(quán)利要求3的一種法拉第旋轉(zhuǎn)器，其中磁光元件為方形。
7.如權(quán)利要求1的一種法拉第旋轉(zhuǎn)器，其中磁光元件為球形。
8.如權(quán)利要求3的一種法拉第旋轉(zhuǎn)器，其中磁光元件為球形。
9.如權(quán)利要求2的一種法拉第旋轉(zhuǎn)器，其中第一磁鐵裝置產(chǎn)生的磁場(chǎng)相對(duì)光路傾斜。
10.如權(quán)利要求3的一種法拉第旋轉(zhuǎn)器，其中永久磁鐵裝置產(chǎn)生的磁場(chǎng)相對(duì)光路傾斜。
11.如權(quán)利要求3的一種法拉第旋轉(zhuǎn)器，其中永久磁鐵裝置產(chǎn)生的磁場(chǎng)相對(duì)光路在0°到45°范圍內(nèi)傾斜。
12.如權(quán)利要求3的一種法拉第旋轉(zhuǎn)器，其中永久磁鐵裝置產(chǎn)生的磁場(chǎng)相對(duì)光路的正交線在0°到45°范圍內(nèi)傾斜。
13.如權(quán)利要求2的一種法拉第旋轉(zhuǎn)器，其中第一磁鐵裝置產(chǎn)生的磁場(chǎng)相對(duì)光路的正交線在0°到45°范圍內(nèi)傾斜。
14.如權(quán)利要求3的一種法拉第旋轉(zhuǎn)器，其中永久磁鐵裝置包括第一和第二永久磁鐵，圍繞磁光元件對(duì)稱安置，并且它們一起產(chǎn)生永久磁鐵裝置所產(chǎn)生的磁場(chǎng)。
15.如權(quán)利要求14的一種法拉第旋轉(zhuǎn)器，其中第一和第二永久磁鐵各自產(chǎn)生在開斷磁路中穿行的磁場(chǎng)，第一永久磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)與第二永久磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)合成，以產(chǎn)生永久磁鐵裝置所產(chǎn)生的磁場(chǎng)。
16.如權(quán)利要求1的一種法拉第旋轉(zhuǎn)器，其中該法拉第旋轉(zhuǎn)器用在一個(gè)光學(xué)裝置中，以便旋轉(zhuǎn)穿過該光學(xué)裝置的光的偏振，該光學(xué)裝置為光開關(guān)、光衰減器和光調(diào)制器中之一。
17.一種法拉第旋轉(zhuǎn)器，包括一個(gè)磁光元件，具有一條穿過其中延伸的光路；一個(gè)第一磁鐵裝置，它不阻擋光路，并且具有靠近磁光元件相對(duì)側(cè)的第一和第二部分，以便整個(gè)磁光元件在第一與第二部分之間，第一和第二部分一起產(chǎn)生穿過磁光元件的磁場(chǎng)；以及一個(gè)第二磁鐵裝置，它不阻擋光路，并且具有靠近磁光元件相對(duì)側(cè)的第一和第二部分，以便整個(gè)磁光元件在第一與第二部分之間，該相對(duì)側(cè)與安置第一磁鐵裝置的第一和第二部分時(shí)的相對(duì)側(cè)不同，第二磁鐵裝置的第一和第二部分一起產(chǎn)生穿過磁光元件的磁場(chǎng)，第一磁鐵裝置產(chǎn)生的磁場(chǎng)與第二磁鐵裝置產(chǎn)生的磁場(chǎng)相互作用一起，以形成施加于磁光元件的合成磁場(chǎng)。
18.如權(quán)利要求17的一種法拉第旋轉(zhuǎn)器，其中合成磁場(chǎng)在磁光元件中均勻。
19.如權(quán)利要求17的一種法拉第旋轉(zhuǎn)器，其中第一磁鐵裝置產(chǎn)生的磁場(chǎng)與第二磁鐵裝置產(chǎn)生的磁場(chǎng)垂直。
20.如權(quán)利要求17的一種法拉第旋轉(zhuǎn)器，其中第一磁鐵裝置產(chǎn)生的磁場(chǎng)與光路平行，以及第二磁鐵裝置產(chǎn)生的磁場(chǎng)與光路垂直。
21.如權(quán)利要求17的一種法拉第旋轉(zhuǎn)器，其中第一磁鐵裝置包括至少一個(gè)永久磁鐵，用于產(chǎn)生第一磁鐵裝置所產(chǎn)生的磁場(chǎng)，第一磁鐵裝置產(chǎn)生的磁場(chǎng)與光路平行；以及第二磁鐵裝置是電磁鐵，并且第二磁鐵裝置所產(chǎn)生的磁場(chǎng)與光路垂直。
22.如權(quán)利要求17的一種法拉第旋轉(zhuǎn)器，其中磁光元件為方形。
23.如權(quán)利要求17的一種法拉第旋轉(zhuǎn)器，其中磁光元件為球形。
24.如權(quán)利要求17的一種法拉第旋轉(zhuǎn)器，其中第一磁鐵裝置產(chǎn)生的磁場(chǎng)相對(duì)光路傾斜。
25.如權(quán)利要求24的一種法拉第旋轉(zhuǎn)器，其中第二磁鐵裝置產(chǎn)生的磁場(chǎng)與第一磁鐵裝置產(chǎn)生的磁場(chǎng)垂直。
26.如權(quán)利要求17的一種法拉第旋轉(zhuǎn)器，其中該法拉第旋轉(zhuǎn)器用在一個(gè)光學(xué)裝置中，以便旋轉(zhuǎn)穿過該光學(xué)裝置的光的偏振，該光學(xué)裝置為光開關(guān)、光衰減器和光調(diào)制器中之一。
27.一種法拉第旋轉(zhuǎn)器，包括一個(gè)磁光元件，具有穿過其中延伸的光路；第一和第二永久磁鐵，它們不阻擋光路，并且靠近磁光元件相對(duì)側(cè)安置，以便整個(gè)磁光元件在第一與第二永久磁鐵之間，第一和第二永久磁鐵一起產(chǎn)生穿過磁光元件的磁場(chǎng)；以及一個(gè)電磁鐵，它不阻擋光路，并且具有靠近磁光元件相對(duì)側(cè)的第一和第二磁極，以便整個(gè)磁光元件在第一與第二磁極之間，該相對(duì)側(cè)與安置第一和第二永久磁鐵的相對(duì)側(cè)不同，電磁鐵從第一磁極到第二磁極產(chǎn)生磁場(chǎng)，并且穿過磁光元件，第一和第二永久磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)與電磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)相互垂直，并且相互作用一起，以形成施加于磁光元件的合成磁場(chǎng)。
28.如權(quán)利要求27的一種法拉第旋轉(zhuǎn)器，其中合成磁場(chǎng)在磁光元件中均勻。
29.如權(quán)利要求27的一種法拉第旋轉(zhuǎn)器，其中第一和第二永久磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)與光路平行。
30.如權(quán)利要求27的一種法拉第旋轉(zhuǎn)器，其中磁光元件為方形。
31.如權(quán)利要求27的一種法拉第旋轉(zhuǎn)器，其中磁光元件為球形。
32.如權(quán)利要求27的一種法拉第旋轉(zhuǎn)器，其中第一和第二永久磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)相對(duì)光路傾斜。
33.如權(quán)利要求27的一種法拉第旋轉(zhuǎn)器，其中該法拉第旋轉(zhuǎn)器用在一個(gè)光學(xué)裝置中，以便旋轉(zhuǎn)穿過該光學(xué)裝置的光的偏振，該光學(xué)裝置為光開關(guān)、光衰減器和光調(diào)制器中之一。
34.如權(quán)利要求27的一種法拉第旋轉(zhuǎn)器，其中第一和第二永久磁鐵各自產(chǎn)生在開斷磁路中穿行的磁場(chǎng)，第一永久磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)與第二永久磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)合成，以形成第一和第二永久磁鐵裝置所產(chǎn)生，并且穿過磁光元件的磁場(chǎng)。
35.一種法拉第旋轉(zhuǎn)器，包括一個(gè)磁光元件，具有穿過其中延伸的光路；一個(gè)第一磁鐵裝置，安置在光路中，并且具有一個(gè)允許光沿光路傳播，以便無阻擋地穿過該第一磁鐵裝置和磁光元件的通光槽，第一磁鐵裝置在磁光元件中產(chǎn)生磁場(chǎng)。
36.如權(quán)利要求35的一種法拉第旋轉(zhuǎn)器，還包括一個(gè)第二磁鐵裝置，安置為不阻擋光路，并且產(chǎn)生穿過磁光元件的磁場(chǎng)。第二磁鐵裝置產(chǎn)生的磁場(chǎng)與第一磁鐵裝置產(chǎn)生的磁場(chǎng)垂直，并且與第一磁鐵裝置產(chǎn)生的磁場(chǎng)合成，以便產(chǎn)生施加于磁光元件的合成磁場(chǎng)。
37.如權(quán)利要求36的一種法拉第旋轉(zhuǎn)器，其中第一磁鐵裝置是電磁鐵，以及第二磁鐵裝置包括一個(gè)永久磁鐵，用于產(chǎn)生第二磁鐵裝置所產(chǎn)生的磁場(chǎng)。
38.一種法拉第旋轉(zhuǎn)器，包括一個(gè)磁光元件，具有穿過其中延伸的光路；一個(gè)第一磁鐵裝置，它不阻擋光路，并且具有靠近磁光元件相對(duì)側(cè)的第一和第二部分，以便磁光元件在第一與第二部分之間，第一和第二部分一起產(chǎn)生穿過磁光元件的磁場(chǎng)；以及一個(gè)第二磁鐵裝置，具有靠近磁光元件相對(duì)側(cè)的第一和第二部分，以便磁光元件在第一與第二部分之間，該相對(duì)側(cè)與安置第一磁鐵裝置的第一和第二部分時(shí)的相對(duì)側(cè)不同，第二磁鐵裝置延伸穿過光路，并且具有一個(gè)允許光沿光路傳播，以便無阻擋地穿過該第二磁鐵裝置和磁光元件的通光槽，第二磁鐵裝置的第一和第二部分一起產(chǎn)生穿過磁光元件的磁場(chǎng)，其中，第一磁鐵裝置產(chǎn)生的磁場(chǎng)與第二磁鐵裝置產(chǎn)生的磁場(chǎng)相互作用在一起，以形成施加于磁光元件的合成磁場(chǎng)。
全文摘要
一種包括一個(gè)磁光元件和一個(gè)磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置的法拉第旋轉(zhuǎn)器。磁光元件具有一條穿過其中延伸的光路。磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置安置為不阻擋光路，并且在磁光元件中產(chǎn)生均勻磁場(chǎng)。磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置可以包括一個(gè)第一磁鐵裝置和一個(gè)第二磁鐵裝置。第一磁鐵裝置安置為不阻擋光路，并且產(chǎn)生穿過磁光元件的磁場(chǎng)。第二磁鐵裝置安置為不阻擋光路，并且產(chǎn)生穿過磁光元件的磁場(chǎng)。第二磁鐵裝置產(chǎn)生的磁場(chǎng)與第一磁鐵裝置產(chǎn)生的磁場(chǎng)垂直。
文檔編號(hào)G02F1/09GK1161463SQ9611123
公開日1997年10月8日 申請(qǐng)日期1996年8月28日 優(yōu)先權(quán)日1995年8月29日
發(fā)明者白崎正孝, 福島暢洋 申請(qǐng)人:富士通株式會(huì)社