一. 磁光開關(guān)簡介

　　磁光開關(guān)原理是利用法拉第旋光效應(yīng)，通過外加磁場的改變來改變磁光晶體對入射偏振光偏振面的作用，從而達(dá)到切換光路的效果。相對于傳統(tǒng)的機(jī)械式光開關(guān)，它具有開關(guān)速度快，穩(wěn)定性高等優(yōu)勢，而相對于其他的非機(jī)械式光開關(guān)，它又具有驅(qū)動(dòng)電壓低、串?dāng)_小等優(yōu)勢，可以預(yù)見在不久的將來，磁光開關(guān)將是一種極具競爭力的光開關(guān)。

　　二. 磁光開關(guān)設(shè)計(jì)原理

　　所謂法拉第旋光效應(yīng)就是線偏振光沿外加磁場方向通過介質(zhì)時(shí)偏振面發(fā)生旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。

　　對于一個(gè)順著介質(zhì)中M方向傳播的線偏振光，可分解成兩個(gè)相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)的圓偏振光，若 為實(shí)數(shù)，這意味著介質(zhì)對光波沒有吸收，那么這兩個(gè)圓偏振光無相互作用地以兩種稍微不同的速度向前傳播，出射后它們之間僅存在相位差，從而合成的仍為線偏光，但其偏振面相對于入射線偏振光發(fā)生了一定的旋轉(zhuǎn)。這就說明了外加磁場作用于磁光晶體上時(shí)，入射線偏光通過后可以改變其偏振態(tài)。

　　三.晶體的選擇

　　磁光晶體作為磁光開關(guān)的核心部件是我們研究的重點(diǎn)，磁光晶體選型的好壞直接影響到磁光開關(guān)的各項(xiàng)性能。在選擇磁光晶體時(shí)我們注意到以下幾點(diǎn):

　　1.磁旋光率要盡可能的大，這樣旋轉(zhuǎn)相同的角度時(shí)磁光晶體的厚度可以做得很薄，整個(gè)器件的設(shè)計(jì)就更趨于小型化。

　　2.磁光晶體的外加飽和磁場要盡可能的小，這樣螺線管中加載較小的電流就可以達(dá)到要求，整個(gè)器件的發(fā)熱量也會(huì)減小，這對器件的溫度穩(wěn)定性和延長器件壽命有很大的作用。

　　3.磁光晶體的各項(xiàng)參數(shù)的溫度穩(wěn)定性能，要求飽和外場強(qiáng)、法拉第旋轉(zhuǎn)角、以及插入損耗等等在-10～100度基本保持穩(wěn)定。考慮到以上種種因素，我們最終選擇了日本三菱公司生產(chǎn)的石榴石旋轉(zhuǎn)片。我們選擇的該旋轉(zhuǎn)片，在1~2um波長范圍的近紅外輻射區(qū)域是透明的，并且顯示出非常明顯的法拉第磁旋光效應(yīng)，用LPE的方法生長而成，它是一種鐵磁材料，具有電磁鐵的某些性質(zhì)。我們所采用的磁光晶體具有雙磁疇結(jié)構(gòu)，這兩種磁疇產(chǎn)生的磁矩相互平行但是方向相反，因此對透射光偏振面的作用效果是相反的。

　　四. 磁光開關(guān)的總體設(shè)計(jì)思想

圖1模塊框圖

　　我們設(shè)計(jì)以上框圖是為了使我們的工作有條不紊地進(jìn)行,PORT1、PORT2為輸入端，PORT3、PORT4為輸出端。由于我們采用了模塊化的設(shè)計(jì)，整個(gè)器件可以分為幾個(gè)模塊，每一個(gè)模塊除了完成相應(yīng)的功能外還為下一個(gè)模塊提供一個(gè)接口，這樣一環(huán)套一環(huán)，實(shí)現(xiàn)逐層控制。從上圖看就是，CPU(單片機(jī))提供控制信號控制電路的換向，電路的換向控制螺線管的磁場方向，螺線管的磁場方向控制磁光晶體的磁化方向，最后磁光晶體的磁化方向決定光路的切換。磁光開關(guān)是完全對稱的，輸入和輸出端口可以掉換而不影響其功能。輸入和輸出端口可以分別采用兩個(gè)單光纖準(zhǔn)直器，也可以采用一個(gè)雙光纖準(zhǔn)直器，這要由具體的設(shè)計(jì)來決定。

　　五. 具體的光路設(shè)計(jì)

　　在以上模塊中最重要的就是光路設(shè)計(jì),總體來說可以有以下三種方案:其中g(shù)arnet就是我們所用的磁旋光晶體。如在garnet上加正向磁場,通過garnet的線偏光的偏振面正向旋轉(zhuǎn),如在garnet上加反向磁場,則通過garnet的線偏光反向旋轉(zhuǎn),這樣可以對光路進(jìn)行切換。

　　方案一:利用偏振棱鏡、garnet以及反射光路

　　如圖2所示(設(shè)雙折射晶體的光軸平行于紙平面)，兩個(gè)直角棱鏡膠合在一起，在交界面上，平行于入射面的e光透射，垂直于入射面的o光反射，在garnet上加上不同方向的電壓就能達(dá)到光路切換的目的。

圖2 1偏振棱鏡(靠近garnet半邊鍍有正轉(zhuǎn)45°膜);2 garnet;3反射光路