Модуляция оптического излучения при магнитомеханических колебаниях в трехслойных композиционных структурах

Нами рассмотрены особенности модуляции оптического излучения за счет эффекта Фарадея при возбуждении толщинных магнитомеханических колебаний в композиционной структуре подложка–магнитооптический кристалл-феррит. Получены частотные зависимости для амплитуды и начальной фазы переменной составляющей эф...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2014
1. Verfasser:	Линчевский, И.В.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут радіофізики і електроніки ім. А.Я. Усикова НАН України 2014
Schriftenreihe:	Радіофізика та електроніка
Schlagworte:	Радиофизика твердого тела и плазмы
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/106067
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Модуляция оптического излучения при магнитомеханических колебаниях в трехслойных композиционных структура / И.В. Линчевский // Радіофізика та електроніка. — 2014. — Т. 5(19), № 2. — С. 56-60. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-106067
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1060672016-09-17T03:01:43Z Модуляция оптического излучения при магнитомеханических колебаниях в трехслойных композиционных структурах Линчевский, И.В. Радиофизика твердого тела и плазмы Нами рассмотрены особенности модуляции оптического излучения за счет эффекта Фарадея при возбуждении толщинных магнитомеханических колебаний в композиционной структуре подложка–магнитооптический кристалл-феррит. Получены частотные зависимости для амплитуды и начальной фазы переменной составляющей эффекта Фарадея. Показано, что при размещении магнитооптического кристалла между магнитопассивной подложкой и магнитострикционным ферритом происходит дополнительное усиление механических напряжений в кристалле в условиях магнитомеханического резонанса. Дополнительное увеличение переменной составляющей эффекта Фарадея может достигать 50 % по сравнению с однослойной структурой. Показано, что для рассмотренного типа модулятора свойственна начальная фазовая задержка переменной составляющей эффекта Фарадея до значений 30–60° в момент резонанса. Резонансная зависимость начального фазового сдвига для переменной составляющей эффекта Фарадея характеризуется абсолютной стабильностью по отношению к амплитуде переменного магнитного поля и определяется характеристиками магнитомеханических колебаний в структуре. Нами розглянуто особливості модуляції оптичного випромінювання внаслідок ефекту Фарадея при порушенні товщинних магнітомеханічних коливань у композиційній структурі підкладка–магнітооптичний кристал-ферит. Отримано частотні залежності для амплітуди й початкової фази змінної складової ефекту Фарадея. Показано, що при розміщенні магнітооптичного кристала між магнітопасивною підкладкою та магнітострикційним феритом відбувається додаткове посилення механічних напруг у кристалі в умовах магнітомеханічного резонансу. Додаткове збільшення змінної складової ефекту Фарадея може досягати 50 % в порівнянні з одношарової структурою. Показано, що для розглянутого типу модулятора властива початкова фазова затримка змінної складової ефекту Фарадея до значень 30–60° у момент резонансу. Резонансна залежність початкового фазового зсуву для змінної складової ефекту Фарадея характеризується абсолютною стабільністю по відношенню до амплітуди змінного магнітного поля та визначається характеристиками магніто-механічних коливань у структурі. The paper discusses the features of the modulation of optical radiation due to the Faraday effect of the thickness of magneto mechanical excited vibrations in the composite structure of the substrate-magneto optical crystal-ferrite. The frequency dependence of the amplitude and the initial phase of the variable component of the Faraday effect was obtained. It is shown that when the magneto optical crystal is placed between substrate and magnet passive magnet strictive ferrite there is an additional enhancement of mechanical stress in the crystal under magnetomechanical resonance. Additional increase of the variable component of the Faraday effect can reach up to 50 % compared with a single-layer structure. It is shown that for the considered type of modulator the initial phase delay of the variable component of the Faraday effect to the values of 30–60° at resonance is typical. The resonance dependence of the initial phase shift for the variable component of the Faraday effect is characterized by an absolute stability to the amplitude of the alternating magnetic field and is determined by the characteristics of magneto mechanical oscillations in the structure. 2014 Article Модуляция оптического излучения при магнитомеханических колебаниях в трехслойных композиционных структура / И.В. Линчевский // Радіофізика та електроніка. — 2014. — Т. 5(19), № 2. — С. 56-60. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 1028-821X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/106067 537.632.4 + 535.565 ru Радіофізика та електроніка Інститут радіофізики і електроніки ім. А.Я. Усикова НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Радиофизика твердого тела и плазмы Радиофизика твердого тела и плазмы
spellingShingle	Радиофизика твердого тела и плазмы Радиофизика твердого тела и плазмы Линчевский, И.В. Модуляция оптического излучения при магнитомеханических колебаниях в трехслойных композиционных структурах Радіофізика та електроніка
description	Нами рассмотрены особенности модуляции оптического излучения за счет эффекта Фарадея при возбуждении толщинных магнитомеханических колебаний в композиционной структуре подложка–магнитооптический кристалл-феррит. Получены частотные зависимости для амплитуды и начальной фазы переменной составляющей эффекта Фарадея. Показано, что при размещении магнитооптического кристалла между магнитопассивной подложкой и магнитострикционным ферритом происходит дополнительное усиление механических напряжений в кристалле в условиях магнитомеханического резонанса. Дополнительное увеличение переменной составляющей эффекта Фарадея может достигать 50 % по сравнению с однослойной структурой. Показано, что для рассмотренного типа модулятора свойственна начальная фазовая задержка переменной составляющей эффекта Фарадея до значений 30–60° в момент резонанса. Резонансная зависимость начального фазового сдвига для переменной составляющей эффекта Фарадея характеризуется абсолютной стабильностью по отношению к амплитуде переменного магнитного поля и определяется характеристиками магнитомеханических колебаний в структуре.
format	Article
author	Линчевский, И.В.
author_facet	Линчевский, И.В.
author_sort	Линчевский, И.В.
title	Модуляция оптического излучения при магнитомеханических колебаниях в трехслойных композиционных структурах
title_short	Модуляция оптического излучения при магнитомеханических колебаниях в трехслойных композиционных структурах
title_full	Модуляция оптического излучения при магнитомеханических колебаниях в трехслойных композиционных структурах
title_fullStr	Модуляция оптического излучения при магнитомеханических колебаниях в трехслойных композиционных структурах
title_full_unstemmed	Модуляция оптического излучения при магнитомеханических колебаниях в трехслойных композиционных структурах
title_sort	модуляция оптического излучения при магнитомеханических колебаниях в трехслойных композиционных структурах
publisher	Інститут радіофізики і електроніки ім. А.Я. Усикова НАН України
publishDate	2014
topic_facet	Радиофизика твердого тела и плазмы
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/106067
citation_txt	Модуляция оптического излучения при магнитомеханических колебаниях в трехслойных композиционных структура / И.В. Линчевский // Радіофізика та електроніка. — 2014. — Т. 5(19), № 2. — С. 56-60. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.
series	Радіофізика та електроніка
work_keys_str_mv	AT linčevskijiv modulâciâoptičeskogoizlučeniâprimagnitomehaničeskihkolebaniâhvtrehslojnyhkompozicionnyhstrukturah
first_indexed	2025-07-07T17:54:11Z
last_indexed	2025-07-07T17:54:11Z
_version_	1837011674460061696
fulltext	РРААДДИИООФФИИЗЗИИККАА ТТВВЕЕРРДДООГГОО ТТЕЕЛЛАА ИИ ППЛЛААЗЗММЫЫ ________________________________________________________________________________________________________________ __________ ISSN 1028−821X Радиофизика и электроника. 2014. Т. 5(19). № 2 © ИРЭ НАН Украины, 2014 УДК 537.632.4 + 535.565 И. В. Линчевский Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт» 37, пр. Победы, Киев, 03056, Украина E-mail: igorvl2009@gmail.com МОДУЛЯЦИЯ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ПРИ МАГНИТОМЕХАНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЯХ В ТРЕХСЛОЙНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ СТРУКТУРАХ Высокая эффективность модуляторов света на основе эффекта Фарадея может быть достигнута с применением магнито- оптических кристаллов. Принципиально новые характеристики таких модуляторов могут быть получены при использовании маг- нитомеханического резонанса в магнитооптических кристаллах, однако использование лишь одного магнитооптического кристалла недостаточно эффективно. Нами рассмотрены особенности модуляции оптического излучения за счет эффекта Фарадея при возбу- ждении толщинных магнитомеханических колебаний в композиционной структуре подложка–магнитооптический кристалл- феррит. Получены частотные зависимости для амплитуды и начальной фазы переменной составляющей эффекта Фарадея. Показа- но, что при размещении магнитооптического кристалла между магнитопассивной подложкой и магнитострикционным ферритом происходит дополнительное усиление механических напряжений в кристалле в условиях магнитомеханического резонанса. Допол- нительное увеличение переменной составляющей эффекта Фарадея может достигать 50 % по сравнению с однослойной структу- рой. Показано, что для рассмотренного типа модулятора свойственна начальная фазовая задержка переменной составляющей эффекта Фарадея до значений 30–60° в момент резонанса. Резонансная зависимость начального фазового сдвига для переменной составляющей эффекта Фарадея характеризуется абсолютной стабильностью по отношению к амплитуде переменного магнитного поля и определяется характеристиками магнитомеханических колебаний в структуре. Ил. 2. Библиогр.: 6 назв. Ключевые слова: магнитооптический кристалл, магнитомеханический резонанс, эффект Фарадея. Магнитострикция ферро- и ферримагне- тиков во внешнем поляризующем и переменном магнитных полях вызывает магнитомеханические колебания с заданной частотой. Возникающие при колебаниях магнитооптических кристал- лов (МОК) механические деформации приводят к изменению намагниченности образца, а за счет эффекта Фарадея осуществляется модуляция проходящего оптического излучения [1]. В облас- ти частот магнитомеханического резонанса (ММР) наблюдается изменение амплитуды поворота плоскости поляризации излучения; кроме того, возникает фазовая задержка для эффекта Фарадея относительно управляющего магнитного поля. Результаты исследований, приведенные в рабо- тах [1–3], были получены применительно к об- разцам МОК в форме тонкого стержня. В послед- нем случае из-за неоднородности условий для механических напряжений, вызванных нулевыми граничными условиями на свободных от механи- ческого контакта гранях, амплитуда поворота плоскости поляризации излучения в момент ММР изменяется всего на 10–15 %. Увеличить это зна- чение возможно, создав более равномерное по длине/толщине МОК распределение механиче- ских напряжений. В данной работе проводится исследова- ние модуляции оптического излучения в области частот ММР с помощью трехслойной структуры Gd3Ga5O12–Y3Fe5O12–NiFe2O4. Расположение плен- ки МОК из иттриевого феррит граната (YIG) между магнитопассивной подложкой из галлий гадолиниевого граната (GGG) и слоем феррита позволяет сгладить напряжения по толщине МОК. Использовали феррит, обладающий магнито- стрикционными свойствами, с целью дополни- тельно усилить напряжения в МОК и, соответст- венно, переменную составляющую эффекта Фа- радея в условиях ММР. Рассмотрим структуру (рис. 1), состоя- щую из слоя МОК толщиной ,1l выращенного на подложке GGG толщиной ;2l при этом слой феррита имеет толщину .3l Рис. 1. Схематическое изображение структуры: 1 – подложка; 2 – МОК; 3 – феррит; ∗HH ,0 − векторы постоянного (поля- ризующего) и переменного магнитного полей; k − волновой вектор оптического излучения Для простоты будем считать, что образец имеет форму пластинки длиной L и шириной W. Размеры ).3,2,1(,, =jWLl j Образец поляризо- ван перпендикулярно плоскости МОК (ось ).0 3x 3 1 ∗HH ,0 0 3x 2x 2x 1l− 2l • 2 32 ll + k И. В. Линчевский / Модуляция оптического излучения… _________________________________________________________________________________________________________________ 57 Магнитные поля (постоянное с напряженностью 0H и переменное H с частотой )ω направлены вдоль направления поляризации, т. е. вдоль оси .0 3x Магнитное поле вследствие магнитострикции возбуждает в МОК и ферритовом слое механиче- ские деформации среды, распространяющиеся перпендикулярно плоскости подложки (толщин- ные колебания). Механические напряжения при- водят к дополнительным изменениям намагни- ченности МОК вдоль оси .0 3x Для выявления изменений намагниченности используется ли- нейно поляризованное излучение, распростра- няющееся по оси 30x и проходящее через центр пластины (точка ).0 21 xx Поскольку в рассматри- ваемой структуре оптически прозрачными явля- ются только области GGG и YIG, фактически следует учитывать лишь волну оптического излу- чения, отраженную от границы Y3Fe5O12–NiFe2O4. Функцией отклика системы на прило- женное переменное магнитное поле является амплитуда и начальная фаза переменной состав- ляющей угла поворота плоскости поляризации. Уравнения состояния МОК (феррита) в общем виде записываются следующим образом [1]: , , * * mnmpqnpqn kkijklijklij HmB Hmc με εσ += −= (1) где *,,, nkklij BHεσ – амплитуды гармонически изменяющихся во времени компонент механи- ческихх напряжений, деформаций, векторов напряженности и индукции магнитного поля; ijklc – компонента тензора модулей упругости размагниченного магнетика; nmμ – компонента тензора магнитной проницаемости, в предполо- жении равенства нулю деформаций. Компоненты механических напряжений ijσ на свободных от контакта с другими упругими телами поверхностях S удовлетворяют гранич- ным условиям: .0 Sxn kijj ∈∀=σ (2) Учтем также, что вектор индукции пере- менного магнитного поля )( kxB удовлетворяет условию ,0)(* VxxBdiv kk ∈∀= где V – объем образца. Будем считать, что физические поля не зависят от координат 10x и .0 2x При выбранных ориентациях векторов напряженности полей под- магничивания и переменного магнитного поля компоненты тензора напряжений в МОК запишем в виде ),( 3 * 3333333 hHmc +−= εσ (3) где ;033 mHm = m – магнитострикционная конс- танта, которая определяется экспериментально. В выражении (3) символом 3h обозначе- на напряженность внутреннего магнитного поля, которое возникает в поляризованном кристалле из-за поворотов магнитных доменов. Выражая из системы уравнений (1) компоненты тензора де- формаций через компоненты тензора упругости, получим ,* 333233 HmY −= εσ (4) где 33 2 33 332 μ mcY −= – модуль Юнга намагничен- ного МОК. Элемент тензора напряжения для ферри- та с учетом наличия у него магнитных свойств запишем в виде ,* 333333 HmY FFF −= εσ где 33 2 33 333 μF F F mcY −= и 033 mHm FF = индекс )(F отно- сится к соответствующим величинам феррита. Для немагнитной подложки 331 cY S= индекс )(S относится к соответствующей величине для под- ложки. Допустим, что компоненты вектора сме- щения материальных частиц )(tui изменяются во времени по гармоническому закону. Величины ijσ и iu объединены первым уравнением (1) и соответствуют уравнению движения среды в отсутствие внешних сил [4] ,02 , Vxu kijij ∈∀=+ ρωσ (5) где ρ – плотность. Подставим полученные выражения в уравнение движения среды. В результате полу- чим уравнения для вектора 1u смещений МОК, 2u подложки и 3u феррита в форме ),sin()cos()( 333 xBxAxu jjjjj γγ += (6) где jjj Yp /ωγ = − волновые числа; jj BA , − постоянные. Поскольку, согласно рис. 1 верхняя грань феррита и нижняя грань подложки свобод- ны, граничные условия запишем в виде ,0)( 133 =−lSσ ),0()0( 3333 σσ =S ,0)( 3233 =+ llFσ ),()( 233233 ll Fσσ = ),0()0( 21 uu = ).()( 2322 lulu = Их использование дает систему уравнений, реше- ние которой приводит к следующим выражениям для постоянных: И. В. Линчевский / Модуляция оптического излучения… _________________________________________________________________________________________________________________ 58 , )cos()sin()cos()sin())cos()(( , )]sin()sin()cos()))cos(1((()[cos( 3322112233113333333311 2 332233333333223333221 2 ξ γγγγγγγ ξ γγγγγγγ lllYmllmmmY B llYmlmlmmYl A FF FF j +−+ −= +−−+ −= (7) ___________________________________________ где += )cos()sin()cos( 332211 2 2 2 2 lllY γγγγξ ).sin()sin()sin( )cos()sin()sin( 3322113131 3322112121 lllYY lllYY γγγγγ γγγγγ − −+ Согласно [5], если на ферримагнетик, ко- торый находится в постоянном поляризующем поле, действуют механические напряжения, то в последнем возникают изменения намагниченнос- ти, которые можно характеризовать функцией ,/ 33 * 33 σ∂∂=Λ J где * 33J − переменная составляю- щая намагниченности, возникающая за счет ме- ханических напряжений. Дополнительный, вследствие механических напряжений, поворот плоскости поляризации электромагнитной волны на пути 3dx составит угол ,333 * dxd σαϕσ Λ= где α – коэффициент пропорциональности между углом поворота плоскости поляризации, норми- рованного на единицу толщины МОК, и его на- магниченностью. Значение амплитуды перемен- ной составляющей угла поворота плоскости по- ляризации излучения ϕ на выходе структуры после отражения на границе МОК-феррит составит ,10 ϕϕϕ += (8) где ;* 20 Hlαχϕ = ;2 2 0 3331 ∫Λ= l dxσαϕ χ − магнит- ная восприимчивость МОК. В выражении (8) слагаемое 0ϕ определяет амплитуду переменной составляющей в эффекте Фарадея, которая соз- дается магнитным полем H за пределами час- тот ММР. Подставляя в выражение (8) значения для напряжений ,33σ получим . ]))sin( )1)(cos(( 2 233222 2222 0 H lmlB lAY ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ ++ +−Λ += γ γ αϕϕ (9) Как следует из (9), частотная зависимость для эффекта Фарадея проявляется через парамет- ры 332211 ,, lll γγγ и носит резонансный характер. На резонансной частоте, при которой ,0=ξ вы- полняется условие ...,2,1,332211 ==++ nnlll πγγγ (10) Выражение (10) является условием сущест- вования стоячей волны толщинных колебаний между свободными поверхностями подложки и феррита. В соответствии с (10) определим линей- ную резонансную частоту колебаний выражением ).///(2/ 333222111 pYlpYlpYlnfr ++= (11) Чтобы избежать бесконечных значений амплитуд на резонансных частотах, учтем акус- тические потери в магнитоактивном слое и в подложке, введя малые мнимые поправки в моду- ли Юнга [5], для чего в выражении (6) положим модули Юнга jγ равными ),/1( jj QiY + где jQ − акустические добротности. Составляющая 1ϕ выражения (8) определяется механическими деформациями, которые отличны от нуля в области частот ММР [1]. Для переменной составляющей эффекта Фарадея ϕ характерна фазовая задерж- ка δ относительно управляющего переменного магнитного поля ,*H где ))./Re()arctg(Im( ϕϕδ = Ниже величину эффекта Фарадея при ММР будем характеризовать функцией ,Δ которой будем сопоставлять набор значений из трех пара- метров: ),,,( минмакс δΦΦ=Δ где 0/)Re( ϕϕ=Φ − нормированная амплитуда переменной состав- ляющей эффекта Фарадея, минмакс ,ΦΦ − соответст- венно максимальное и минимальное ее значение в условиях резонанса и антирезонанса. За предела- ми резонансных частот ).0,1,1(0 =Δ На рис. 2 приведены результаты числен- ных расчетов нормированной амплитуды пере- менной составляющей эффекта Фарадея минмакс ,ΦΦ и фазовой задержки δ в зависимости от отношения толщины феррита 3l к толщине МОК .2l При этом толщина подложки принима- лась равной толщине феррита. В расчетах использовались следующие значения параметров структуры подложка–МОК– феррит: − подложка (Gd3Ga5O12): =1ρ 7,08·103 кг/м3, =33cS 287 ГПа; − МОК )OFeY( 1253 : =33c 269 ГПа, =2ρ 5,7·103 кг/м3, =2l 10 мкм, =Sλ –1,4·10–6, =iQ 400, =SJ 11,4 кА/м; =α 1,3 град/А, =χ 15, =33m 1060 Тл, что соответствует значению поля- ризующего поля =0H 500 А/м; И. В. Линчевский / Модуляция оптического излучения… _________________________________________________________________________________________________________________ 59 − феррит (NiFe2O4): =11cF 153 ГПа, =3ρ = 5,4·103 кг/м3, =iQ 400. Рис. 2. Зависимость относительной амплитуды переменной составляющей в условиях резонанса Φмакс (кривые 1) и анти- резонанса Φмин (кривые 2), а также начальной фазовой за- держки δ (кривые 3) для переменной составляющей эффекта Фарадея от соотношения толщин слоев феррит–YIG, при различных значениях параметра m33 и Fm33: m33 = 1 060 Тл, Fm33 = 1 000 Тл (–); m33 = 1 060 Тл, Fm33 = 2 000 Тл (– – –); m33 = 0, Fm33 = 2 000 Тл ( ). Толщина подложки принята равной толщине феррита Из рис. 2 следует, что при 0/ 23 =ll , т. е. при наличии только МОК, =Δ (1,10; 0,90; –11,6°). При увеличении толщины слоев пары феррит– GGG наиболее существенные изменения функции Δ происходят на участке )5...0(/ 23 =ll , достигая значений =Δ (1,31; 0,69; –34°) при =33mF 1 060 Тл. При 213 )85( lll −≈= имеем режим «толстой» подложки (ферритового слоя), который характе- ризуется независимостью амплитуд ,максΦ минΦ и величины задержки δ от толщины МОК. Для сравнения в предположении, что используется иной МОК c более низким значением ,33m чем для YIG, при тех же значениях параметра 33mF для феррита, функция Δ изменится незначитель- но, c =Δ (1,54; 0,44; –62°) при 033 =m до =Δ (1,52; 0,46; –59°) (штриховая и пунктирная кривые). Это связано с тем, что при толстой под- ложке и ферритовом слое механические напря- жения в композиционной структуре создаются в основном за счет вынужденных магнитомехани- ческих колебаний феррита. Подложка выступает в роли противовеса, что позволяет перераспреде- лять напряжения таким образом, чтобы они были максимальны в области между подложкой и фер- ритом, где расположен МОК. В режиме толстой подложки МОК выполняет в основном функции детектирования механических напряжений и практически не участвует в их формировании. Для МОК выбор величины индукции поляри- зующего поля 0B должен производиться в соот- ветствии с рекомендациями работы [6]: ,58,00 sBB = при котором функция Λ имеет мак- симум ,/77,0 1KJssm λ=Λ где ,SB SJ и Sλ – индукция, намагниченность и магнитострикция насыщения, 1K – константа анизотропии МОК. Как следует из выражения (9) значения функции Δ в области первой резонансной частоты наибо- лее отличны от значений 0Δ при выполнении условия .// 333111 lYplYp = С учетом значений для iρ и iY пары GGG-NiFe2O4 оптимальное со- отношение =31 / ll 1,19. При этом отклонения в расчетных значениях функции ,Δ представлен- ных на рис. 2, не превышают 10 %. Выводы. Применение композиционной структуры вида подложка–МОК–феррит позволя- ет увеличить изменения амплитуды переменной составляющей эффекта Фарадея до 31–54 % и достичь величины фазового сдвига 34–62° в ус- ловиях ММР. Показано, что максимальный эф- фект от использования трехслойной структуры достигается при превышении толщины феррита и подложки над толщиной МОК не менее, чем в 5–8 раз. Дальнейшее наращивание толщины пары подложка–феррит не приводит к заметным изме- нениям для переменной составляющей эффекта Фарадея. При этом сам МОК перестает влиять на параметры магнитомеханических колебаний сис- темы. Получено соотношение между толщиной феррита и подложки с учетом их упругих свойств для достижения максимальных изменений пере- меной составляющей эффекта Фарадея. Появле- ние столь больших значений фазовой задержки дает возможность считать перспективным изме- рение в первую очередь именно фазовой задерж- ки, а не амплитуды переменной составляющей эффекта Фарадея в условиях ММР. Резонансная зависимость начального фазового сдвига для переменной составляющей эффекта Фарадея характеризуется абсолютной стабильностью по отношению к амплитуде переменного магнитного поля и определяется характеристиками магнито- механических колебаний в структуре. Применение режима толстая подложка- феррит позволяет снизить резонансную частоту колебаний системы. Работа выполнена в рамках научно- исследовательской работы г/р № 0113u004190. 0 2 4 6 23 / ll 1,6 1 0,4 ,δминмакс ,ΦΦ 0 –20 –40 –60 2 3 1 И. В. Линчевский / Модуляция оптического излучения… _________________________________________________________________________________________________________________ 60 Библиографический список 1. Линчевский И. В. Визначення материальних констант магнітнооптичних кристалів за допомогою ефекту Фара- дея в умовах магнітомеханічного резонансу / И. В. Лин- чевский, О. Н. Петрищев // Укр. физ. журн. − 2011. − 56, № 5. − С. 498−504. 2. Линчевский И. В. Влияние магнитомеханического резонанса на поляризацию света в магнитооптических кристаллах / И. В. Линчевский // Оптика и спектроскопия. − 2012. − 113, № 1. − С. 1–4. 3. Архипский А. О. Автогенератор на магнитооптическом кристалле / А. О. Архипский, И. В. Линчевский // Изв. вузов. Радиоэлектрон. − 2013. – 56, № 3. − С. 45–51. 4. Ландау Л. Д. Теория упругости / Л. Д. Ландау, Е. М. Лиф- шиц. − М.: Наука, 1987. – 247 с. 5. Бондаренко А. А. Амплитуды и фазы продольных колеба- ний пьезокерамических стержней с учетом переменной механической добротности / А. А. Бондаренко, Г. В. Ку- ценко, А. Ф. Улитко // Прикладная механика. − 1980. – 16, № 1. − С. 84–88. 6. Бозорт Р. М. Ферромагнетизм / Р. М. Бозорт; пер. с англ. под ред. Е. И. Кондорского, Б. Г. Лившица. – М.: Изд-во иностр. лит., 1956. – 784 с. Рукопись поступила 06.12.2013. I. V. Linchevskyi MODULATION OF OPTICAL RADIATION AT MAGNETO MECHANICAL OSCILLATIONS IN THREE-LAYER COMPOSITE STRUCTURES High efficiency of light modulators based on the Fara- day effect can be achieved using a magneto optical crystals. Essen- tially new characteristics of such modulators can be prepared using magneto mechanical resonance in magneto optical crystals. How- ever, the use of only one magneto optical crystal is not efficient enough. The paper discusses the features of the modulation of optical radiation due to the Faraday effect of the thickness of magneto mechanical excited vibrations in the composite structure of the substrate-magneto optical crystal-ferrite. The frequency dependence of the amplitude and the initial phase of the variable component of the Faraday effect was obtained. It is shown that when the magneto optical crystal is placed between substrate and magnet passive magnet strictive ferrite there is an additional enhancement of mechanical stress in the crystal under magneto- mechanical resonance. Additional increase of the variable compo- nent of the Faraday effect can reach up to 50 % compared with a single-layer structure. It is shown that for the considered type of modulator the initial phase delay of the variable component of the Faraday effect to the values of 30–60° at resonance is typical. The resonance dependence of the initial phase shift for the variable component of the Faraday effect is characterized by an absolute stability to the amplitude of the alternating magnetic field and is determined by the characteristics of magneto mechanical oscilla- tions in the structure. Key words: magneto optical crystal, magnet mechani- cal resonance, Faraday effect. І. В. Лінчевський МОДУЛЯЦІЯ ОПТИЧНОГО ВИПРОМІНЮВАННЯ ПРИ МАГНІТОМЕХАНІЧНИХ КОЛИВАННЯХ У ТРИШАРОВИХ КОМПОЗИЦІЙНИХ СТРУКТУРАХ Високу ефективність модуляторів світла на основі ефекту Фарадея можливо досягнути із застосуванням магніто- оптичних кристалів. Принципово нові характеристики таких модуляторів можна отримати при використанні магнітомеха- нічного резонансу в магнітооптичних кристалах, проте вико- ристання лише одного магнітооптичного кристала недостат- ньо ефективно. Нами розглянуто особливості модуляції опти- чного випромінювання внаслідок ефекту Фарадея при пору- шенні товщинних магнітомеханічних коливань у композицій- ній структурі підкладка–магнітооптичний кристал-ферит. Отримано частотні залежності для амплітуди й початкової фази змінної складової ефекту Фарадея. Показано, що при розміщенні магнітооптичного кристала між магнітопасивною підкладкою та магнітострикційним феритом відбувається додаткове посилення механічних напруг у кристалі в умовах магнітомеханічного резонансу. Додаткове збільшення змінної складової ефекту Фарадея може досягати 50 % в порівнянні з одношарової структурою. Показано, що для розглянутого типу модулятора властива початкова фазова затримка змінної складової ефекту Фарадея до значень 30–60° у момент резо- нансу. Резонансна залежність початкового фазового зсуву для змінної складової ефекту Фарадея характеризується абсолют- ною стабільністю по відношенню до амплітуди змінного магнітного поля та визначається характеристиками магніто- механічних коливань у структурі. Ключові слова: магнітооптичний кристал, магніто- механічний резонанс, ефект Фарадея.

Модуляция оптического излучения при магнитомеханических колебаниях в трехслойных композиционных структурах

Institution

Ähnliche Einträge