Введение к работе
Актуальность теш. Разработка в середине 70-х годов твхнала-гии синтеза монокристаллических' эпитаксиалышх . пленок" железо-штриэвого граната (ЖИГ) явилась толчком к активному теоротнчес-кому и экспериментальному исследованию спиновых воли (СВ) и'оптических волноводных мод (ОВМ) в таких пленках. В первой половино восьмидесятых годов начало развиваться новое перспективное направление в магнитооптике (МО)- волноводная МО /\/\ Создание высококачественных ферромагнитных пленок (ФП) на основе висмут-замэщешшх феррит-грзяатоБ/2,3/, имеющих одновременно хорошие оптические и магнитные параметры, сделало реальной перспективу создания нового класса штэгрально-оптических устройств модуляции лазерного излучения для оптозлекгронных устройств обработки и передачи информации и устройств обработки радиосигналов на основе МО взаимодействия ОВМ и СБ. Такие 'устройства будут во многих отношениях аналогичны 'акустооптичбсккм с той существенной разницей, что они способны функционировать па частотах от 3 ГГц до 50 ГГц, трудна доступных акустооптике.
К настоящему времени достаточно хорошо развита теория МО
гааимадоаствия ОВМ и СВ; получены ферромагнитные материалы с.
малыми -.оптическими и-магнитными потерями и высокими константами
взаимодействия света и -магнитного поля; ясны, перспективы
применения эффекта.
В . настоящее' время наиболее перспективной представляется реализация узко'ггалосных устройств, перестраиваемых в широком частотном диапазоне, на основе коллиЕварного взаимодействия OBM-ir СВ: сдвнгатэлеа оптических частот, модуляторов света, узкавдлосных. оптических, настрайвавкых фильтров. Одновременно с этим взаимодействие ОВМ " и СВ в ферромагнитных пленках является эффективным ииструментоы изучения характеристик СВ.
Однако ряд важных вопросов к моменту начала работы над диссертацией не рассматривался. Сюда относятся задачи исследования МО взаимодействия ОВМ" и дипольно-обменных СВ в висмут-замешенных ФП ШИТ, поиск оптимальных - с точки зрения повышения эффективности дифракции значениятолщин ФП и длин области взаимодействия ОВМ и СВ, а также исследование дифракции- ОВМ на СВ в ферромагнитных волноводах <ФВ) СВ.
Цель» диссертационной работы является экспериментальное и теоре тическое исследование коллинеарного взамодэйствия оптических волне водных иод с поверхностными спиновыми волнами в касательно- намагш ченных пленочных ферромагнитных волноводах на основе чистых висмут-замещенных пленок МИГ.
В соответствии с поставленной целью основными задача) диссертационного исследования являются:
-
Теоретический расчет эффективности рассеяния света на безос менных спиновых волнах в дассипативвой среде. Поиск оптимальных точки зрения повышения эффективности рассеяния толщины ферромагниі ной пленки и длины области взаимодействия света и спиновых волн.
-
Экспериментальное исследование коллинеарного рассеяния евена поверхностных бевобменных спиновых волнах в висмут-замвшрнт пленках ШИТ.
-
Теоретическое и экспериментальное исследование коллинварної рассеяния света на поверхностных дипольно-обменных спиновых волнах висмут-замещенньїі пленках ЖИГ.
4.. Экспериментальное исследование коллинеарного рассеяния свет на поверхностных и объемных волноводных модах в касателы намагниченных ферромагнитных волноводах.
Научная новизна работы состоит в следующем:
- Теоретически и экспериментально исследовано коллинеарні
взаимодействие света с дапольно-обменными поверхностны!
спиновыми волнами в висмут-замещенных пленках ИИГ...
Произведены оценки эффективности дифракции света на спияоы волнах в среде с потерями. Показано, что существуют- оптимальные точки зрения повышения эффективности дифракции толщина ферромаї нитной пленки и длина области взаимодействия света и спиной волн.
Исследовано коллинеарное взаимодействие света с поверхностны! и объемными волноводными модами в касательно намагвиченні волноводах ШИТ.
Экспериментально исследовано коллинеарное взаимодействие све' с поверхностными безобменными спиновыми волнами в висму замещенных пленках ЖИГ. Получена высокая эффeктивпoc коллинеарного магнитооптического взаимодействия.
Новые научные результаты, полученные в ходе диссертационно:
исследования, позволили ' сформулировать научные положения, швоавшв на- заврту.
1. За счет использования коллинварного взаимодействия света с
длиной волны 1,15 мкм на ПСВ в достаточно тонкоа ФП (ь=4,Т. мкм) в
экспериментах по рассеянию света в висмут-замвшешшх ФП ЖИЕ. получена
эффективности . дифракции равная 0,75 на I* мВт подводимоа СВЧ
мощности, что более чем на 30 дБ выше, чем в пленках чистого ЖИГ.
-
При взаимодействии света с диполъно-обмешшми спиновыми волнами его эффективное рассеяние происходит на нескольких частотах, соответствующих различным дисперсионным ветвям дипольно-обменного спектра спиновых волн. При этом основной вклад в г-ісеяние осуществляется спиновой волной низшего типа.
-
При заданной длине взаимодействия существует оптимальная толщина ферромагнитной пленки, при которой эффективность рассеяния максимальна. При наличии оптических потерь границы оптимальных толщин пленок смещаются в область меньших величин. Для ферромагнитной пленки существует оптимальная длина взаимодействия , при которой эффективность МО рассеяния достигает своего максимального уровня.
4.При взаимодействии света со спиновыми волнами в касательно-намагниченных пленочных ферромагнитных волноводах его рассеяние происходит на нескольких частотах, соответству-одих' различным дисперсионным ветвям поверхностных и объемных волноводных мод. При уменьшении ширины ферромагнитного волновода возможно увеличение эффективности коллинварного магнитооптического взаимодействия. Так,, например, при использовании ферромагнитного волновода ширикоа 1,14 мм получен выигрыш в эффективности рассеяния в 1,6 раза по сравнению с ферромагнитной пленкой шириной 3 мм при использовании пары ОВМ ТМо, ТЕ0 .
Практическая ценность работы.
-
В процессе исследования коллинварного рассеяния света в висмут-замещэнных пленках ЖИГ создан и испытан макет устройства сдвига оптических частот.
-
Получена высокая эффективность коллинварного МО рассеяния при использовании висмут-замещенных ФП, что делает реальной перспективу создания устройств на основе такого взаимодействия.
-
Показано, что при уменьшении ширины ферромагнитного волновода возможно увеличение эффективности коллинварного магнитооптического
рассеяния по отношению к случаю широкого пленочного волновода.
-
В работе получены соотношения, позволяющие рассчитывать эффективность и широкополосность коллинеарного магнитооптического взаимодействия света со спиновыми волнами. При этом учитываютс оптические и магнитные потери ферромагнитной пленки, а так» особенности возбуждения -: спиновых волн микрополосковой антенной (потери на согласование и двунаправленность излучения) Теоретически рассчитаны оптимальные с точки зрения тювышеш эффективности рассеяния толшины. пленок" и длины области взаимс действия, что .может быть использовано для инженерных расчетов щ разработке магнитооптических устройств.
-
Описания экспериментальной установки, макетов магнитооптичес 1сих модуляторов и методик измерения могут быть полезны при разработ ке радиотехнических устройств и при организации подобнь зкспериментсв.
-
Предложенные методики измерения ширины дисперсионных щеле спектра дипольно-обменной СВ и распределения амплитуды ттеременнс намагниченности в ферромагнитных волноводах может быть использоваї для определения параметров спин волновых процессов.
Апробация работы. Результаты, диссертационного исследования бы. представлены на:
-4 Всесоюзной школе-семинаре "Спинволновая электроника СВЧ' (1989 г. .Львов)1;
-МвЖДУНарОДНОЙ КОНфереНЦИИ- "International . Magnetics
Conference" INTERMAG 90" (17 - 20 April, Brighton, UK); -МвЖДУНарОДНОЙ КОНфереНЦИИ * International Seminar "
Acoustooptics: Research and Developments'* (Leningrad, 1990); -МвЖДУНарОДНОЙ КОНфереНЦИИ " 35th Annual Conference on
Magnetism and Magnetic Materials, МММ 90, (San-Diego ,
California, USA, October 29- November I);
-5 Всесоюзной школе-семинаре "Спинволновая электроника СВЧ" (1991 г. .Звенигород);
-МеВДУНарОДНОЙ КОНфереНЦИИ " OFTO 91 Onzien«?s Journees
Professionnelles, (ESI, Paris, April, 1991);
-МвЖДУНарОДНОЙ КОНфереНЦИИ "5th Joint MMM-Intei uug
Conference, (June 1091, Pittsburgh, Pennsylvania, USA); -МвЖДУНарОДНОЙ КОНфереНЦИИ " 37th Annual Conference mi
Magnetism and Msgnetic Materials, МММ 92. (Houston, Tr»x;.;
-.5 -
USA, December 1-4, 1992);
-Ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ЛЭТИ им.В.И.Ульянова (Ленина) (1989-1992 гг., Ленинград). Публикации. Но теме диссертации опубликовано 4 статьи и 2 тезисов на международных и всесоюзных конференциях.
Структура п объеы диссертации. Диссертация состоит из введенил, четырех глав, заключения и списка литературы, включающего 89 наименований. Основная часть работы изложена на 182 страшщах машинописного текста. Работа содержит 45 рисунков, 9 таблиц.
