DE4327750C1 - Faraday rotator - Google Patents

Faraday rotator

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DE4327750C1 DE19934327750 DE4327750A DE4327750C1 DE 4327750 C1 DE4327750 C1 DE 4327750C1 DE 19934327750 DE19934327750 DE 19934327750 DE 4327750 A DE4327750 A DE 4327750A DE 4327750 C1 DE4327750 C1 DE 4327750C1
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Frank Dr Diedrich
Frank Reismann
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LINOS PHOTONICS GMBH & CO. KG, 37081 GOETTINGEN, DE
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GSAENGER OPTOELEKTRONIK GmbH
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    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/09—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on magneto-optical elements, e.g. exhibiting Faraday effect
    • G02F1/093—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on magneto-optical elements, e.g. exhibiting Faraday effect used as non-reciprocal devices, e.g. optical isolators, circulators

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Abstract

The invention relates to a Faraday rotator having an optical element having an optical axis, an annular central magnet, surrounding the optical element, for generating a magnetic field along the optical axis of the optical element, and having two annular outer magnets, arranged in each case at the ends of the central magnet, those poles of said outer magnets which face the central magnet having the same polarity as the corresponding poles of the central magnet. In order to construct a Faraday rotator of this type in such a manner that, on the one hand, a construction which is as compact as possible is achieved and, on the other hand, the mass of the magnetic material can be kept as small as possible, the outer diameter of the outer magnets is smaller than the outer diameter of the central magnet.

Description

Die Erfindung betrifft einen Faraday-Rotator mit einem eine optische Achse aufweisenden opti­ schen Element und einem zur Erzeugung eines Magnetfeldes entlang der optischen Achse des optischen Elementes dienenden, das optische Element umgebenden zylindrischen Zentralma­ gneten, an dessen vorderer und hinterer Stirnseite koaxial zur Achse des Zentralmagneten je­ weils ein zylindrischer Außenmagnet angeordnet ist, wobei die jeweils einander zugewandten Pole von Zentralmagnet und Außenmagnet dieselbe Polarität aufweisen.The invention relates to a Faraday rotator with an opti having an optical axis rule element and one for generating a magnetic field along the optical axis of the serving optical element, the cylindrical element surrounding the optical element gneten, on the front and rear end face coaxial to the axis of the central magnet each because a cylindrical outer magnet is arranged, each facing each other Poles of the central magnet and the outer magnet have the same polarity.

Ein derartiger Faraday-Rotator ist beispielsweise aus US 4,856,878 bekannt. Hier ist ein Fara­ day-Rotator beschrieben, der einen Zentralmagneten aufweist, welcher ein optisches Element ringförmig umgibt. An den Stirnseiten des Zentralmagneten sind jeweils ringförmige Außenma­ gneten angeordnet, die den gleichen Außendurchmesser wie der Zentralmagnet aufweisen. Durch diese Anordnung wird eine hohe Magnetflußdichte in der Bohrung des Zentralmagneten erzeugt. Die drei Magneten weisen den gleichen Außendurchmesser auf, die Abstimmung des Magnetfeldes der Außenmagneten auf das Magnetfeld des Zentralmagneten erfolgt über die Länge der Außenmagneten. Für viele Einsatzfälle derartiger Faraday-Rotatoren ist es notwen­ dig, den Faraday-Rotator auf engstem Raum unterzubringen, wobei die Größe des Faraday- Rotators im wesentlichen durch die geforderten Eigenschaften hinsichtlich des Magnetfeldes vorgegeben ist.Such a Faraday rotator is known for example from US 4,856,878. Here is a fara Day rotator described, which has a central magnet, which is an optical element surrounds in a ring. There are ring-shaped external dimensions on the end faces of the central magnet gneten arranged, which have the same outer diameter as the central magnet. This arrangement ensures a high magnetic flux density in the bore of the central magnet generated. The three magnets have the same outside diameter, the tuning of the Magnetic field of the external magnet on the magnetic field of the central magnet takes place via the Length of the external magnets. It is necessary for many applications of such Faraday rotators dig to accommodate the Faraday rotator in a confined space, the size of the Faraday Rotators essentially due to the required properties with regard to the magnetic field is specified.

Der Erfindung liegt ausgehend von diesem Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, einen Fa­ raday-Rotator ohne wesentliche Änderung seiner magnetischen Eigenschaften derart auszubil­ den, daß zum einen eine möglichst kompakte Bauweise erzielt wird und zum anderen die Mas­ se des Magnetmaterials möglichst gering gehalten werden kann. Based on this prior art, the invention is based on the object of raday rotator in this way without significantly changing its magnetic properties that on the one hand the most compact possible construction is achieved and on the other hand the mas se of the magnetic material can be kept as low as possible.  

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe für einen eingangs beschriebenen Faraday-Rotator da­ durch gelöst, daß der Außendurchmesser der beiden Außenmagneten kleiner ist als der Au­ ßendurchmesser des Zentralmagneten, daß zwischen den Stirnseiten des Zentralmagneten und den beiden Außenmagneten jeweils ein Spalt gebildet ist, der kleiner ist als ein Drittel der Länge des jeweiligen Außenmagneten in Achsrichtung. Dadurch wird sowohl die Baugröße ge­ genüber herkömmlichen Faraday-Rotatoren reduziert als auch die Masse des Magnetmaterials verringert bei im wesentlichen gleichbleibenden magnetischen Eigenschaften.According to the invention, the task for a Faraday rotator described above is there solved by that the outer diameter of the two outer magnets is smaller than the Au outer diameter of the central magnet that between the end faces of the central magnet and the two outer magnets each have a gap that is smaller than a third of the Length of the respective external magnet in the axial direction. This means both the size compared to conventional Faraday rotators and also reduces the mass of the magnetic material reduced with substantially constant magnetic properties.

Vorteilhaft ist es, daß die beiden Außenmagneten den gleichen Außendurchmesser aufweisen. Durch den dadurch erzeugten geometrisch symmetrischen Aufbau werden ein geometrisch symmetrisches Magnetfeld im Zentralmagneten erzielt sowie die Handhabungsmöglichkeiten der Anordnung vereinfacht.It is advantageous that the two outer magnets have the same outer diameter. The geometrically symmetrical structure created thereby makes a geometric symmetrical magnetic field achieved in the central magnet and the handling options simplified the arrangement.

Zweckmäßig ist es, daß das Verhältnis der Außendurchmesser der Außenmagneten zu dem Außendurchmesser des Zentralmagneten kleiner als 0,8 ist, insbesondere, daß dieses Verhält­ nis etwa 0,7 beträgt. Dadurch wird eine optimale Konzentration der Magnetflußdichte in der Bohrung des Zentralmagneten erzielt.It is useful that the ratio of the outer diameter of the outer magnet to that Outer diameter of the central magnet is less than 0.8, in particular that this ratio nis is about 0.7. This ensures an optimal concentration of the magnetic flux density in the Hole of the central magnet achieved.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläu­ tert. Die Zeichnung zeigt die schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Faraday-Rota­ tors. Der ringförmige Zentralmagnet 1 weist eine zentrische Bohrung auf, in der das optische Element 2 angeordnet ist. Die optische Achse des optischen Elementes 2 liegt in der Achse des Zentralmagneten 1. An den Stirnseiten des Zentralmagneten 1 ist jeweils ein ringförmiger Au­ ßenmagnet 3 angeordnet, dessen Achse ebenfalls in der Achse des Zentralmagneten 1 liegt. Zwischen dem Zentralmagneten 1 und den Außenmagneten 3 kann ein Spalt 4 angeordnet sein, d. h., die Magneten sind beabstandet zueinander angeordnet. Die Innendurchmesser aller drei Magneten sind gleich und betragen etwa 8 mm während die Außendurchmesser eine un­ terschiedliche Größe aufweisen. An exemplary embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to a drawing. The drawing shows the schematic representation of the Faraday rotor according to the invention. The annular central magnet 1 has a central bore in which the optical element 2 is arranged. The optical axis of the optical element 2 lies in the axis of the central magnet 1 . At the end faces of the central magnet 1 , an annular outer magnet 3 is arranged, the axis of which is also in the axis of the central magnet 1 . A gap 4 can be arranged between the central magnet 1 and the outer magnet 3 , ie the magnets are arranged at a distance from one another. The inner diameters of all three magnets are the same and amount to about 8 mm while the outer diameters have a different size.

Der Außendurchmesser des Zentralmagneten 1 beträgt etwa 50 mm, der Außendurchmesser der Außenmagneten 3 beträgt jeweils etwa 35 mm, so daß das Verhältnis der Außendurchmes­ ser der Außenmagneten 3 zu dem Außendurchmesser des Zentralmagneten 1 etwa 0,7 be­ trägt. Bei einer Länge der Außenmagneten 3 von jeweils etwa 18 mm beträgt die Größe der beiden Spalte 4 jeweils etwa 0,1 bis 3 mm, wobei beide Spalte 4 die gleiche Größe aufweisen.The outer diameter of the central magnet 1 is approximately 50 mm, the outer diameter of the outer magnet 3 is approximately 35 mm, so that the ratio of the outer diameter of the outer magnet 3 to the outer diameter of the central magnet 1 is approximately 0.7 be. With a length of the outer magnets 3 of approximately 18 mm each, the size of the two gaps 4 is approximately 0.1 to 3 mm, both gaps 4 having the same size.

Claims (5)

1. Faraday-Rotator mit einem eine optische Achse aufweisenden optischen Element und ei­ nem zur Erzeugung eines Magnetfeldes entlang der optischen Achse des optischen Ele­ mentes dienenden, das optische Element umgebenden zylindrischen Zentralmagneten, an dessen vorderer und hinterer Stirnseite koaxial zur Achse des Zentralmagneten jeweils ein zylindrischer Außenmagnet angeordnet ist, wobei die jeweils einander zugewandten Pole von Zentralmagnet und Außenmagnet dieselbe Polarität aufweisen, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Außendurchmesser der beiden Außenmagneten (3) kleiner ist als der Außendurchmesser des Zentralmagneten (1), daß zwischen den Stirnseiten des Zen­ tralmagneten (1) und den beiden Außenmagneten (3) jeweils ein Spalt (4) gebildet ist, der kleiner ist als ein Drittel der Länge des jeweiligen Außenmagneten (3) in Achsrichtung.1. Faraday rotator with an optical axis having an optical element and egg nem serving to generate a magnetic field along the optical axis of the optical ele element serving, surrounding the optical element cylindrical central magnet, on its front and rear end coaxially to the axis of the central magnet cylindrical outer magnet is arranged, wherein the mutually facing poles of the central magnet and the outer magnet have the same polarity, characterized in that the outer diameter of the two outer magnets ( 3 ) is smaller than the outer diameter of the central magnet ( 1 ) that between the end faces of the Zen tralmagneten ( 1 ) and the two outer magnets ( 3 ) each have a gap ( 4 ) which is smaller than one third of the length of the respective outer magnet ( 3 ) in the axial direction. 2. Faraday-Rotator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Außenma­ gneten (3) den gleichen Außendurchmesser aufweisen.2. Faraday rotator according to claim 1, characterized in that the two Außenma gneten ( 3 ) have the same outer diameter. 3. Faraday-Rotator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Außendurchmesser der Außenmagneten (3) zu dem Außendurchmesser des Zentral­ magneten (1) kleiner als 0,8 ist.3. Faraday rotator according to claim 1 or 2, characterized in that the ratio of the outer diameter of the outer magnet ( 3 ) to the outer diameter of the central magnet ( 1 ) is less than 0.8. 4. Faraday-Rotator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Au­ ßendurchmesser der Außenmagneten (3) zu dem Außendurchmesser des Zentralmagne­ ten (1) etwa 0,7 beträgt.4. Faraday rotator according to claim 3, characterized in that the ratio of the outer diameter of the outer magnets ( 3 ) to the outer diameter of the central magnet ( 1 ) is approximately 0.7. 5. Faraday-Rotator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Spalte (4) gleich groß sind.5. Faraday rotator according to one of claims 1 to 4, characterized in that the two gaps ( 4 ) are the same size.
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