光信号传输系统和在该系统中宽范围调制的磁光调制器

摘要

提供一种装备有磁光调制器的光信号传输系统。该磁光调制器起调制从光源发射的光束的作用,并且由偏振器、磁光的单元、检偏振器、直流磁场发生器、高频场发生器和阻抗调节器构成。该直流磁场发生器起施加直流偏压场给磁光的单元的作用。高频发生器响应来自所述高频信号发生器的高频信号,施加一个高频场给磁光的单元。阻抗调节器起调整高频场发生器的阻抗作用,用于建立高频信号到高频场发生器的有效传输,因此提高调制范围达到频率高于一般的磁光调制器的上限频率。直流偏压场的施加和阻抗调节器的使用实现对于铁磁谐振频率是有效的磁光调制器。

说明书

发明背景

1.本发明的技术领域

本发明通常涉及一种光信号传输系统，和一种用于在相同的传输系统中使用的磁光调制器的改进结构，它用来利用法拉第效应(Faraday effect)去调制光束达到更高的频率。

2.背景技术

在典型的光信号传输系统中采用的大多数外来的光学调制器利用电光效应(即，PockeFs效应)。尤其是，在光通信中使用的大多数光信号传输系统采用利用LiNb03晶体(例如，由欧姆公司出版的＂光集成电路＂，Nishihara及其他，pp.298-304(1985))电光效应的光波导管调制器。然而，使用该电光晶体的光学调制器受到直流(dc)漂移(例如，J.Appl.Phys.卷76，No.3.pp.1405-1408(19941))或者光学损伤，并且在保持长久使用的可靠性方面具有一定困难。减轻上述的特性恶化涉及制造成本的增加。

近年来，已经提出了光信号传输系统，它经一个天线接收电波，并且以高频信号(例如，日本专利首先公布No.4-172261和10-186189)的形式施加其给一个电光学调制器。

利用磁光效应的磁光调制器已经研究了很多年(例如，Appl.Phys.Lett.卷21 No.8，pp.394-396(1972))。但是，因为它们的响应频率低于电光学调制器的频率，它们仍然未在实际的应用中，因而被作为研究光学磁场探头或者电流传感器(例如J.Appl.Phys.卷53 No.11.pp.8263-8265(1982)和国家技术报告，卷38 No.2.pp.127-133(1992))之用。

日本专利首次公布No.7-199137教导了在光信号传输系统中作为偏振调制器使用的磁光调制器。然而，该磁光调制器的反应率低到几十kHz。美国专利No.6.141.140教导了作为磁光调制器使用的光学隔离器，但是它的反应率也是很低的。这是因为一般的光学隔离器通常覆盖有金属部件或者利用金属磁铁用于施加直流磁场于此，使得高频场的应用将导致涡流电流的产生，这使得难以从光学隔离器的外部施加几十kHz以上的高频场。实际上，光学隔离器作为一个光学调制器使用，使用外部磁场造成光被返回给不需要的方向(即朝着光源的方向)，并且具有改变磁光效应(即法拉第效应)真实度的缺点。

近年来，也研究(例如Appl.Phys Lett.卷68 No.25.pp.3546-3548 1996和详细文摘6lth年会2000)磁光调制器用来测量在半导体导电的衬底中的电流，其中直流偏压场被施加于磁光的晶体薄膜。日本应用物理学协会，东京大学2000.4P-0-4)。

大多数一般的光信号传输系统被用来在较高的频率上调制被施加于半导体激光器的激励电流，或者利用一个光波导管调制器展现电光效应(即，波克效应，Pockel′s effect)。直接调制施加于半导体激光器的激励电流不需要一个专用的调制器，因此提供了优势是，该光信号传输系统将在结构上简单。然而，难以调制从半导体激光器发射的频率高于几个GHz的光。另外，在想要调制操作中，在较高频率上激活半导体激光器的激励器可能导致故障，或者由于高速调制基于激光器线性调频难以发送一个很远的输出。

此外，在一个由许多光纤构成的光信号传输网络中，一个光信号通常包含来自安装在每个传输线中的光学部分的多个反射波出现的噪音。为了避免这个问题，偶而采用诸如具有宽的发射光谱的LED光源。但是，其中LED可以被激励的频带大约为100MHz(见Hiroo Yonetsu，由Kogaku Shpin出版的＂光通信器件工程＂，pp.135-141(1991))，因此在高于100MHz的频率上需要一个专门的光学调制器用于调制LED的输出。

光学波导调制器利用电光效应。在这种情况下，波克效应(Pockel′s effect)能够高速调制由LED产生的激光束或者光，而且不会遇到线性调频脉冲的问题，但是面临如上所述直流漂移和光学破坏的问题。减轻这些涉及制造成本增加。在光信号传输系统中，其中由天线接收的电信号用来调制一个光束(即光学载波)，调制器通常被安装在露天处，因此将具有直流漂移和光学损伤的问题。此外，大多数使用波克效应的光学波导调制器被设计成单个模式。通常难以产生具有几十μm至数百μm更大的铁心直径的波导。因此，光学波导调制器遇到的问题是，它难以以高速调制LED的输出、光放大器的输出或者光纤激光器(比几十μm铁心直径更大的)的输出，LED需要光纤具有大的铁心直径用于发送足够的光量，光放大器的电源被大大增加。

利用法拉第效应的磁光调制器也被研究，它施加一个直流偏压场平行于磁光的晶体薄膜，磁光的晶体薄膜安装在半导体或者微带线上制作的传输线处，并且监控流过该导线的电流波形。该结构监控流过在半导体衬底(例如Appl.物理学Lett.卷68 No.25，页3546-3548(1996))上的导线的电流的波形，可是面临的问题是未调整在衬底上传输线的阻抗造成该波形环绕。该结构不能使用光纤作为光传输线路，而且不适合用于光信号传输系统。测量流过该微带线(例如，详细文摘2000第61届年会)电流的波形的另一个结构。日本应用物理协会，东京大学2000，4p-Q-4，具有一个分析器配置在连接到磁光的单元的输出的光纤后面，引起的问题是增加光纤长度将导致线性偏振的光在光纤中受到随机偏振，因此导致调制分析器的输出强度很困难。此外，上述的磁光调制器被用来以和高频场的施加方向相同的方向施加直流偏压场给磁光的晶体薄膜。足够大改变磁光的晶体薄膜为单域结构的直流偏压场的施加将导致磁光的晶体薄膜被磁性地饱和，因此导致调制输出信号的数值降低或者输出调制信号的故障。

发明概述

因此本发明的一个主要目的是避免现有技术的缺点。

本发明的另一个目的是提供一钟能够在宽范围之上调制光束或者载波的磁光调制器的改进的结构。

本发明的再一个目的是提供一种配备有磁光调制器的光信号传输系统，它对于增加一段时间的可靠性方面是较高的，并且能够传送没有直流漂移和光学损伤的光信号。

按照本发明的一个方面，提供有一种光信号传输系统。该光信号传输系统包括：(a)一个发射光束的光源；(b)一个产生高频信号的高频信号发生器；(c)一个调制从光源发射的光束的磁光调制器；(d)一个发送由磁光调制器调制的光束的光纤；以及(e)一个接收经由光纤发送的调制光束的光接收机。该磁光调制器包括一个偏振器、一个磁光的单元、一个检偏振器、一个直流磁场发生器、一个高频场发生器和一个阻抗调节器。该直流磁场发生器工作以施加直流偏压场给磁光的单元。该高频发生器响应来自所述高频信号发生器的高频信号，施加一个高频场给磁光的单元。阻抗调节器操作去调整高频场发生器的阻抗，用于建立高频信号到高频场发生器的有效传输。

直流偏压场施加给磁光的单元，在高频信号发生器和高频场发生器之间的阻抗调节器的使用能够使磁光调制器去高速产生调制，这不能由传统的磁光调制器实现。这样的高速调制的实现归于事实，经阻抗调节器，高频场发生器的阻抗调整用来实现高频信号到高频场发生器的有效传输，而且高频场的施加导致磁光调制器的多畴结构被被转换为单域结构。通常，在磁光的单元的磁畴之间的畴壁的移动的频率响应限制于在几十到数百MHz，使得畴壁在频率高于那些范围不会响应。因此，在一个要求以高速响应的用于光信号传输系统的光学调制器中不可能使用这样的磁光的单元。这个问题可以利用如上所述本发明的结构来解决。具体地，直流偏压场施加给磁光的单元导致多畴结构转换为单畴结构，使得畴壁消失，因此导致畴壁的移动消失，畴壁是调制上限频率的决定因素，因此允许增加调制速度。

在本发明推荐的模式中，磁光的单元是用多畴磁光材料制成的。直流磁场发生器产生大于磁光的单元的饱和场的直流偏压场。

直流偏压场施加给磁光的单元的方向被定位在对于施加高频场给磁光的单元90°±30°的方向。

高频场到磁光的单元的施加方向可以定位在磁光的单元的易磁化轴的方向。在磁光的单元具有长度的情况下，高频场到磁光的单元的施加方向可以定位于大体上平行于磁光的单元的长度方向，因此将磁光的单元的消磁系数减到最少。

该光纤是由渐变折射率光纤或者偏光保持光纤实现的。

其中该光束是在90°±15°方向输入给该磁光调制器的磁光的单元的输入面的。

该光源是由LED和光纤激光器的一个实现的。

一个光放大器可以配置在光源和磁光调制器之间。

一个透镜可以配置在光源和磁光调制器之间。

可以提供一个耦合器，它经光纤连接到磁光调制器。一个反射器可以配置在与输入面相对的磁光的单元的一个端面上，去产生由磁光的单元调制的光束的反射。该耦合器也连接到光接收机去引导调制光束的反射给光接收机。

高频信号发生器可以由一个用来以电波的形式接收高频信号的天线实现，并且发射该高频信号给高频场发生器。该天线可以是波道式天线(Yagi天线)、环形天线和抛物面天线的一种。

按照本发明的另一个方面，提供有一种磁光调制器。该磁光调制器包括：(a)一个光束输入给它的偏振器；(b)一个的磁光单元；(c)一个检偏振器，从磁光的单元输出光束；(d)一个进行工作以便施加直流偏压给磁光的单元作用的直流磁场发生器；(e)一个进行工作以便施加高频场给磁光的单元作用的高频场发生器；和(f)一个进行工作以便调整高频场发生器的阻抗作用的阻抗调节器。

在本发明推荐的模式中，磁光的单元是用在没有施加直流偏压场的情况下具有多畴结构的磁光材料制成的。直流磁场发生器产生大于磁光的单元的饱和场的直流偏压场。

直流偏压场施加给磁光的单元的方向可以定位在对于施加高频场给磁光的单元90°±30°的方向。

高频场到磁光的单元的施加方向可以定位在磁光的单元的易磁化轴的方向。在磁光的单元具有长度的情况下，高频场到磁光的单元的施加方向可以定位于大体上平行于磁光的单元的长度方向，因此将磁光的单元的消磁系数减到最少。

磁光的单元可以由一大块晶体、一个多晶体烧结体、一个晶体薄膜或者包含树脂和分散在树脂中的磁光材料的合成物组成。

该磁光的单元可以由双边的石榴石晶体薄膜制成的。

高频场的频率是200MHz或者更高。该阻抗调节器可以由一个设计成允许预选频率的高频信号通过其的滤波器实现，并且被用于所述高频场发生器或者设计成具有预选频率谐振的高频信号的谐振器。

可替换的，该阻抗调节器可以由一个设计成允许至少两个不同频率的高频信号通过其的滤波器实现，并且被用于所述高频场发生器或者设计成具有不同频率谐振的高频信号的谐振器。

该直流磁场发生器可以由永磁体实现。该永磁体的每个是由铁氧体材料、基于钐钴(Sm-Co)材料和基于钕铁硼(Nd-Fe-B)材料的一种制成的。

做为选择，该直流磁场发生器可以由一个电磁体和一个提供电流给该电磁体的直流发生器构成。

该直流磁场发生器可以用几何学设计，使得形成一个大体上闭合的磁路。

偏振器、磁光的单元和检偏振器可以在制作在单个衬底上。

偏振器、磁光的单元和检偏振器可以插入在设置成一直线的戒尺之间。

该高频场发生器可以安置在该磁光的单元的一个端面上。

该磁光的单元是这样定位的，使得光束在90°±15°输入给该磁光的单元的一个输入面。

该高频场发生器可以由一个其最小内径可以在10μm到1000μm范围之内的线圈实现。

做为选择，该磁光的单元可以由一个由石榴石晶体薄膜制成的光波导向装置制成。

该阻抗调节器可以由一个横电磁波单元和一个非反射性的终端负载组成。

该阻抗调节器可以设计成能在给定的频率谐振。

进一步可以提供一个电磁波屏蔽外壳，在其中包含偏振器、磁光的单元、检偏振器和高频场发生器。

附图的简要说明

从在下文给定的详细说明和来自本发明的优选实施例所伴随的附图，将更充分地理解本发明，但是对于具体的实施例不会限制本发明，而是仅为了解释和理解的目的。

在附图中：

图1是一个方框图，示出配备有按照本发明的第一个实施例的磁光调制器的光信号传输系统；

图2是一个方框图，示出配备有按照本发明的第二个实施例的磁光调制器的光信号传输系统；

图3是一个方框图，示出配备有按照本发明的第三个实施例的磁光调制器的光信号传输系统；

图4是一个方框图，示出配备有按照本发明的第四个实施例的磁光调制器的光信号传输系统；

图5是一个方框图，示出配备有按照本发明的第五个实施例的磁光调制器的光信号传输系统；

图6是一个方框图，示出配备有按照本发明的第六个实施例的磁光调制器的光信号传输系统；

图7是一个方框图，示出配备有按照本发明的第七个实施例的磁光调制器的光信号传输系统；

图8是一个透视图，示出用于图1的第一个实施例中的磁光的单元的直流偏压场和高频场的施加方向；

图9是一个曲线图，示出有和无施加于用于图1的第一个实施例中的磁光单元的直流偏压场的频率响应特性；

图10是一个曲线图，示出在有和无阻抗调节器时第一个实施例的磁光的单元的频率响应特性；

图11是一个方框图，示出按照本发明的第八个实施例的磁光调制器的光信号传输系统；

图12是一个曲线图，示出按照本发明的第九个实施例的磁光调制器的频率特性的例子；

图13是一个曲线图，示出按照本发明的第九个实施例的磁光调制器的频率特性的另一个例子；

图14是一个方框图，示出按照本发明的第十个实施例的磁光调制器；

{hdtl}图15(a)是一个透视图，示出按照本发明的第十一个实施例的磁光调制器，从中除去了直流磁场发生器；

图15(b)是一个透视图，示出第十一个实施例的磁光调制器；

图16是一个方框图，示出按照本发明的第十二个实施例的磁光调制器；

图17(a)是一个前视图，示出安装在按照本发明的第十三个实施例的磁光调制器中的高频场发生器的结构；

图17(b)是一个透视图，示出按照本发明第十三个实施例的磁光调制器；

图18是一个方框图，示出按照本发明的第十四个实施例的磁光调制器；

图19(a)是一个平面图，示出按照本发明的第十五个实施例的光学调制设备；和

图19(b)是一个透视图，示出第十五个实施例的磁光调制器。

优选实施例的详细说明

参考附图，其中在几个图中除非另作说明，由同样的术语指定的部分具有类似的结构，尤其是图1，示出了一个配备有按照本发明的第一个实施例的磁光调制器150的光信号传输系统。

从光源101发射的光学载波或者光穿过光纤8，并且进入磁光调制器150，磁光调制器150利用磁光的单元1的法拉第效应(Faraday effect)。磁光调制器150由一个偏振器2、磁光的单元1、一个检偏振器3、一个高频场发生器5、一个阻抗调节器6和一个直流磁场发生器4构成。磁光的单元1由例如一大块晶体、一个多晶体烧结体、一个例如由汽相外延形成的晶体薄膜或者包含树脂和分散在树脂中的铁磁体光学材料的合成物组成。高频磁场发生器5起施加高频场给磁光的单元1的作用。阻抗调节器6起调整高频场发生器5的电阻抗的作用。磁光调制器150响应从高频发生器7输入的电信号(即高频调制信号)，调制经光纤8发送的与该高频调制信号有关的光。调制的光经光纤9输出，并且在光接收机102中转换为电信号，经放大器和信号处理电路(未示出)依次解调。

阻抗调节器6操作调整高频场发生器5的阻抗，以便建立从高频发生器7到高频场发生器5的信号的有效传输。图10示出在有和无阻抗调节器6之间的对比。在举例说明的情况下，高频场发生器5由16到几十圈围绕磁光的单元1的接线组成。在没有阻抗调节器6的情况下，磁光调制器150进行工作只调制低于大约1MHz的低频率的输入信号，因此作为光学调制器在频率高于几MHz时不起作用。这是因为高频场发生器5通常具有大的感抗去阻止高频电流流过。如将在下面讨论的那样，即使直流偏压场被施加于磁光的单元1，在没有阻抗调节器6的情况下，这个频率特性未改善。

施加直流偏压场到磁光的单元1的效果将参考图8和9讨论。通常，在没有直流偏压场的情况下，铁淦氧磁的材料和铁磁体诸如铁素体、石榴石或者过渡金属保持多畴结构。尤其是，磁光材料诸如铁素体和石榴石在几十和数百MHz之间的频率随畴壁的移动呈现谐振，接近于用于一般的光信号传输系统中的调制频率。相信在该领域不可能使用这样的磁光材料用于在光信号传输系统中采用的磁光调制器。然而，我们已经发现直流偏压场应用于磁光材料将引起该材料的磁畴数目减少，直流偏压场的应用达到该材料的饱和场将引起单域结构的形成，因此减少或者消除在调制上随畴壁的移动的谐振的不良影响。

如图8所示，在下面将讨论直流偏压场在给定的角度(例如直角)施加于磁光的单元81，高频场到磁光的单元81的施加方向。注意到如图所示，直流偏压场可以定位在直流磁场施加方向A，直流磁场施加方向B或者任何在平面上的方向包括直流磁场施加方向A和B。

当直流偏压场被定位垂直于高频场时，将获得一个更大的调制度，但是当直流偏压场的方向到高频场的施加方向位于90°±30°以内时，调制度不能大大降低。具体地，当其方向位于那些范围以内时，获得直流偏压场的预期效果。

直流偏压场的施加引起磁光的单元81具有单域结构。因此，当高频场被施加于磁光的单元81时，随畴壁的移动不会产生谐振，畴壁的谐振频率是在几十到数百MHz范围之内。进一步，可以适当地保持磁光效应(即，通过法拉第效应的光学调制)，直到达到磁光的单元81(取决于偏磁场的强度为几个GHz到100GHz)的铁磁谐振频率。具体地，该磁光调制器150在低于铁磁谐振频率下正常地运转。另外，当光的传播方向是与施加于磁光的单元81的高频场的方向平行时，将导致直流偏压场和高频场的矢量和的分量与光平行延伸去提供磁光效应或者调制。

因此，光信号传输系统能够建立光束的高频调制，可以使用施加直流偏压场给磁光的单元1的磁光调制器150和输入高频信号给高频场发生器5来实现。

光的传播方向无须总是处于与高频场施加于磁光的单元81的方向平行。来自磁光的单元81的一个端面或者光纤8和9的末端的反射光的影响通过改变光的传播方向和高频场的施加方向彼此间在±15°范围内而消除。

图9示出如图1所示的光信号传输系统的频率特性。磁光的单元1用双边的石榴石晶体薄膜制成。在没有由直流磁场发生器4产生的直流偏压场的情况下，随畴壁的移动调制光信号在大约200MHz谐振。具体地，在高于200MHz调制频率上，磁光调制器150不能正常地运转。换句话说，当由直流磁场发生器4施加直流偏压场给磁光的单元1时，频率特性被改善。尤其是，即使当直流偏压场大于或等于被施加于磁光的单元1的饱和场的时候，磁光调制器150运转去建立达到大约3GHz的调制。注意到Hdc表示贯穿附图的直流偏压场的施加方向。

高频场到磁光的单元81的施加方向可以定位沿着其易磁化轴的方向。另外，在磁光的单元81具有长度的情况下，高频场大体上平行于磁光的单元81的长度方向施加将导致其消磁因数被减到最小。在施加低程度的高频场之下，这能够容易地产生光信号的高调制度。

光源101可以由一个半导体激光器、一个LED(发光二极管)或者一个光纤激光器构成。光纤8和9可以由单个模式光纤、偏光保持光纤、渐变折射率光纤或者大直径的光纤制成。当光纤8由偏光保持光纤实现时，光源101由诸如发射线性偏振光的半导体激光器的光源实现，从光源101发射的光的极化方向被保持恒定，直到光达到磁光的单元1，因此允许省略该偏振器2。

下面参考图2将描述第二个实施例。

从光源201发射的光直接进入透镜28，并且达到偏振器22。当透镜28被用来产生光的平行光线时，其便于在光纤9上不费力地光线汇集，但是从透镜28输出的光的光线无须始终平行。

输入给偏振器22的光经过线性偏振，然后进入磁光的单元21，其中它的偏振面由高频场发生器25施加的高频场转动。然后光进入检偏振器23，并且在强度上被改变或者调制，正如转动的偏振面所定义的。调制的光经透镜29进入光纤9，并且被发送到光接收机202，在其中被转换为电信号，经放大器和信号处理电路(未示出)依次解调。直流磁场发生器24、高频场发生器25、阻抗调节器26和高频信号发生器27等同于在图1中的直流磁场发生器4、高频场发生器5、阻抗调节器6和高频信号发生器7，在这里将省略它们的详细解释。

通常，由LED产生的光通过直接调制用于LED的激励电流可以调制仅达到100MHz。然而，这个实施例的磁光调制器250的使用能够使由LED产生的光被调制到几个GHz或者更高。因此，磁光调制器250可用于光信号传输系统，其中多个光纤被缠结，这引起在光信号传输线上来自光纤末端的多个光的反射的光学噪音发生。

光源201可以通过半导体激光器产生线性偏振的光束来实现。在这种情况下，匹配由光源201产生的光的偏振面的方向与偏振器22的方向消除了对偏振器22的需要。

下面参考图3将描述第三个实施例。

从光源301发射的光穿过光纤320，在光放大器380中被放大。放大的光穿过光纤321，并且进入磁光调制器350。光放大器380可以由一个光纤放大器或者半导体激光放大器来实现。在这个实施例中，光纤放大器用于产生一个强度输出。由高频信号发生器37和阻抗调节器36提供一个调制信号给磁光的单元31去调制输入的光。在磁光调制器350中调制的光经光纤322被发送到光接收机302，并且被转换为电信号，经放大器和信号处理电路(未示出)依次解调。其他的布置和在图1中的那些一样，在这里将省略它们的详细解释。

在这个实施例中，光源301可以由一个LED或者一个光纤激光器构成，在光纤激光器中它的输出光通过调制在LED或者光泵源中的激励电流通常难以以高速调制。这个实施例的磁光调制器350能够以高于几个GHz的速度调制输入光。光放大器380的使用能够传送大功率高速的调制光，因此允许从光纤9输出的光信号以期望的功率经分支光纤分配给多个光接收机。当分支光纤的合理的数目取决于光信号的调制频率和被发送的光纤距离的时候，在图3中使用的光信号传输系统允许光信号被分配给100个位于离开磁光调制器350大约1km的光接收机。

在图3中，磁光调制器350位于光放大器380的后面，但是依据S/N比可以设置为紧接在光源310的后面。

下面参考图4到7将讨论第四个到第七个实施例。

图4举例说明一个按照第四个实施例的光信号传输系统，它不同于图1的第一个实施例的地方仅在于天线430用作高频信号发生器。其他的布置相同，在这里将省略它们的详细解释。

天线430接收例如从移动电话的无线电基站或者便携式远程终端输出的信号，并且经阻抗调节器46输出其给高频场发生器45。高频场发生器45产生200MHz或更高的高频场。这能够使由天线430接收的信号在输入给磁光调制器450的光信号上携带给光接收机402。当民用电源生效时，高频放大

器可以设置在天线430和阻抗调节器46的后面。

图5举例说明一个按照第五个实施例的光信号传输系统，其中反射性的磁光调制器550被用于代替在诸如第一至第四个实施例的每个中采用的发送磁光调制器。反射性的磁光调制器550的使用允许由天线构成的高频信号发生器57接收的信号经单个光纤58携带给光接收机502。这导致系统制造成本降低。

磁光调制器550具有一个设置在磁光的单元51后面的反射器508。来自磁光的单元51显现的光信号由反射器508反射，并且再次进入偏振器52，使得其强度被调制，以及经耦合器505输出到光接收机502。具体地，偏振器52也起检偏振器的作用，它允许调制的光信号经光纤58被发送数百米至几十公里。耦合器505可以是公知类型的，它的详细解释将在这里省略。

图6举例说明一个按照与图5的第五实施例不同的第六个实施例的光信号传输系统，即波道式天线(Yagi天线)630被采用作为高频信号发生器工作，以提供高频调制信号给磁光的单元。其他的布置和在图5中的那些一样，在这里将省略它们的详细解释。

图7举例说明一个使用环形天线730作为高频信号发生器的光信号传输系统。其他的布置和在图6中的那些一样，在这里将省略它们的详细解释。环形天线730的使用导致天线阻抗的降低，这便于不费力地与当前驱动的磁光调制单元的阻抗匹配。做为选择，抛物面天线或者喇叭形天线可以被采用。

图11示出一个配备有按照本发明的第八个实施例的磁光调制器的光信号传输系统。

从光源发射的光穿过光纤1108，并且在透镜1120中被转换为平行光束。从透镜1120出来的光通过偏振器1102，并且被线性偏振。线性偏振的光进入磁光的单元1101，使得利用由高频场发生器1105产生的高频场使偏振面转动，此后其通过检偏振器1103，并且在与偏振面之旋转有关的强度被调制。强度调制的光在光纤1109的末端由透镜1121聚合，用于传送给光接收机(未示出)。

透镜1120起有效地引导经光纤1108发送的光到偏振器1102上的作用。透镜1121起有效地引导检偏振器1103的输出到光纤1109上的作用。然而，如果偏振器1102、磁光的单元1101和检偏振器1103的厚度做的很小，导致光损耗降低，透镜1120和1121可以省略。通过金属和介质层的分层、任何具有高复折射或者偏振光分离单元晶体，诸如由高的折射率材料和低的折射率材料构成的多层构成的偏光分离器可以实现偏振器1102的变薄。通过双边的石榴石晶体薄膜制造可以实现磁光的单元1101的变薄。

直流磁场发生器1104与在上述实施例中的那个在结构和操作方面是相同的。具体地，直流磁场发生器1104起施加直流偏压场给磁光的单元1101的作用，以减轻或者消除在调制上磁光的单元1101的多畴结构的影响。施加于磁光的单元1101的直流偏压场的方向一般地不限于在图中由Hdc表示的，但是当其与由高频场发生器1105施加于磁光的单元1101的高频场的施加方向一致时，其可能不能调制或者在产生期望的调制度中导致失败。因此，直流偏压场对于高频场的施加方向被定位在90°±30°之内是合理的。直流偏压场的数值足够降低磁光的单元1101的畴壁数目，然而但是，在这个实施例中直流磁场发生器1104施加于具有单域结构磁光的单元1101的直流偏压场稍微大于磁光的单元1101的饱和场。

类似于上述的实施例，阻抗调节器1106用来改变高频场发生器1105的阻抗，以便提高来自高频信号发生器(未示出)的高频信号的转换为高频场，用于在期望的频率上建立调制。

最好高频场到磁光的单元1101的施加方向被定位在沿着易磁化轴的方向，也就是说，方向大体上垂直于磁光的单元1101的双边的石榴石晶体薄膜方向。因此在施加低程度的高频场之下，能够建立光信号的高调制度。

类似于上述的实施例，直流偏压场和阻抗调节器1106的使用能够使光信号以高于200MHz的频率被调制。

高频场发生器1105由一个线圈实现。例如，在该线圈具有50圈、15圈、5圈或者更少以及1圈的情况下，这个实施例的磁光调制器分别起调制光信号达到200MHz、1GHz、3GHz和10GHz的作用。

下面将讨论按照第九个实施例的光信号传输系统，其中与图11示出的那个的不同之处仅在于阻抗调节器1106的内部结构。其他的布置相同，在这里将省略它们的详细解释。

阻抗调节器1106被用来执行谐振功能或者滤波功能，它用来在具体的频率上建立更大的调制度。阻抗调节器1106可以由包含电感和电容的谐振电路实现，电感和电容这样设置使得电路能够在给定频率谐振或者滤波器允许给定频率的信号通过它。图12举例说明用于谐振的频率是0.8GHz和1.2GHz的情况。图13举例说明用于谐振的频率是0.8GHz、1.6GHz和2.4GHz的情况。阻抗调节器1106的使用限定了调制频带，但是在调制频带的中心频率上产生更大的调制度。在这个实施例中，与阻抗调节器1106设计为几乎不谐振时相比较调制度增加大约5到10dB或更多。

图14示出一个按照本发明的第十个实施例的光信号传输系统，其中与图11的第九个实施例不同之处仅在于直流磁场发生器的结构。其他的布置相同，在这里将省略它们的详细解释。

直流磁场发生器由一个直流发生器1450、一个直流磁场产生线圈1451和一个形状接近于磁性回路的软的磁芯1452构成。直流磁场产生线圈1451由大约500圈导线组成。直流发生器1450用来改变需要时提供给直流磁场产生线圈1451的电流值，并且起调整由直流磁场产生线圈1451产生的直流偏压场的数值在0到1特斯拉(即，0到10000高斯)范围之内的作用，因此能够使直流偏压场的数值与磁光的单元1401的这种材料相配。具体地，仅通过调整由直流发生器1450提供给直流磁场产生线圈1451的电流值去控制直流偏压场是可能的，因此补偿直流偏压场由周围温度变化所引起数值变化。

图15(a)和15(b)示出按照本发明的第十一个实施例的磁光调制器，其中两个戒尺1570和1571配置在偏振器1502、磁光的单元1501和检偏振器1503的外部。图15(a)举例说明从中除去了直流磁场发生器1540的磁光调制器。

经光纤1521发送的光进入由戒尺1570和1571、偏振器1502、磁光的单元1501和检偏振器1503组合构成的磁光调制器。偏振器1502、磁光的单元1501和检偏振器1503使用胶粘剂以码片的形式无透镜相连。该码片插入在戒尺1570和1571的端面之间，连接或者用胶粘合与此，由一个剖式套管1580紧紧地夹住，如由虚线所表示的便于看见的剖式套管1580的内部。

戒尺1570和1571以及剖式套管1580的每个由非磁性的和非金属材料诸如陶瓷、玻璃、树脂或者各种各样的填料和树脂的混合物构成，它们对于高频场的施加不会产生涡流电流。类似于上述的实施例，高频场发生器1505经阻抗调节器1506耦合到高频信号发生器(未示出)，高频信号发生器在结构方面是与上述的实施例的每个中的那个是相同的。

如在图15(b)中所示的直流磁场发生器1540由一个空的圆柱形的永磁体制成，它在其中形成一个狭缝去限定磁极面，在磁极面之间设置组合的磁光调制器。具体地，直流磁场发生器1540是这样设计的，使得除狭缝之外产生大体上闭合的磁回路。与由在图11中示出的永磁体构成的直流磁场发生器1104相比较，这个实施例的直流磁场发生器1540能够产生相对强的直流偏压场去施加于磁光的单元1501。当保持直流偏压场的数值在大体上等于图11的直流磁场发生器1104的水平的时候，降低直流磁场发生器1540的尺寸也是可能的。此外，闭合磁路的使用导致消磁系数的降低，保证直流偏压场的热稳定性，并且保持直流偏压场的数值恒定一个长期的时间。这导致改善磁光调制器的可靠性。

本实施例的磁光调制器起调制光信号达到5GHz的作用。当需要减少或消除来自戒尺1570和1571的端面的反光时，戒尺1570和1571的端面可以以到它的纵向中心线和/或偏振器1502、磁光的单元1501的末端大约15或者更小的角度抛光，以及检偏振器1503、磁光的单元1501和检偏振器1503共同可以被涂上无效的涂层。具有斜面和抛光的端面的戒尺1570和1571、偏振器1502、磁光的单元1501以及具有无效的涂层末端的检偏振器1503的使用导致返回到光源的光的数值降低40db或者更小。在廉价的半导体激光器光源构成去输出激光束的情况下，很难通过直接调制以高速调制，我们注意到来自组合的磁光调制器的激光束的反射波没有光学波动发生，而且该激光束可以调制达到5GHz。

其他的装置和在上述实施例中的那些是一样的。本实施例的磁光调制器可以用于如上所述的任何一个的光信号传输系统。

图16示出一个按照本发明第十二个实施例的磁光调制器，其中偏振器1602、磁光的单元1601、检偏振器1603和直流磁场发生器1604是装配在一个单一的衬底1690中的。

如可以从图中所看到的，衬底1690是以由诸如树脂、树脂填料合成物、陶瓷材料或者玻璃等非磁性材料制成的矩形板形成的。在这个实施例中，衬底1690是用玻璃环氧化物制成的，即玻璃环氧化物是一种容易由精密金刚石锯(也称作划片机)机加工的树脂填料合成物。衬底1690具有两个在其表面的中央部形成的凹处或者腔，用于直流磁场发生器1604的磁铁的安装，和如在图中所看到的一个水平延伸的凹槽，用于光纤1608和1609的安装。在形成磁体安装腔和光纤安装凹槽以后，偏振器1602、磁光的单元1601、检偏振器1603以及光纤1608和1609在衬底190中的安装通过在光纤安装凹槽中装配单个光纤、使用精密金刚石锯在衬底1690的表面在横断光纤的方向机加工三个凹槽去分割光纤为四个部分：光纤1602、1610和1609，以及分别在三个凹槽的中央部和磁体安装腔中装配偏振器1602、磁光的单元1601、检偏振器1603和直流磁场发生器1604的磁体来实现。因此，这个实施例的磁光调制器可以进行成批生产，而无需调整光轴。

直流磁场发生器1604的磁体例如是铁氧体永磁铁，它在由高频场发生器1605产生的高频场之内不产生涡流电流。

阻抗调节器1606在结构方面和上述实施例的那些是相同的，并且配置在衬底1690的外边，但是可以制作在衬底1690中。

做为选择直流磁场发生器1604可以配置在高频场发生器1605的外边，因此避免由高频场的施加所引起的涡流电流的产生。因此，直流磁场发生器1604可以由基于钐钴(Sm-Co)的金属或者基于钕铁硼(Nd-Fe-B)的金属制成的永磁体来实现。

本实施例的磁光调制器可以用于如上所述的任何一个的光信号传输系统。

图17(a)和图17(b)示出按照本发明第十三个实施例的磁光调制器。

高频场发生器1705被安置在磁光的单元1701上。具体地，高频场发生器1705由使用照射和蚀刻技术在磁光的单元1701的表面上形成的线圈组成。如果由单模光纤实现，该线圈的内径最好是在10μm到100μm范围内，用于聚合从光纤1708出来的光。如果光纤1708是由多模光纤(例如渐变折射率光纤)或者大直径的光纤实现，该线圈的内径最好是在100μm到1000μm之间。磁光的单元1701是由(BiGdYLa)₃(FeGa)₅O₁₂晶体薄膜形成的。这个石榴石晶体的易磁化轴被定位垂直于其端面，用于确保响应低电平高频场施加于此。类似于1708，光纤1709可以由单模光纤、诸如渐变折射率光纤的多模光纤或者大直径的光纤制成。

如清楚地在图17(b)中所示，偏振器1702和检偏振器1703附着在磁光的单元1701的相对的表面上。经光纤1708发送的光由透镜1720会聚，使得在磁光的单元1701上形成最低可允许的光束。偏振器1702线性偏振从透镜1720输入的光。线性偏振的光通过磁光的单元1701和高频场发生器1705的中央部分。当高频场发生器1705的中央部分的最小内径，也就是说线圈的最里面的圈的较短的边的长度在10μm和100μm之间时，其允许穿过由单模光纤制成的光纤1708和1709的光束的直径小于最小内径，因此建立光的有效调制。

在高频场发生器1705的中心开发的场的强度与高频场发生器1705的内径成反比。因此，如果流过高频场发生器1705的电流值是恒定的，由磁光的单元1701产生的调制度随高频场发生器1705的内径降低而增加。

在穿过磁光的单元1701以后，作为对其偏振面的转动作用由检偏振器1703在强度上对该光调制，然后经聚光透镜1721进入光纤1709。

直流磁场发生器1740由钕铁硼(Nd-Fe-B)永磁体实现，它起平行于其端面施加直流偏压场到磁光的单元1701的作用。

阻抗调节器1706在结构方面是以在上述实施例中的那些相同的，起调整高频场发生器1705的阻抗的作用，用于确保从高频信号发生器(未示出)到高频场发生器1705的高频信号的有效传输。高频信号发生器在结构方面与在上述实施例中的那些是相同的，其详细解释在这里省略。

这个实施例的磁光调制器能够调制长度为1.31μm或者1.55μm直至1GHz的载波。当磁光的单元1701用具有厚度60μm(BiGdYLa)₃(FeGa)₅O₁₂石榴石晶体薄膜制成时，光损耗增加超过几分贝，但是其变得可能调制0.7到0.9μm直至1GHz频带的光。

类似于第十二个实施例，这个实施例的磁光调制器可以制作在单个衬底中，无需使用透镜1720和1721。在这种情况下，因为透镜1720和1721的辐射，其变得是高频场发生器1705的内径所必要的。当偏振器1702、磁光的单元1701和检偏振器1703的总厚度小于大约0.6mm时，高频场发生器1705的最小内径可以在100μm到1000μm范围之内。

图18示出一个按照本发明的第十四个实施例的磁光调制器，其中磁光的单元1801设计作为一个光波导向装置。

磁光的单元1801(即，光波导向装置)具有沿光信号的传播方向延伸的长度，并且用或者单模结构以及多模结构制成。通常，磁光效应或者调制的程度与光通过的磁光的单元的长度成比例。因此，当由高频场发生器1805产生的高频场在电平上恒定时，磁光的单元1801越长，磁光效应的程度越大。在光束以与用石榴石晶体薄膜制成的磁光的单元1801的输入表面成直角输入的情况下，最好该磁光的单元1801的长度是几μm或者更小。类似地，在YIG(Y₃Fe₅O₁₂)大块晶体的情况下，最好磁光的单元1801的长度是5到10mm。此外，例如由Y₃Fe₅O₁₂.(YGd)₃FeO₁₂.或者(TbY)₃Fe₅O₁₂制成在例如使用液相晶体取向附生由Gd₃Ga₅O₁₂制成的非磁性的石榴石衬底上形成磁光的单元1801允许磁光的单元1801具有平行于衬底的表面延伸10到30mm的长度。

已经过磁光的单元1801的光的偏振面的转动角与磁光的单元1801的长度成比例。这个实施例的结构能够产生大于通常的几十倍的调制度，以及允许磁光的单元1801沿着光波导向装置的长度是窄的和长的。高频场到磁光的单元1801的施加方向定位于大体上平行于磁光的单元1801的长度方向。因此，导致磁光的单元1801的消磁系数的降低，与上述的实施例相比较，它允许减少高频场的程度。类似地，在上述的实施例中，这里磁光的单元具有长度，磁光的单元的消磁系数的降低可以通过施加高频大体上平行于磁光的单元的长度实现。

这个实施例的结构使磁光调制器的生产能够产生高达1GHz 10％的调制度。

类似于上述的实施例，高频场发生器1804是由缠绕在磁光的单元1801周围的线圈实现的。偏振器1802和检偏振器1803是安置在磁光的单元1801的末端或者主平面上。聚光透镜1820和1821分别配置在偏振器1802和检偏振器1803的外边。其他的布置和在上述实施例中的那些是一样，在这里将省略它们的详细解释。本实施例的磁光调制器可以用于如上所述的任何一个的光信号传输系统。

图19(a)和19(b)示出按照本发明的第十五个实施例的磁光调制器，其中如在上述实施例中使用的高频场发生器和阻抗调节器是由横向电磁(横电磁波)单元实现的。

如图19(b)所示的用于在这个实施例中的横电磁波单元沿其纵向中心线延伸，如在图中由虚线表示的具有空的圆柱体经它导体1952的同轴横电磁波单元。

该空的圆柱体具有端壁锥形，用于避免高频场在该空的圆柱体之中的反射或者衰减，并且保留在其中一个光学调制设备1910。

如在图19(a)中清楚地示出的，光学调制设备1910由透镜1920和1921、偏振器1902、磁光的单元1901以及检偏振器1903构成。

在操作中，从光纤1908并入的光被在透镜1920转换为平行光束，并且穿过偏光镜1902使得其被线性偏振。线性偏振的光作为施加于此的高频场的作用由磁光的单元1901经历偏振面转动，然后作为偏振面之旋转的作用由检偏振器1921在强度上调制。从检偏振器1903出来的光进入透镜1921，使得其被集中于光纤1909的一个端上。在用于消除对补偿光损耗的需要，偏振器1902、磁光的单元1901和检偏振器1903足够薄的情况下，透镜1920和1921可以省略。

横电磁波单元1946具有例如由钻圆柱体的壁形成的两个孔1954。具有给定的垂直偏移的孔1954被定位在大体上垂直于中心导体1952的长度方向，如在图中所看到的。光纤1908和1909例如由胶粘剂固定在孔1954中，去在横电磁波单元1946之内保留光学调制设备1910。做为选择，在磁光的单元1901位于横电磁波单元1946的中央部分之内的时候，光学调制设备1910的透镜1920和1921可以被固定在孔1954中。

当高频信号被从高频信号发生器(未示出)输入时，中心导体1952产生与其同轴的高频场(即，横电磁波单元1946的纵向中心线)，高频信号发生器在结构方面是与在上述的实施例中的相同的。因此，施加于磁光的单元1901的高频场的方向大体上与光学调制设备1910的纵向一致(即，光信号的传播方向)。当高频场施加于磁光的单元1901的方向完全与光信号的传播方向一致时，将产生最大的调制度，然而可是当高频场的施加方向是在到光信号的传播方向±15°范围之内时，不能大大降低调制度。具体地，高频场的施加方向可以定位垂直于磁光的单元1901的端面在±15°范围内。

直流磁场发生器由直流发生器1930、直流磁场产生线圈1931和用于提高施加直流偏压场到磁光的单元1901的效率的软磁芯1932构成。施加于光学调制设备1910(即磁光的单元1901)的直流偏压场在到垂直于高频场的施加方向延伸线±30°范围内任何方向上穿过光学调制设备1910的侧壁。

横电磁波单元1946的末端由终端负载1950终止，终端负载通常由电阻制成，用于避免高频信号在横电磁波单元1946的末端上的反射。如果高频信号发生器的输出阻抗、横电磁波单元1946的阻抗和终端负载1950的阻抗被设置为彼此匹配，这个实施例的磁光调制器将能够实施在很宽的低频到高频范围内的调制，例如0.1MHz到2GHz。

在这个实施例中，从上述的讨论中明显的看出，起调整高频场发生器的阻抗作用的阻抗调节器是由横电磁波单元1946和终端负载1950实现的。

代替终端负载1950，横电磁波1946该末端可以短路，类似于同轴谐振腔或者具有滤波电路设置其上，用于反射具有特有的频率的信号分量，因此能够使强的或者大功率光信号在特有的频率上被调制。

在这个实施例的结构中，高频场在屏蔽于电磁波的空间内产生，使得它避免外来的高频噪音。

一个典型的电磁金属屏蔽可以在上述的实施例的每个中使用去避免不需要的高频场辐射。本实施例的磁光调制器可以用于如上所述的任何一个的光信号传输系统。

虽然为了便于更好地理解，通过优选实施例已经公开了本发明，应该理解本发明可以被概括在各种各样的方法中，而不脱离本发明的原理。因此，本发明应该理解为包括对于示出的实施例的所有可能的体现和改进，其可以包括在附加权利要求中所陈述的而不脱离本发明的原理。