[发明专利]基于法拉第磁光效应仿真的磁光调制器设计方法

说明书

本发明公开了一种基于法拉第磁光效应仿真的磁光调制器设计方法，所述设计方法包括以下步骤：构建螺线管的三维螺线管模型并计算螺线管的磁场分布；根据基于法拉第效应宏观理论的推导式计算磁场作用下磁光材料的介电张量非对角元项；构建三维磁光玻璃模型并根据磁光材料的介电张量非对角元项配置磁场作用下磁光玻璃模型的电磁参数后，仿真计算磁光玻璃模型的电场分布，在此基础上，通过不断调整参数进行仿真得到适配应用需求的磁光调制器参数；依据磁光调制器参数设计磁光调制器。这样能够提升磁光调制器的应用需求适配性。

技术领域

本发明属于磁光调制器技术领域，具体涉及一种基于法拉第效应仿真的磁光调制器设计方法。

背景技术

法拉第磁光效应是指当线偏振光在介质中传播时，若在平行于光的传播方向上加一强磁场，则光振动方向将发生偏转，偏转角度ψ与磁感应强度B和光穿越介质的长度L的乘积成正比，即ψ＝VBL，V为材料的费尔德常数，与介质性质及光波频率有关。偏转方向取决于介质性质和磁场方向。上述现象称为法拉第效应或磁致旋光效应。

广大学者相继对法拉第磁光效应展开了研究并将其应用于实践中，如磁光隔离器、磁光开关、光纤磁光传感器和光学电流互感器等器件的研制均利用了该原理。目前，在精密测角、方位基准传递、工业参量测量、材料性能和生物化学等技术研究领域，基于法拉第效应的磁光调制器件具有精度高、体积小、重量轻和抗干扰性强等特点，在很多方面发挥着不可替代的作用。

磁光调制器是指利用磁光效应的光调制器。现有磁光调制器由直流磁场线圈、调制磁场线圈、偏振棱镜、旋光材料组成，其结构是在圆柱形旋光材料的外边套一圆筒形调制磁场线圈和圆筒形的直流磁场线圈，在圆柱形旋光材料两端加一对正交的偏振片。

专利文献CN1460877A公开了一种原子蒸汽磁光调制器，由直流磁场线圈、调制磁场线圈、恒温箱、偏振棱镜、旋光材料组成，其中，圆柱形旋光材料的外边套圆筒形恒温箱，在圆筒形恒温箱外套圆筒形调制磁场线圈，再套圆筒形直流磁场线圈，在圆柱形旋光材料两端加一对正交的偏振片，旋光材料采用纳、钢、佛、铯其中之一的原子蒸汽泡。该技术方案在可见光频段具有多种工作物质和工作波长供选择。该技术方案调节方式不灵活。

专利文献CN113625478A公开了一种磁光调制器，该磁光调制器的一端与入射光纤连接，另一端与出射光纤连接，泵浦光和被调制光从入射端以接入入射纤；磁光调制器包括：线圈、周期性宇称-时间PT对称光子晶体微腔单元以及信号发生器；线圈缠绕在PT对称光子晶体微腔单元上，线圈的一端与信号发生器的输入端连接，线圈的另一端与信号发生器的输出端连接；信号发生器用于控制线圈的电信号；PT对称光子晶体微腔单元用于根据电信号的变化改变光子晶体结构中磁流体层的折射率。该技术方案调节方式不灵活。

发明内容

鉴于上述，本发明的目的在于提供一种基于法拉第磁光效应仿真的磁光调制器设计方法，通过对磁光调制器的法拉第磁光效应进行仿真来确定螺线管及磁光玻璃的设计参数，依据该设计参数设计磁光调制器，提升磁光调制器的应用需求适配性。

为实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种基于法拉第磁光效应仿真的磁光调制器设计方法，设计的磁光调制器包括线偏振光组件、内部中央含有磁光玻璃的螺线管以及电源组件；所述设计方法包括以下步骤：

构建螺线管的三维螺线管模型，配置三维螺线管模型的几何和材料参数，配置对三维螺线管模型作用的直流电源参数后，进行仿真计算得到螺线管的磁场分布；

根据基于法拉第效应宏观理论的推导式，计算磁场作用下磁光材料的介电张量非对角元项；

构建三维磁光玻璃模型，根据磁光材料的介电张量非对角元项配置三维磁光玻璃模型的电磁参数，同时配置线偏振光激励源参数后，进行仿真计算得到偏振光经磁场作用下的磁光玻璃后的电场分量。