Hintergrund der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen optischen Isolator, insbesondere
auf einen optischen Isolator, welcher einen Polarisator und einen Analysator aus
polarisierendem Glas hat, um den Faraday-Effekt auszunutzen.
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Ein optischer Isolator setzt sich aus einem Polarisator, einem Analysator und einem
zwischen diesen angebrachten Faraday-Rotafor und einem Dauermagneten
zusammen, wobei diese Teile in einem Halter eingebaut sind. Verschiedene
besondere Ausführungsarten für einen optischen Isolator sind bekannt, wobei
üblicherweise in einem kompakten optischen Isolator polarisierendes Glas für den
Polarisator und den Analysator benutzt wird, um ein hohes Quenchingverhältnis und
ein Design mit geringer Dicke zu erreichen. Auf dem Markt sind verschiedene
kommerzielle Produkte für polarisierendes Glas verfügbar, darunter Polacore (ein
Produkt von Corning Glass Works Gorp.).
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in JP 03 259 110 A wird ein optischer Isolator beschrieben, wie er im Oberbegriff des
Anspruches 1 definiert ist, wobei dort das Problem des Ablösens von metallischen
Schichten behandelt wird, und dabei eine Verbesserung der Verbindung von
Polarisator, Analysator und Faraday-Rotator zu dem Magneten erreicht wird.
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JP 02 301 714 A beschreibt eine Anordung, in weicher die Metallbeschichtung für
einen peripheren Teil eines Faraday-Rotators durchgeführt wurde, jedoch nicht für
einen Polarisator oder einen Analysator. Eine Metallbeschichtung für den zentralen
Teil des Faraday-Rotators ist dort nicht durchgeführt worden.
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Das japanische Gebrauchsmuster Kokai 5-96830 beschreibt einen Aufbau eines
optischen Isolators, wie er in Fig. 7 der beiliegenden Abbildungen dargestellt ist.
Dieser besteht aus einem Polarisator 1, einem Analysator 7 und einem Faraday-
Rotator 8, welche in einen röhrenförmigen Halter 6 eingesetzt sind, und einen
rohrförmigen Magneten 9, in welchem ein Haltering 2 benutzt wird, um eine genaue
Einstellung der Position des Polarisators 1, des Analysators 7 und des Faraday-
Rotators 8 zu erleichtern.
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Eine Blende 10 ist vorgesehen, um den Lichteinfall auf den Polarisator 1 zu
beschränken. Eine bekannte Methode ist es, einen Klebstoff aus organischem
polymerischem Harz zu benutzen, um den Polarisator 1 und den Analysator 7 an den
entsprechenden Halteringen 2, sowie den Faraday-Rotator 8 an dem rohrförmigen
Magneten 9 zu befestigen und zu fixieren.
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Werden jedoch der Polarisator 1, der Analysator 7 und der Faraday-Rotator 8 mit
Hilfe von Klebstoff an den Halteringen 2 und dem rohrförmigen Magneten 9 befestigt,
so hat der Klebstoff einen relativ großen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, mit
der Folge, daß eine Veränderung der Umgebungstemperatur in manchen Fällen eine
große Verschiebung in den exakten Einstellungen für den Einfallswinkel hervorruft.
Dieses Phänomen führt unvermeidbar zu durch Variation der Umgebungstemperatur
bedingten Abweichungen der durch Justage vorher optimierten optischen Achse.
Darüber hinaus werden von dem Klebstoff flüchtige organische Stoffe freigesetzt,
welche zu einer Verschmutzung und einer Energieabnahme in dem als Lichtquelle
benutzten Laser führen, wodurch die Langzeitverlässlichkeit des optischen Isolators
vermindert wird.
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Eine bekannte Lösung für das oben angesprochene Problem der niedrigen
Langzeitverlässlichkeit des optischen Isolators ist die Verwendung von Löt- oder
Hartlötlegierungen oder Glas mit niedrigem Schmelzpunkt, um den Polarisator,
Analysator und Faraday-Rotator an den entsprechenden Halteteilen anzubringen und
zu fixieren. Im Hinblick auf das Problem der Umweltverschmutzung durch
Schwermetalle wie Blei, wurden in den letzten Jahren bleifreie, auf Gold basierende
Lötlegierungen zu diesem Zweck benutzt.
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Werden Polarisator, Analysator und Faraday-Rotator mittels Löten an die halternden
Teile angebracht und fixiert, so ist eine der sehr wichtigen Voraussetzungen, daß der
Unterschied in den thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen den Halteteilen
und dem Polarisator, Analysator und Faraday-Rotator so gering wie möglich sein
sollte. Ist nämlich der Unterschied der thermischen Ausdehungskoeffizienten groß,
so könnten durch die thermische Spannung Sprünge im Polarisator, Analysator und
Faraday-Rotator auftreten, was zu einem kompletten Verlust der Leistung des
optischen Isolators führen würde. Dieses Phänomen tritt besonders in Systemen auf,
in denen eine Verbindung und Fixation zwischen einem Haltering und einem aus
polarisierendem Glas bestehenden Polarisator und Analysator geschaffen wird.
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Die folgenden Methoden sind bekannt, um das oben angesprochene Problem der
Bildung von Sprüngen zu lösen:
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1. Eine Methode ist im japanischen Patent Kokai 5-11215 offenbart. Dort werden
das optische Element und das Halteteil unter Einbeziehung eines Abstandhalters
mit intermediärem thermischen Ausdehnungskoeffizienten miteinander
verbunden. Der Abstandshalter besteht hier vorzugsweise aus einem
keramischen Material. Der Abstandshalter hat wahlweise die Form eines Ringes,
optional mit einem Schlitz oder einer Ausparung ausgestattet, eine Form, die dem
metallbeschichteten Lötteil des optischen Elementes entspricht oder eine
quadratische Form mit einer kreisförmigen Öffnung im Zentrum, welche optional
in Bereiche aufgeteilt sein kann.
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2. Das japanische Gebrauchsmuster Kokai 6-4735 beschreibt eine Methode, in der
das Halteteil einen Schlitz aufweist.
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3. Das japanische Patent Kokai 6-167675 schlägt vor, das Halteteil aus einer
Legierung zu formen, die einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten hat,
welcher dem des polarisierendem Glases nahe ist, beispielsweise eine Fe-32Ni-
Legierung oder Fe-42Ni-Legierung.
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Die Erfinder haben versucht, die Anwendbarkeit der oben beschriebenen drei
Methoden zur Anbringung und Fixierung eines Polarisators und Analysators,
bestehend aus polarisierendem Glas, an einem Haltering mittels Lötens zu testen
und sind dabei auf ein Problem gestoßen. Dieses besteht darin, daß, obwohl keine
Sprünge ausgebildet werden, das Quenchingverhältnis in dem Polarisator und
Analysator nach der Verbindung nicht ausreichend hoch genug ist, so daß der
optische Isolator, welcher eine derartige Verbindung benutzt, im Betrieb nicht mit
hohen Quenchingverhältnissen arbeiten kann.
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Der Grund hierfür ist, wie für die oben beschriebene Sprungausbildung vermutlich die
thermische Spannung, die durch die Differenz in den thermischen
Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Polarisator und/oder dem Analysator und
den Halteringen entsteht. Obwohl aufgrund der Verminderung der thermischen
Spannung im Polarisator und Analysator in den oben beschriebenen drei Methoden
keine Sprünge ausgebildet werden, ist nämlich die thermische Spannung noch nicht
vollständig abgebaut, so daß ein hohes Quenchingverhältnis als optischer Isolator
nicht gewährleistet ist.
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Folgende weitere Methoden sind bekannt, um die thermische Spannung weiter zu
vermindern, mit dem Ziel, ein hohes Quenchingverhältnis des Polarisators und des
Analysators zu erreichen.
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4. Das japanische Patent Kokai 6-34861 zeigt eine Methode, bei der die
Seitenflächen des optischen Elements mit einer metallischen Schicht überzogen
sind und diese Seitenflächen des optischen Elements mit dem Halteteil unter
Einbeziehung der metallischen Schicht verbunden sind.
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5. Das japanische Patent Kokai 6-67119 zeigt eine Methode, bei der die
Oberflächen des optischen Elementes - mit Ausnahme der Oberfläche, die zur
Transmission des Lichtstrahls dient - eine metallische Schicht aufweisen, welche
in Form von mindestens vier konzentrischen Ringen mit gleichmäßigem Abstand
zwischen nebeneinander liegenden Ringen ausgebildet ist, und wobei die
gesamte metallbeschichtete Fläche im Bereich von 5-25% derjenigen Fläche
liegt, auf welcher das einfallende Licht in das optische Element einstrahlt.
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Die Erfinder haben die Ausführbarkeit der oben beschriebenen vierten und fünften
Methode zur Befestigung und Fixation eines Polarisators und Analysators an
Halteringen mittels Lötens getestet und haben ein Problem gefunden, welches darin
besteht, daß die Verteilung des Quenchingverhältnisses wie in Fig. 6 nicht
gleichmäßig innerhalb der Fläche verläuft und daß das Quenchingverhältnis vom
Zentrum zu den verbundenen Teilen hin abnimmt. Dieses Ergebnis führt dazu, daß
optische Isolatoren eine bestimmte Mindestgröße aufweisen müssen und somit nicht
so kompakt werden können. Dementsprechend können die Kosten hierfür nicht wie
gewünscht verringert werden. Der Grund hierfür ist der folgende.
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Eine Möglichkeit, um unter Benutzung der weiter oben erwähnten vierten oder
fünften Methode der Verbindung des Analysators und Polarisators zu den
Halteringen einen optischen Isolator mit einem hohen Quenchingverhältnis zu
erhalten, liegt darin, einen Polarisator und Analysator zu benutzen, welche eine
Oberfläche haben, die hinreichend größer ist als die lichtdurchlässigen Oberflächen.
Der optische Isolator kann nämlich die erwünschte Leistung bringen, wenn für hohes
Quenchingverhältnis nur Bereiche genutzt werden, die vollkommen isoliert von den
Verbindungsteilen liegen. Diese Methode hat jedoch den Nachteil, daß die
Kompaktheit des optischen Isolators eine Untergrenze hat und der optische Isolator
nicht kompakter sein kann als diese Grenze. Hinsichtlich der Kosten kommerziell
verfügbarer Produkte von polarisierendem Glas im allgemeinen, wie z. B. das oben
erwähnte Polacore, ist es jedoch andererseits eine wichtige Voraussetzung, daß die
Fläche des Polarisators und des Analysators so klein wie möglich sein sollten, um
die Kosten des optischen Isolators zu minimieren. Dementsprechend ist es mit
konventioneller Technologie nahezu unmöglich, diese Voraussetzungen -
Kompaktheit und Kostengünstigkeit von optischen Isolatoren mit einem hohen
Quenchingverhältnis - zu erfüllen.
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Die oben beschriebenen, von den Erfindern unternommenen Versuche zeigen, daß
es schwer möglich ist, ein ausreichend hohes Quenchingverhältnis für einen
optischen Isolator unter Anwendung der Methoden 1 bis 3, welche nur eine
Materialauswahl und Anordnung der Halteringe angeben, zu erreichen, obwohl das
Problem der Ausbildung von Sprüngen dadurch gelöst werden konnte. Darüber
hinaus kann durch Anwendung der oben beschriebenen Methoden 1 bis 5, sei es
einzeln oder in Kombination, schwerlich ein kompakter und preisgünstiger optischer
Isolator mit hohem Quenchingverhältnis hergestellt werden, da, wenngleich das
Quenchingverhältnis teilweise sehr hoch sein kann, die Verteilung des
Quenchingverhältnisses innerhalb der Fläche sehr ungleichmäßig ist.
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Während die Gesamtspannung, welche durch die Verbindung entsteht, durch
Verringerung der Verbindungsfläche reduziert werden kann, zeigt das japanische
Patent Kokai 6-67119, daß die Verbindungsfläche nicht unter einer gewissen Größe
liegen kann, um eine ausreichende Verbindungsstärke im praktischen Gebrauch des
optischen Isolators zu gewährleisten. Aus diesen Gründen kann gefolgert werden,
daß keine oder keine Kombination der oben beschriebenen Methoden 1 bis 5 alle
Voraussetzungen an einen optischen Isolator hinsichtlich eines hohen
Quenchingverhältnisses, hoher Verbindungssärke, Kompaktheit und
Kostengünstigkeit gleichzeitig erfüllen kann.
Zusammenfassung der Erfindung
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Der vorliegenden Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde,
Verbesserungen in einem optischen Isolator zu schaffen, weicher einen Polarisator,
einen Analysator und einen Faraday-Rotator, ein Halteelement, weiches den
Polarisator, den Analysator und den Faraday-Rotator aufnimmt, und Halteringe zum
Einstellen der Position der Teile aufweist.
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Demnach schafft die vorliegende Erfindung einen optischen Isolator mit einem
Polarisator, einem Analysator, einem Faraday-Rotator und einem Dauermagneten,
die in einen Halter mit Halteringen zur Lagejustierung des Polarisators und des
Analysators eingebaut sind, wobei eine metallische Schicht auf wenigstens zwei
Oberflächen des Polarisators und Analysators ausgebildet ist, durch welche im
Betrieb der Strahlengang durch den optischen Isolator nicht verläuft, und der
Polarisator und der Analysator an den entsprechenden Halteringen über eine
Verlötung unter Verwendung einer Lötlegierung verbunden sind, wobei die
entsprechende metallische Schicht zwischen dem Polarisator oder Analysator und
dem entsprechenden Haltering aufgebracht ist, der dadurch gekennzeichnet ist, daß
der Polarisator und Analysator aus polarisierendem Glas bestehen, die Halteringe
aus einer Kovar-Legierung oder Eisen-Nickel-Legierung bestehen, und die oder jede
metallische Schicht über die Fläche der entsprechenden Oberfläche ausgebildet ist,
außer in linearen Zonen mit einer Breite von 50 bis 150 um, die den Oberflächen des
Polarisators oder Analysators benachbart sind, durch die der Strahlengang im
Betrieb des optischen Isolators verläuft.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Polarisators oder Analysators, welcher
erfindungsgemäß metallische Oberflächen aufweist,
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Fig. 2 ist eine Darstellung eines Schnittes durch die Konstruktion mit einem
Polarisator oder Analysator, die durch Löten mit dem Haltering verbunden sind,
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Fig. 3 ist eine perspektivische Darstellung der Meßposition des
Quenchingverhältnisses auf dem in Fig. 1 gezeigten Polarisator oder Analysator,
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Fig. 4 ist ein Diagram des Quenchingverhältnisses innerhalb einer Ebene auf dem
Polarisator oder Analysator eines erfindungsgemäßen optischen Isolators,
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Fig. 5 ist eine Darstellung der metallbeschichteten Oberflächenzonen auf einem
Polarisator oder Analysator im Vergleichsbeispiel 1,
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Fig. 6 ist ein Diagram des Quenchingverhältnisses innerhalb einer Ebene auf dem
Polarisator oder Analysator eines konventionellen optischen Isolators, und
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Fig. 7 ist eine schematische Schnittansicht eines optischen Isolators, welche die
Struktur zeigt.
Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
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Wie oben beschrieben, bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Verbesserung
der auf Löten beruhenden Verbindung zwischen einem Polarisator und/oder
Analysator als Komponenten eines optischen Isolators mit einem Haltering.
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Als ein Ergebnis ihrer ausführlichen Untersuchungen haben die Erfinder die
unerwartete Entdeckung gemacht, daß, falls ein Polarisator und Analysator in einem
optischen Isolator aus polarisierendem Glas, wie z. B. einem kommerziellen Produkt
von Polacore (Supra) bestehen, die Polarisierbarkeit des Polarisators und
Analysators ein Phänomen darstellen, welches ausschließlich durch die sehr dünnen
Oberflächenschichten derselben hervorgerufen wird ist demnach eine Schicht f rei
von Spannungsanhäufungen, so tritt niemals eine Verschlechterung des
Quenchingverhältnisses auf. Bei der vorliegenden Erfindung ist der mit Metall zu
beschichtende Oberflächenbereich auf die Seitenoberflächen beschränkt, wobei von
diesen ein jeweils 100 um breiter linearer Bereich, angrenzend an die obere und
untere Oberfläche, ausgespart wird, da die Dicke derjenigen Oberflächenschicht
eines polarisierenden Glaskörpers, welche einen Einfluß auf die Polarisierbarkeit des
Glaskörpers hat, von der Oberfläche aus gemessen nicht mehr als 100 um betragen
kann. Dementsprechend ist es von essentieller Bedeutung, daß die Bereiche der
seitlichen Oberflächen nahe der oberen und unteren Oberflächenschichten, welche
eine Polarisierbarkeit aufweisen, frei von Metallbeschichtung sind. Wird diese
Voraussetzung erfüllt, kann ein kompakter und preisgünstiger optischer Isolator
konstruiert werden, welcher ein hohes Quenchingverhältnis und einen sehr schmalen
Streubereich des Quenchingverhältnisses innerhalb einer Ebene aufweist.
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Fig. 1 der beiliegenden Zeichnungen ist eine perspektivische Ansicht eines
Polarisators 11 oder Analysators 17 in der Anordnung eines rechteckigen
Parallelepipets oder einer rechteckigen Platte, welche sechs Oberflächen 21, 21, 21,
21, 15, 15 aufweist, von welchen mindestens zwei der vier Seitenflächen 21 mit einer
Metallschicht überzogen sind und die gepunkteten Bereiche 14 der Seitenflächen 21,
definiert durch das Auslassen der oberen und unteren sehr schmalen linearen
Bereiche, mit jeweils 100 um Breite, die Bereiche darstellen, welche tatsächlich
metallisch beschichtet werden.
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Das Material, aus welchem der Polarisator und Analysator bestehen, ist
vorzugsweise polarisierbares Glas, was aber keine besondere Einschränkung
darstellen soll, vorausgesetzt, daß die Oberfläche des Materials eine
Polarisierbarkeit aufweist, die beispielsweise der des kommerziellen Produkts von
Polacore (Supra) entspricht. Die Dicke des Polarisators 11 oder Analysators 17 liegt
vorzugsweise in der Gegend von 0,3 mm - 0,6 mm. Der in Fig. 1 dargestellte
Polarisator 11 oder Analysator 17 hat eine Dicke von 0,5 mm.
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Es ist notwendig, daß mindestens zwei der vier Seitenflächen 21 des Polarisators 11
oder Analysators 17 mit einer Metallschicht überzogen sind, unter Aussparung der
schmalen linearen Bereiche mit jeweils 100 um Breite von der Oberfläche und
Unterfläche 15, und daß der mit Metall beschichtete Bereich 14 vorzugsweise
mindestens 213 der Gesamtfläche der Seitenfläche 21 ausmacht. Falls der mit Metall
beschichtete Bereich 14 zu klein ist, kann es sein, daß die Stärke der Verbindung
nicht groß genug ist, um eine hohe Verläßlichkeit des optischen Isolators zu
erreichen.
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Wie bereits erwähnt, ist es notwendig, daß die metallische Beschichtung auf
mindestens zwei der vier Seitenflächen 21 durchgeführt wird, nämlich entweder auf
zwei gegenüberliegenden Flächen 21 oder auf allen vier Seitenflächen 21 mit
Ausnahme der Oberfläche und der Unterflächen 15.
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In Fig. 1 liegen die beiden mit Metall beschichteten Bereiche 14 auf den beiden
gegenüberliegenden Seitenflächen 21. Der gesamte, mit einer Metallschicht
überzogene Bereich des Polarisators 11 oder Analysators 17, wie in Fig. 1
dargestellt, ist mindestens 0,56 mm² groß, was 2/3 der maximal beschichtbaren
Fläche zweier gegenüberliegender Seitenflächen 21, also 1,4 · 0, 3 · 2 · 2/3 mm²,
entspricht, und kann nicht größer sein als 1,68 mm², was die Summe der mit Metall
beschichtbaren Bereiche 14 auf allen vier Seitenflächen 21, also 1,4 · 0,3 · 4 mm²,
darstellt. Falls die gesamte metallisch beschichtete, für die Verbindung zur
Verfügung stehende Fläche innerhalb des oben erwähnten Bereiches liegt, so tritt in
einem Aufpralltest kein Bruch der Verbindung innerhalb des optischen Isolators auf
und ein hohes Quenchingverhältnis im Zentrum mit einem nicht zu niedrig liegenden
Minimal-Quenchingverhältnis innerhalb der Ebene wurden unabhängig von dem mit
Metall beschichteten Bereich für die Verbindung erzielt.
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Die Methode für die Metallbeschichtung ist nicht speziell einschränkend und
beispielsweise eine dreilagige Struktur, bestehend aus Chrom, Platin und Gold, mit
einer Dicke von 0,5-5 um kann mittels Vakuumgasphasenabscheidung,
Zerstäubung oder chemischer Gasphasenabscheidung erzeugt werden.
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Fig. 2 ist eine schematische Darstellung eines Schnittes durch einen Polarisator 11
oder Analysator 17, welcher mittels einer auf die erfindungsgemäßen
metallbeschichteten Bereiche 14 aufgebrachten Lötlegierung 13 an einem Haltering
befestigt ist.
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Die Löt- oder Heißlötlegierung, welche zur Verbindung des Polarisators oder
Analysators mit dem entsprechenden Halteringen benutzt wird, stellt keine spezielle
Einschränkung dar, und schließt vorzugsweise eine Gold-Zinn-Legierung und Gold-
Germanium-Legierung mit ein. Diese Lötlegierungen zeichnen sich durch wenig
Probleme hinsichtlich der Ausbildung von Sprüngen, hoher Verbindungsstärke, um
dem Aufpralltest des optischen Isolators zu widerstehen, und Fehlen jeglicher
Einflüsse auf das Quenchingverhältnis im Zentrum und dem minimalen
Quenchingverhältnis innerhalb einer Ebene, um eine hohe Leistungsfähigkeit des
optischen Isolators zu gewährleisten, aus. Darüber hinaus unterliegen diese
Legierungen nicht dem, auf der Giftigkeit von Schwermetallen, wie in der
Lötlegierung befindlichem Blei, beruhendem Problem der Umweltverschmutzung.
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Das Material des Halterings ist vorzugsweise eine Kovar-Legierung oder eine Eisen-
Nickel-Legierung, weil diese Legierungen einen thermischen
Ausdehnungskoeffizienten haben, der nahe dem des polarisierendem Glases, also
6,5 · 10&supmin;&sup6;K&supmin;¹, liegt, um durch die Ausbildung von Sprüngen hervorgerufene Probleme
nach dem Verbinden durch Löten zu verhindern. Die oben erwähnte Kovar-Legierung
ist eine Legierung, welche beispielsweise aus 29 Gew.-% Nickel, 17 Gew.-% Cobalt
und sonst Eisen besteht, und welche einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten
von 4.6 · 10&supmin;&sup6;K&supmin;¹ hat. Beispiele für brauchbare Eisen-Nickel-legierungen beinhalten
die Fe-32Ni-Legierung, welche aus 68 Gew.-% Eisen und 32 Gew.-% Nickel besteht
und einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von 6.5 · 10&supmin;&sup6;K&supmin;¹ hat, und die
Fe-42Ni-Legierung, welche aus 58 Gew.-% Eisen und 42 Gew.-% Nickel besteht und
einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von 6.5 · 10&supmin;&sup6;K&supmin;¹ hat. Außerdem hat
rostfreier Stahl des Grades SUS 340 einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten
von 20 · 10&supmin;&sup6;K&supmin;¹, so daß rostfreier Stahl als Material für die Halteringe weniger
geeignet ist als die oben erwähnten Kovar-Legierung und Eisen-Nickel-Legierungen.
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Fig. 4 ist eine grafische Darstellung der Verteilung des Quenchingverhältnisses
innerhalb der Ebene eines nach dem unten beschriebenen Beispiel 1 hergestellten
Polarisators oder Analysators, die zeigt, daß das Quenchingverhältnis selbst bei
Meßpunkten in der Nähe der gelöteten Bereiche annähernd gleich dem ausreichend
großen Wert im Zentrum ist, was daraufhin deutet, daß der Polarisator und
Analysator sehr kompakt sein können. Dies bedeutet, daß nach der vorliegenden
Erfindung ein optischer Isolator gebaut werden kann, der so kompakt und
preisgünstig ist und ein derart hohes Quenchingverhältnis aufweist, wie es nach dem
Stand der Technik kaum erreichbar ist.
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Im folgenden werden einige Ausführungen der vorliegenden Erfindung anhand von
Beispielen beschrieben:
Beispiel 1:
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Ein Polarisator und ein Analysator, beide aus optischem Glas, wurden auf die
folgenden Art und Weise metallisch beschichtet, um eine 3 mm dicke Metallschicht
mit einer dreilagigen Struktur von Chrom, Platin und Gold auszubilden.
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Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Polarisators 11 oder eines
Analysators 17, welcher eine durch den gepunkteten Bereich dargestellte metallische
Schicht 14 aufweist. Der Polarisator 11 oder Analysator 17 wurde aus
polarisierendem Glas (Polacore, Supra) hergestellt, und hatte die Dimensionen
1,4 mm · 1,4 mm · 0,5 mm. Zwei gegenüberliegenden Seitenflächen 21 wurden je
auf einem 1,4 · 0,3 mm großen Bereich mit einer Metallschicht überzogen, wobei die
je an die Ober- und Unterfläche 15, 15 angrenzenden linearen Bereiche mit einer
Breite von 0,1 mm, wie in der Figur gezeigt, freigelassen wurden, so daß die
gesamte metallbeschichtete Fläche eine Größe von 0,84 mm² besaß. Fig. 2 zeigt
schematisch einen Schnitt durch eine Konstruktion, welche aus dem Polarisator 11
oder Analysator 17, bestehend aus dem polarisierendem Glas Polacore, und einem
Haltering 12, bestehend aus einer Kovar-Legierung, die mittels einer Gold-Zinn-
Lötlegierung 13 bei einer Temperatur von 300 C in einem elektrischen Lötofen
aneinander befestigt wurden, besteht.
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Der so hergestellte optische Isolator wurde getestet, mit dem Ergebnis, daß er, mit
einem optischen Mikroskop untersucht, frei von Sprüngen war, und daß er einem
Aufpralltest mit 2000G und 0,3 ms widerstehen konnte. Die unten stehende Tabelle 1
faßt die gesamte metallische beschichtete Fläche in mm², das Quenchingverhältnis
am Mittelpunkt P und das minimale Quenchingverhältnis innerhalb der Fläche
zusammen. Hierbei ist das minimale Quenchingverhältnis der niedrigste Wert von
Quenchingverhältnissen, welche bei einer Messung entlang der Linie L auf der
Oberfläche des Polarisators oder Analysators, wie in Fig. 3 gezeigt, ermittelt wurde.
Beispiel 2:
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Das experimentelle Verfahren war im wesentlichen das gleiche wie in Beispiel 1, mit
der Ausnahme, daß der Haltering 12, anstelle der Kovar-Legierung, aus einer Fe-
32Ni-Legierung bestand. Der optische Isolator wies keine Sprünge auf und
widerstand dem Aufpralltest. Die Resultate der Messungen des
Quenchingverhältnisses sind in der unten stehenden Tabelle 1 dargestellt.
Beispiel 3:
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Das experimentelle Verfahren war im wesentlichen das gleiche wie in Beispiel 1, mit
der Ausnahme, daß der Haltering 12, anstelle der Kovar-Legierung, aus einer Fe-
42Ni-Legierung bestand. Der optische Isolator wies keine Sprünge auf und
widerstand dem Aufpralltest. Die Resultate der Messungen des
Quenchingverhältnisses sind in der unten stehenden Tabelle 1 dargestellt.
Beispiel 4:
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Das experimentelle Verfahren war im wesentlichen das gleiche wie in Beispiel 1, mit
der Ausnahme, daß die Metallbeschichtung auf Flächen von 1,4 mm · 0,2 mm
durchgeführt wurde, wobei lineare, an die Ober- und Unterfläche angrenzende
Bereiche mit 0,15 mm Breite nicht metallisch beschichtet worden waren. Der
optische Isolator wies keine Sprünge auf und widerstand dem Aufpralltest. Die
Resultate der Messungen des Quenchingverhältnisses sind in der unten stehenden
Tabelle 1 dargestellt.
Beispiel 5:
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Das experimentelle Verfahren war im wesentlichen das gleiche wie in Beispiel 1, mit
der Ausnahme, daß die Metallbeschichtung auf allen vier Seitenflächen durchgeführt
wurde, jeweils auf einer Fläche von 1,4 mm · 0,3 mm, wobei 0,15 mm breite, lineare
und an die Ober- und Unterfläche angrenzende Bereiche nicht metallisch beschichtet
worden waren. Der optische Isolator wies keine Sprünge auf und widerstand dem
Aufpralltest. Die Resultate der Messungen des Quenchingverhältnisses sind in der
unten stehenden Tabelle 1 dargestellt.
Beispiel 6:
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Das experimentelle Verfahren war im wesentlichen das gleiche wie in Beispiel, mit
der Ausnahme, daß die Gold-Lötlegierung durch eine Gold-Germanium-Lötlegierung
ersetzt wurde und das Löten bei einer Temperatur von 380ºC durchgeführt wurde.
Der optische Isolator wies keine Sprünge auf und widerstand dem Aufpralltest. Die
Resultate der Messungen des Quenchingverhältnisses sind in der unten stehenden
Tabelle 1 dargestellt.
Vergleichsbeispiel 1:
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Das experimentelle Verfahren war im wesentlichen das gleiche wie in Beispiel 1, mit
der Ausnahme, daß die metallische Beschichtung nur auf den vier equilateralen
rechtwinkligen dreieckigen Eckbereichen 14a der Oberfläche 15, wie in Fig. 5
gezeigt, durchgeführt wurde, anstelle der beiden rechteckigen Bereiche 14 der
Seitenflächen. Der optische Isolator wies keine Sprünge auf und widerstand dem
Aufpralltest. Die Resultate der Messungen des Quenchingverhältnisses sind in der
unten stehenden Tabelle 1 dargestellt.
Vergleichsbeispiel 2:
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Das experimentelle Verfahren war im wesentlichen das gleiche wie in Beispiel 1, mit
der Ausnahme, daß die metallische Beschichtung auf den gesamten
1,4 mm · 0,5 mm großen Bereichen von zwei gegenüberliegenden Seitenflächen 21
durchgeführt wurde, ohne die 0,1 mm breiten, linearen Bereiche unbeschichtet zu
lassen. Der optische Isolator wies keine Sprünge auf und widerstand dem
Aufpralltest. Die Resultate der Messungen des Quenchingverhältnisses sind irr der
unten stehenden Tabelle 1 dargestellt.
Vergleichsbeispiel 3:
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Das experimentelle Verfahren war im wesentlichen das gleiche wie in Beispiel 1-, mit
der Ausnahme, daß der Haltering 12 aus rostfreiem Stahl SUS 304 hergestellt war,
anstelle aus einer Kovar-Legierung. Die Resultate der Tests des optischen Isolators
waren, daß Sprünge in dem Polarisator und Analysator gefunden wurden, obwohl
der optische Isolator dem Aufpralltest widerstand. Die Resultate der Messungen des
Quenchingverhältnisses sind in der unten stehenden Tabelle 1 dargestellt.
Vergleichsbeispiel 4:
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Das experimentelle Verfahren war im wesentlichen das gleiche wie in Beispiel 1, mit
der Ausnahme, daß die metallische Beschichtung auf 1,4 mm · 0,1 mm großen
Bereiche zweier gegenüberliegenden Seitenflächen 21, 21 durchgeführt wurde,
wobei 0,2 mm breite, lineare und an die Ober- und Unterfläche 15, 15 angrenzende
Bereiche nicht metallisch beschichtet wurden. Die Resultate der Tests des optischen
Isolators waren, daß, obwohl keine Sprünge in dem Polarisator und Analysator
gefunden wurden, der optische Isolator dem Aufpralltest nicht widerstehen konnte.
Die Resultate der Messungen des Quenchingverhältnisses sind in der unten
stehenden Tabelle 1 dargestellt.
Tabelle 1
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Fig. 4 zeigt die Verteilung des Quenchingverhältnisses innerhalb der Ebene, wie sie
in Beispiel 1 entlang der in Fig. 3 gezeigten Zentrallinie L auf der Oberfläche 15 des
Polarisators 11 oder Analysators 17 gemessen wurde. Daraus geht hervor, daß das
Quenchingverhältnis auf der gesamten Oberfläche einheitlich ist, wobei der Wert an
den lötverbundenen Bereichen nahezu gleich dem hohen Wert am Zentralpunkt P ist.
Dieses Ergebnis legt es nahe, daß ein optischer Isolator mit sehr kompakter
Polarisator und Analysator konstruiert werden kann. Die Ergebnisse der Beispiele 1
und 6 zeigen, daß die Gold-Zinn-Legierung und Gold-Gemanium-Legierung als
Lötlegierung im Hinblick auf die Abwesenheit von durch Ausbildung von Sprüngen
verursachten Problemen und das hohe Quenchingverhältnis des optischen Isolators,
welcher aufgrund der guten Verbindungsstärke einem Aufpralltest widerstehen kann,
vorzuziehen sind.
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Ein Vergleich der Resultate, welche in den Beispielen 1, 2 und 3 erhalten wurden, mit
denen, die im Vergleichsbeispiel 3 erhalten wurden, belegen die Bedeutung von
geringen Unterschieden in den thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen
dem polarisierenden Glas des Polarisators oder Analysators und dem Material des
Halterings, von denen die thermische Ausdehnungskoeffizienten weiter oben
angegeben worden waren.
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Weiterhin zeigt ein Vergleich der Resultate, welche in Beispiel 1 und Beispiel 4
erhalten wurden, mit denen, die im Vergleichsbeispiel 4 erhalten wurden, daß der
optische Isolator dem Aufpralltest widerstehen kann, wenn die Fläche der insgesamt
metallbeschichteten Oberfläche 0.56 mm² oder größer ist, und daß das
Quenchingverhältnis im Zentrum und das minimale Quenchingverhältnis innerhalb
der Ebene nicht von der Fläche der insgesamt metallbeschichteten Oberfläche
abhängen.