1、磁光效应简介,04物理王凯,磁光效应,一束入射光进入具有固有磁矩的物质内部传输或者在物质界面发生反射时，光波的传播特性，例如偏振面、相位或者散射特性会发生变化，这个物理现象被称为磁光效应。它是描述具有磁矩的物质和光的物理性质的方法之一。,一般情况下，磁光效应随着物质的磁化强度的增大而增大，因此非抗磁性物质在外磁场中磁光效应将明显增强。而一束光进入处于外磁场中的抗磁性的物质内部时，也会产生磁光效应，但着类物质的磁化强度通常远小于其他物质的磁化强度，因此，其磁化强度十分微弱。磁光效应包括很多种，目前对其研究和应用最广泛的是法拉第效应和克尔效应。,磁光效应的几种理论,一、法拉第效应二、克尔效应三、磁
2、线双折射（科顿莫顿效应或者佛赫特效应）四、磁圆振二向色性五、塞曼效应六、磁激发光散射 下面就简单介绍一下法拉第效应和克尔效应。,法拉第效应,一束偏振光沿外加磁场方向或磁化强度方向通过介质时偏振面发生旋转的现象称为法拉第效应。描述法拉第效应的物理量称为法拉第旋转，亦可称为磁光旋转。法拉第效应的宏观理论可以应用介电张量和麦克斯韦方程来描述法拉第磁光效应，这是一种常用的磁光效应的经典理论。,法拉第偏转角度还与磁感应强度B和光穿越介质的长度L的乘积成正比，即 VBL 比例系数V称为费尔德常数，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。 对于不同的介质，他们对光波的吸收情况也不相同，从
3、而导致了光的偏转角度也有变化。 要注意的一点是法拉第磁光效应与外加磁场没有联系，而只是与介质的磁化强度有关。,克尔效应,一束偏振光入射到具有磁距的介质界面上，反射后其偏振状态会发生变化，这个效应称为克尔效应。根据磁化强度矢量M与光入射面和界面的不同相对取向，克尔效应可分为三种类型： （一）极向克尔效应磁化强度矢量M与界 面垂直 （二）横向克尔效应M与界面平行且与光 入射面垂直 （三）纵向克尔效应M既与界面平行又与 光入射面平行 下面简要介绍一下极向克尔效应。,极向克尔效应,极向克尔效应的磁致效应最强，而且和纵向的克尔效应一样都与磁化强度成正比，因此极向克尔效应是目前应用最广泛的一种克尔效应。习
4、惯上可以将极向克尔效应的旋转简称为克尔旋转。它与物质的折射率有关。而且也和外磁场和磁化强度有关。,磁光材料,磁光晶体是具有磁光效应的晶体材料。磁光效应与晶体材料的磁性，特别是材料的磁化强度密切相关，因此一些优良的磁性材料往往是磁光性能优良的材料。然而一些磁性能不十分突出的磁性材料可以具有十分优良的磁光性能，从而是一种优良的磁光材料。,一般来说，磁光性能较好的晶体是铁磁性和亚铁磁性的晶体。目前应用最广泛的是这两类晶体，特别是亚铁磁性晶体。一些顺磁性晶体有一些独特的磁光性质，在学术上有一定的重要性，但不具备实用价值。现在应用最广泛的一种晶体是石榴石晶体。下面就介绍一下石榴石单晶和其薄膜的磁光性能。
5、,石榴石单晶,石榴石单晶是一种十分常见的硅酸盐类矿物，YIG是一种典型的亚铁磁性石榴石材料。它能传递近红外光。石榴石铁氧体是一种极具代表性的强磁性物质，在近红外波段具有非常高的透过率。由于光是一种电磁波，当光透过透明的磁性物质或在磁性物质表面反射时，会受到磁性物质内部磁矩的影响，产生磁光效应。而在YIG中铁离子是磁性离子。当用其他离子代替铁离子时，总磁矩或者增加或者减少。从而影响了他的磁光效应的效果。,石榴石单晶薄膜,磁光薄膜有单晶、多晶和非晶态等多种类型。常用的介质薄膜多为单晶和多晶薄膜。稀土石榴石在10006000nm的范围内有很低的光吸收，而在其他的光波区域，吸收则大大增加。因此我们在其
6、中掺入一些其他的元素，抑制它对光波的吸收。例如：在其中掺入Pr，他的主要作用是使膜呈平面易磁化。从而增强磁光效应。,磁光器件,磁光器件是指利用材料的磁光效应制作成具有各种光信息功能的器件。在激光应用中，除探索各种新型激光器和接收器之外，激光束的参数，例如强度、方向、频率、偏振状态等的快速控制是很重要的问题。而利用磁光效应就可以构成各种控制激光束的器件。,磁光器件主要有磁光调制器、磁光隔离器、磁光传感器、磁光环形器、磁光开关、磁光旋转器、磁光相移器和法拉第反射镜等各种磁光器件。由于光纤技术和集成光学的发展，又诞生了波导型的集成光学磁光器件。又由于计算机存储技术的发展，刺激人们把磁畴结构和热磁效应
7、相结合，发展了磁光存储技术。,磁光调制器,磁光调制器是利用偏振光通过磁光介质发生偏振面旋转来调制光束。磁光调制器有广泛的应用，可作为红外检测器的斩波器，可制成红外辐射高温计、高灵敏度偏振计，还可用于显示电视信号的传输、测距装置以及各种光学检测和传输系统中。磁光调制器有很多种，常用的有钇铁石榴石单晶及其薄膜磁光调制器、玻璃磁光调制器和薄膜波导磁光调制器等。,磁光隔离器,磁光隔离器也是利用偏振光通过磁光介质发生偏振面旋转的原理来进行光的隔离。磁光隔离器放置于激光器及光放大器前面，防止系统中的反射光对器件性能的影响甚至损伤。 一束偏振光沿光轴透过磁光介质时，偏振面会旋转一个角度，当再反向透过时偏振面
8、会再旋转一个角度，使总的角度变为两倍。这就是磁光效应的非互易性。光通过一般的介质然后反向透过，会变成与原来偏振方向重合的方向，因此，根据磁光物质的这种性质制成了隔离器。,磁光环行器,磁光环行器的原理和隔离器的原理一样。利用光环行器可在一根光纤内传输两个不同方向的信号，从而大大减小了系统的体积和成本。图中由1端输入的信号只能沿顺时针方向进入2、3和4端，而不能沿逆时针方向进入4、3和2端，这样就防止了光线的反射。,磁光传感器,磁光效应传感器的原理主要是利用光的偏振状态来实现传感器的功能。当一束偏振光通过介质时，若在光束传播方向存在着一个外磁场，那么光通过偏振面将旋转一个角度。也就可以通过旋转的角
9、度来测量外加的磁场。 在特定的试验装置下，偏转的角度和输出的光强成正比，通过输出光照射激光二极管LD，就可以获得数字化的光强，用来测量特定的物理量。,磁光存储原理,磁光存储的基本原理是利用热刺效应来改变微小区域的磁化矢量取向。它的记录原理是利用介质薄膜温度超过居里温度后磁化强度消失的特性来记录，被称为居里点记录。铁磁性物质只能利用这种方式记录。另一种记录方式是补偿温度记录。它是对亚铁磁性介质而言的。,磁光存储材料,磁光存储的材料有很多种，其中现在用的最多的一种是稀土-过渡族金属非晶态材料，此外还有Mn-Bi多晶材料、铁氧体存储薄膜以及Pt-Co成分调制薄膜和合金薄膜。他们的热稳定性都比较好，而且都是抗氧化、抗腐蚀性能强的材料，而且大规模成膜比较容易。,磁光存储的优点,磁光存储较之以往的存储方法有很多优点： （1）光盘的记录读出光头与盘面不接触； （2）光盘抗盘表面沾污能力强； （3）光盘可以自由更换，重复擦写次数多，达到了1000000次的要求。 所以目前能和硬盘相竞争的也只有磁光盘。,光磁效应,光磁效应是指光照射到磁性物质表面时物质磁性会发生变化的现象。相比之下，对光磁现象的研究院没有磁光效应那样广泛和深入，迄今也没有分什么应用。不过，近年来对于光磁效应的研究已有日趋活跃之势，一些新的光磁现象时有发现，其应用前景不可忽视。,
