磁光效應(yīng)簡介2021/5/91磁光效應(yīng)一束入射光進入具有固有磁矩的物質(zhì)內(nèi)部傳輸或者在物質(zhì)界面發(fā)生反射時，光波的傳播特性，例如偏振面、相位或者散射特性會發(fā)生變化，這個物理現(xiàn)象被稱為磁光效應(yīng)。它是描述具有磁矩的物質(zhì)和光的物理性質(zhì)的方法之一。2021/5/92

一般情況下，磁光效應(yīng)隨著物質(zhì)的磁化強度的增大而增大，因此非抗磁性物質(zhì)在外磁場中磁光效應(yīng)將明顯增強。而一束光進入處于外磁場中的抗磁性的物質(zhì)內(nèi)部時，也會產(chǎn)生磁光效應(yīng)，但著類物質(zhì)的磁化強度通常遠小于其他物質(zhì)的磁化強度，因此，其磁化強度十分微弱。磁光效應(yīng)包括很多種，目前對其研究和應(yīng)用最廣泛的是法拉第效應(yīng)和克爾效應(yīng)。2021/5/93磁光效應(yīng)的幾種理論一、法拉第效應(yīng)二、克爾效應(yīng)三、磁線雙折射（科頓—莫頓效應(yīng)或者佛赫特效應(yīng)）四、磁圓振二向色性五、塞曼效應(yīng)六、磁激發(fā)光散射下面就簡單介紹一下法拉第效應(yīng)和克爾效應(yīng)。2021/5/94法拉第效應(yīng)一束偏振光沿外加磁場方向或磁化強度方向通過介質(zhì)時偏振面發(fā)生旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象稱為法拉第效應(yīng)。描述法拉第效應(yīng)的物理量稱為法拉第旋轉(zhuǎn)，亦可稱為磁光旋轉(zhuǎn)。法拉第效應(yīng)的宏觀理論可以應(yīng)用介電張量和麥克斯韋方程來描述法拉第磁光效應(yīng)，這是一種常用的磁光效應(yīng)的經(jīng)典理論。2021/5/95法拉第偏轉(zhuǎn)角度ψ還與磁感應(yīng)強度B和光穿越介質(zhì)的長度L的乘積成正比，即ψ＝VBL比例系數(shù)V稱為費爾德常數(shù)，與介質(zhì)性質(zhì)及光波頻率有關(guān)。偏轉(zhuǎn)方向取決于介質(zhì)性質(zhì)和磁場方向。對于不同的介質(zhì)，他們對光波的吸收情況也不相同，從而導致了光的偏轉(zhuǎn)角度也有變化。

要注意的一點是法拉第磁光效應(yīng)與外加磁場沒有聯(lián)系，而只是與介質(zhì)的磁化強度有關(guān)。2021/5/96克爾效應(yīng)一束偏振光入射到具有磁距的介質(zhì)界面上，反射后其偏振狀態(tài)會發(fā)生變化，這個效應(yīng)稱為克爾效應(yīng)。根據(jù)磁化強度矢量M與光入射面和界面的不同相對取向，克爾效應(yīng)可分為三種類型：（一）極向克爾效應(yīng)——磁化強度矢量M與界面垂直（二）橫向克爾效應(yīng)——M與界面平行且與光入射面垂直（三）縱向克爾效應(yīng)——M既與界面平行又與光入射面平行下面簡要介紹一下極向克爾效應(yīng)。2021/5/97極向克爾效應(yīng)極向克爾效應(yīng)的磁致效應(yīng)最強，而且和縱向的克爾效應(yīng)一樣都與磁化強度成正比，因此極向克爾效應(yīng)是目前應(yīng)用最廣泛的一種克爾效應(yīng)。習慣上可以將極向克爾效應(yīng)的旋轉(zhuǎn)簡稱為克爾旋轉(zhuǎn)。它與物質(zhì)的折射率有關(guān)。而且也和外磁場和磁化強度有關(guān)。2021/5/98磁光材料磁光晶體是具有磁光效應(yīng)的晶體材料。磁光效應(yīng)與晶體材料的磁性，特別是材料的磁化強度密切相關(guān)，因此一些優(yōu)良的磁性材料往往是磁光性能優(yōu)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優(yōu)良的磁光性能，從而是一種優(yōu)良的磁光材料。2021/5/99一般來說，磁光性能較好的晶體是鐵磁性和亞鐵磁性的晶體。目前應(yīng)用最廣泛的是這兩類晶體，特別是亞鐵磁性晶體。一些順磁性晶體有一些獨特的磁光性質(zhì)，在學術(shù)上有一定的重要性，但不具備實用價值?，F(xiàn)在應(yīng)用最廣泛的一種晶體是石榴石晶體。下面就介紹一下石榴石單晶和其薄膜的磁光性能。2021/5/910石榴石單晶石榴石單晶是一種十分常見的硅酸鹽類礦物，YIG是一種典型的亞鐵磁性石榴石材料。它能傳遞近紅外光。石榴石鐵氧體是一種極具代表性的強磁性物質(zhì)，在近紅外波段具有非常高的透過率。由于光是一種電磁波，當光透過透明的磁性物質(zhì)或在磁性物質(zhì)表面反射時，會受到磁性物質(zhì)內(nèi)部磁矩的影響，產(chǎn)生磁光效應(yīng)。而在YIG中鐵離子是磁性離子。當用其他離子代替鐵離子時，總磁矩或者增加或者減少。從而影響了他的磁光效應(yīng)的效果。2021/5/911石榴石單晶薄膜磁光薄膜有單晶、多晶和非晶態(tài)等多種類型。常用的介質(zhì)薄膜多為單晶和多晶薄膜。稀土石榴石在1000~6000nm的范圍內(nèi)有很低的光吸收，而在其他的光波區(qū)域，吸收則大大增加。因此我們在其中摻入一些其他的元素，抑制它對光波的吸收。例如：在其中摻入Pr，他的主要作用是使膜呈平面易磁化。從而增強磁光效應(yīng)。2021/5/912磁光器件磁光器件是指利用材料的磁光效應(yīng)制作成具有各種光信息功能的器件。在激光應(yīng)用中，除探索各種新型激光器和接收器之外，激光束的參數(shù)，例如強度、方向、頻率、偏振狀態(tài)等的快速控制是很重要的問題。而利用磁光效應(yīng)就可以構(gòu)成各種控制激光束的器件。2021/5/913磁光器件主要有磁光調(diào)制器、磁光隔離器、磁光傳感器、磁光環(huán)形器、磁光開關(guān)、磁光旋轉(zhuǎn)器、磁光相移器和法拉第反射鏡等各種磁光器件。由于光纖技術(shù)和集成光學的發(fā)展，又誕生了波導型的集成光學磁光器件。又由于計算機存儲技術(shù)的發(fā)展，刺激人們把磁疇結(jié)構(gòu)和熱磁效應(yīng)相結(jié)合，發(fā)展了磁光存儲技術(shù)。2021/5/914磁光調(diào)制器磁光調(diào)制器是利用偏振光通過磁光介質(zhì)發(fā)生偏振面旋轉(zhuǎn)來調(diào)制光束。磁光調(diào)制器有廣泛的應(yīng)用，可作為紅外檢測器的斬波器，可制成紅外輻射高溫計、高靈敏度偏振計，還可用于顯示電視信號的傳輸、測距裝置以及各種光學檢測和傳輸系統(tǒng)中。磁光調(diào)制器有很多種，常用的有釔鐵石榴石單晶及其薄膜磁光調(diào)制器、玻璃磁光調(diào)制器和薄膜波導磁光調(diào)制器等。2021/5/915磁光隔離器磁光隔離器也是利用偏振光通過磁光介質(zhì)發(fā)生偏振面旋轉(zhuǎn)的原理來進行光的隔離。磁光隔離器放置于激光器及光放大器前面，防止系統(tǒng)中的反射光對器件性能的影響甚至損傷。一束偏振光沿光軸透過磁光介質(zhì)時，偏振面會旋轉(zhuǎn)一個角度，當再反向透過時偏振面會再旋轉(zhuǎn)一個角度，使總的角度變?yōu)閮杀?。這就是磁光效應(yīng)的非互易性。光通過一般的介質(zhì)然后反向透過，會變成與原來偏振方向重合的方向，因此，根據(jù)磁光物質(zhì)的這種性質(zhì)制成了隔離器。2021/5/916磁光環(huán)行器磁光環(huán)行器的原理和隔離器的原理一樣。利用光環(huán)行器可在一根光纖內(nèi)傳輸兩個不同方向的信號，從而大大減小了系統(tǒng)的體積和成本。圖中由1端輸入的信號只能沿順時針方向進入2、3和4端，而不能沿逆時針方向進入4、3和2端，這樣就防止了光線的反射。2021/5/917磁光傳感器磁光效應(yīng)傳感器的原理主要是利用光的偏振狀態(tài)來實現(xiàn)傳感器的功能。當一束偏振光通過介質(zhì)時，若在光束傳播方向存在著一個外磁場，那么光通過偏振面將旋轉(zhuǎn)一個角度。也就可以通過旋轉(zhuǎn)的角度來測量外加的磁場。在特定的試驗裝置下，偏轉(zhuǎn)的角度和輸出的光強成正比，通過輸出光照射激光二極管LD，就可以獲得數(shù)字化的光強，用來測量特定的物理量。

2021/5/918磁光存儲原理磁光存儲的基本原理是利用熱刺效應(yīng)來改變微小區(qū)域的磁化矢量取向。它的記錄原理是利用介質(zhì)薄膜溫度超過居里溫度后磁化強度消失的特性來記錄，被稱為居里點記錄。鐵磁性物質(zhì)只能利用這種方式記錄。另一種記錄方式是補償溫度記錄。它是對亞鐵磁性介質(zhì)而言的。2021/5/919磁光存儲材料磁光存儲的材料有很多種，其中現(xiàn)在用的最多的一種是稀土-過渡族金屬非晶態(tài)材料，此外還有Mn-Bi多晶材料、鐵氧體存儲薄膜以及Pt-Co成分調(diào)制薄膜和合金薄膜。他們的熱穩(wěn)定性都比較好，而且都是抗氧化、抗腐蝕性能強的材料，而且大規(guī)模成膜比較容易。2021/5/920磁光存儲的優(yōu)點磁光存儲較之以往的存儲方法有很多優(yōu)點：

（1）光盤的記錄讀出光頭與盤面不接觸；（2）光盤抗盤表面沾污能力強；

（3）光盤可以自由更換，重復擦寫次數(shù)多，達到了1’000’000次的要求