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1、2.9 稀土磁光材料 RareEarthmagneto-opticalmaterial磁光效應(yīng)和磁光材料稀土磁光材料的來源及性能特點稀土鐵石榴石磁光材料釓鎵石榴石磁光材料一、稀土磁光材料磁光材料：在紫外到紅外波段，具有磁光效應(yīng)的光信息功能材料。稀土磁光材料是一種新型的光信息功能材料，利用這類材料的磁光特性以及光，電，磁的相互作用和轉(zhuǎn)換，可制成具有各種功能的光學(xué)器件。主要應(yīng)用：調(diào)制器、隔離器、環(huán)形器、磁光開光、偏轉(zhuǎn)器、相移器、光信息處理機、顯示器、存貯器、激光陀螺偏頻磁鏡、磁強計，磁光傳感器，印刷機，錄像機，模式識別機，光數(shù)頭，
2、光盤，光波導(dǎo)等。磁光效應(yīng)：在外加磁場的作用下，物質(zhì)的電磁特性（如磁導(dǎo)率，介電常數(shù)，磁化強度，磁疇結(jié)構(gòu)，磁化方向等）會發(fā)生變化，因而使通向該物質(zhì)的光的傳輸性（如偏振狀態(tài)，光強，相位，頻率，傳輸方向等）也會隨著發(fā)生變化。光通向磁場或磁矩作用下的物質(zhì)時，其傳輸特性發(fā)生的變化稱為磁光效應(yīng)。1、磁光效應(yīng)及表征1.光的偏振性振動方向?qū)τ趥鞑シ较虻牟粚ΨQ性叫做偏振，它是橫波區(qū)別于其他縱波的一個最明顯的標志，只有橫波才有偏振現(xiàn)象。光波是電磁波，因此，光波的傳播方向就是電磁波的傳播方向。光波中的電振動矢量E和磁振動矢量H都與傳播速度v垂直，因此光
3、波是橫波，它具有偏振性。插入內(nèi)容（1）自然光在垂直于光傳播方向的平面上，光矢量在各個可能方向上的取向是均勻的，光矢量的大小、方向具有無規(guī)律性變化，這種光稱為自然光，也稱為非偏振光。 ??自然光可以沿著與光傳播方向垂直的任意方向上分解成兩束振動方向相互垂直、振幅相等、無固定相位差的非相干光。插入內(nèi)容插入內(nèi)容（2）完全偏振光插入內(nèi)容（a）線偏振光 ??光矢量端點的軌跡為直線，即光矢量只沿著一個確定的方向振動，其大小、方向不變，稱為線偏振光。 ?（b）橢圓偏振光 ??光矢量端點的軌跡為一橢圓，即光矢量不斷旋轉(zhuǎn)，其大小、方向隨時間有規(guī)律
4、的變化。 ?（c）圓偏振光 ??光矢量端點的軌跡為一園，即光矢量不斷旋轉(zhuǎn)，其大小不變，但方向隨時間有規(guī)律地變化。插入內(nèi)容（3）部分偏振光在垂直于光傳播方向的平面上，含有各種振動方向的光矢量，但光振動在某一方向更顯著，不難看出，部分偏振光是自然光和完全偏振光的疊加。插入內(nèi)容2.磁光效應(yīng)及表征1）磁光法拉第(Farady)效應(yīng)2）科頓-穆頓效應(yīng)3）磁圓振、磁線振二向色性4）塞曼效應(yīng)(Zeeman)5）磁激發(fā)光散射6）磁光克爾效應(yīng)7）霍爾效應(yīng)1）磁光法拉第效應(yīng)當線偏振光沿著磁場方向或磁化強度矢量方向傳播時，由于左、右圓偏振光在鐵磁體中
5、的折射率不同，使偏振面發(fā)生偏轉(zhuǎn)角度，此現(xiàn)象稱為法拉第效應(yīng)。（1）磁旋光效應(yīng)及其非互易性法拉第效應(yīng)又稱磁旋光效應(yīng)。當偏振光通過一個處于磁場大小為H的順磁性或逆磁性材料后，透射光偏振方向的旋轉(zhuǎn)角θ正比于磁場大小H和材料的厚度L，費爾德常數(shù)實驗證明：振動面旋轉(zhuǎn)的角度?與材料的厚度l、濃度C以及入射光的波長?有關(guān)。對于固體：定義?為旋光系數(shù)，它是入射光波長的函數(shù)對于液體：式中C為溶液的濃度。把磁性物質(zhì)的樣品，放在兩個正交的偏振片之間，沿光傳播方向加磁場H，則發(fā)現(xiàn)線偏光通過樣品后，振動面旋轉(zhuǎn)過一個角度?，實驗表明：V叫做費爾德(Verde
6、t)系數(shù)。稱為磁致旋光現(xiàn)象。磁光物質(zhì)一束線偏振光沿光軸通過石英時，其偏振面會旋轉(zhuǎn)一個角度，但當這束光反響通過石英時，其偏振面再次旋轉(zhuǎn)并與入射偏振光的偏振面重合，即正、反兩個偏振面的旋轉(zhuǎn)互相抵消，這事一種互易性旋光特性，一般旋光物質(zhì)都具有這種特性。當一束偏振態(tài)為A的線偏振光沿磁化強度M方向傳播，即爭相通過磁旋光材料時，將產(chǎn)生一法拉第旋轉(zhuǎn)θ使光的偏振態(tài)變?yōu)锽。當偏振態(tài)為B的偏振光反響通過該磁旋光材料時，其偏振態(tài)將不再變?yōu)锳，而繼續(xù)旋轉(zhuǎn)θ角變?yōu)槠駪B(tài)C。這樣C的偏振方向為A的2θ角。這就是磁光效應(yīng)的非互易性。（2）磁光旋轉(zhuǎn)的測量-消光
7、法在不同波長下測量磁光旋轉(zhuǎn)的簡單示意如圖。其中，L為白光源，M為單色儀，P1為起偏器,S為待測樣品,P2為帶有測角儀的檢偏器,D為光電檢測器.由白光源發(fā)出的光,經(jīng)單色儀后變?yōu)閱紊?通過起偏器后成單色線偏振光。待測樣品置于繞有勵磁線圈的電磁鐵中，光順著或逆著磁場方向透過樣品。當勵磁線圈中沒有電流時，調(diào)節(jié)檢偏器的方向與起偏器的偏振方向正交，此時發(fā)生消光現(xiàn)象，光電檢測器不到光信號。通入勵磁電流產(chǎn)生磁場后，由于磁光旋轉(zhuǎn)，一部分光將透過檢偏器進入光電檢測，再次調(diào)節(jié)檢偏器的方向直至消光，測得檢偏器轉(zhuǎn)過的角度θ即為待測樣品的磁光旋轉(zhuǎn)角。這種
8、以消 光作為測量參考點的方法叫消光法，這是磁光旋轉(zhuǎn)的最基本測量方法。2）磁光克爾效應(yīng)當線偏振光被磁化了的鐵磁體表面反射時，發(fā)射光將是橢圓偏振的，并且橢圓長軸為標志的偏振光相對于入射偏振光的偏振面旋轉(zhuǎn)了一個角度，即磁光克爾效應(yīng)。磁光克爾效應(yīng)分為三種組態(tài)：1.極向磁
