稀土磁光材料課件.ppt

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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(lái)源及性能特點(diǎn)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(jī)、顯示器、存貯器、激光陀螺偏頻磁鏡、磁強(qiáng)計(jì)，磁光傳感器，印刷機(jī)，錄像機(jī)，模式識(shí)別機(jī)，光數(shù)頭，

2、光盤，光波導(dǎo)等。磁光效應(yīng)：在外加磁場(chǎng)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(qiáng)度，磁疇結(jié)構(gòu)，磁化方向等）會(huì)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(qiáng)，相位，頻率，傳輸方向等）也會(huì)隨著發(fā)生變化。光通向磁場(chǎng)或磁矩作用下的物質(zhì)時(shí)，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(dòng)方向?qū)τ趥鞑シ较虻牟粚?duì)稱性叫做偏振，它是橫波區(qū)別于其他縱波的一個(gè)最明顯的標(biāo)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(dòng)矢量E和磁振動(dòng)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(gè)可能方向上的取向是均勻的，光矢量的大小、方向具有無(wú)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(dòng)方向相互垂直、振幅相等、無(wú)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(diǎn)的軌跡為直線，即光矢量只沿著一個(gè)確定的方向振動(dòng)，其大小、方向不變，稱為線偏振光。?（b）橢圓偏振光??光矢量端點(diǎn)的軌跡為一橢圓，即光矢量不斷旋轉(zhuǎn)，其大小、方向隨時(shí)間有規(guī)律

4、的變化。?（c）圓偏振光??光矢量端點(diǎn)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(shí)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(dòng)方向的光矢量，但光振動(dòng)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(dāng)線偏振光沿著磁場(chǎng)方向或磁化強(qiáng)度矢量方向傳播時(shí)，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(dāng)偏振光通過(guò)一個(gè)處于磁場(chǎng)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(chǎng)大小H和材料的厚度L，費(fèi)爾德常數(shù)實(shí)驗(yàn)證明：振動(dòng)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(zhǎng)?有關(guān)。對(duì)于固體：定義?為旋光系數(shù)，它是入射光波長(zhǎng)的函數(shù)對(duì)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(gè)正交的偏振片之間，沿光傳播方向加磁場(chǎng)H，則發(fā)現(xiàn)線偏光通過(guò)樣品后，振動(dòng)面旋轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度?，實(shí)驗(yàn)表明：V叫做費(fèi)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(guò)石英時(shí)，其偏振面會(huì)旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，但當(dāng)這束光反響通過(guò)石英時(shí)，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(gè)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(dāng)一束偏振態(tài)為A的線偏振光沿磁化強(qiáng)度M方向傳播，即爭(zhēng)相通過(guò)磁旋光材料時(shí)，將產(chǎn)生一法拉第旋轉(zhuǎn)θ使光的偏振態(tài)變?yōu)锽。當(dāng)偏振態(tài)為B的偏振光反響通過(guò)該磁旋光材料時(shí)，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?yàn)锳的2θ角。這就是磁光效應(yīng)的非互易性。（2）磁光旋轉(zhuǎn)的測(cè)量-消光

7、法在不同波長(zhǎng)下測(cè)量磁光旋轉(zhuǎn)的簡(jiǎn)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(cè)樣品,P2為帶有測(cè)角儀的檢偏器,D為光電檢測(cè)器.由白光源發(fā)出的光,經(jīng)單色儀后變?yōu)閱紊?通過(guò)起偏器后成單色線偏振光。待測(cè)樣品置于繞有勵(lì)磁線圈的電磁鐵中，光順著或逆著磁場(chǎng)方向透過(guò)樣品。當(dāng)勵(lì)磁線圈中沒(méi)有電流時(shí)，調(diào)節(jié)檢偏器的方向與起偏器的偏振方向正交，此時(shí)發(fā)生消光現(xiàn)象，光電檢測(cè)器不到光信號(hào)。通入勵(lì)磁電流產(chǎn)生磁場(chǎng)后，由于磁光旋轉(zhuǎn)，一部分光將透過(guò)檢偏器進(jìn)入光電檢測(cè)，再次調(diào)節(jié)檢偏器的方向直至消光，測(cè)得檢偏器轉(zhuǎn)過(guò)的角度θ即為待測(cè)樣品的磁光旋轉(zhuǎn)角。這種

8、以消光作為測(cè)量參考點(diǎn)的方法叫消光法，這是磁光旋轉(zhuǎn)的最基本測(cè)量方法。2）磁光克爾效應(yīng)當(dāng)線偏振光被磁化了的鐵磁體表面反射時(shí)，發(fā)射光將是橢圓偏振的，并且橢圓長(zhǎng)軸為標(biāo)志的偏振光相對(duì)于入射偏振光的偏振面旋轉(zhuǎn)了一個(gè)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