磁光材料与其原理PPT

磁光材料与其原理PPT第1页，共25页，2023年，2月20日，星期二10.1磁光效应及其特征10.1.1光的基本概念10.1.2法拉第效应10.1.3科顿-莫顿效应10.1.4克尔效应10.1.5塞曼效应第2页，共25页，2023年，2月20日，星期二10.1.1光的基本概念（1）光的偏振1、自然光2、线偏振光3、部分偏振光4、圆偏振光：左旋圆偏振光，右旋圆偏振光；5、椭圆偏振光：左旋椭圆偏振光，右旋椭圆偏振光；第3页，共25页，2023年，2月20日，星期二设一单色平面波沿ｚ轴方向传播，根据光的横波性，可将其电矢量Ｅ写成：（10-1）式中λ——光波长；ω——光波的圆频率或角频率；——两个横向电矢量之间的相位差。消去式（10-1）中的，整理得（10-2）第4页，共25页，2023年，2月20日，星期二

当时，式（10-2）成为：（10-3）

当时，式（10-2）成为：（10-4）如果代表左旋椭圆偏振光如果代表右旋椭圆偏振光（2）光的双折射和二向色性第5页，共25页，2023年，2月20日，星期二10.1.2法拉第效应（1）磁旋光效应及其非互易性当线偏振光通过一个处于磁场大小为Ｈ的顺磁性或逆磁性材料后，透射光偏振方向的旋转角θ正比于磁场大小Ｈ和材料厚度Ｌ,即（10-5）式中Ｖ——费尔德常数。在铁磁性或反铁磁介质中，法拉第旋转角正比于磁化强度Ｍ，即（10-6）式中Ｋ——孔特常数。（2）磁光旋转的测量第6页，共25页，2023年，2月20日，星期二10.1.3科顿-莫顿效应这是一个当外加磁场垂直于光的行进方向时产生的光偏振面旋转效应，又称磁线振双折射（1）磁线振双折射（2）磁线振双折射的测量第7页，共25页，2023年，2月20日，星期二10.1.4克尔效应一束偏振光入射到具有磁矩的介质界面上，反射后其偏振状态会发生变化，这个效应称为克尔效应。克尔效应分为三种类型：（1）极向克尔效应（2）横向克尔效应（3）纵向克尔效应克尔效应的测量第8页，共25页，2023年，2月20日，星期二10.1.5塞曼效应入射单射光经过处于磁场的某些物质后，谱线会受到磁场的影响而分裂成若干条谱线，分裂的各谱线间隔大小与磁场强度成正比，这一磁光效应称塞曼效应。第9页，共25页，2023年，2月20日，星期二10.2磁光材料10.2.1磁旋光材料10.2.2磁光存储材料第10页，共25页，2023年，2月20日，星期二10.2.1磁旋光材料（1）磁光晶体1、石榴石单晶2、尖晶石晶体（2）磁光薄膜1、石榴石单晶薄膜2、合金薄膜第11页，共25页，2023年，2月20日，星期二（3）磁光玻璃三种玻璃材料的费尔德常数可有如下经验公式给出：AOT-44B(10-7)AOT-5(10-8)FR-5(10-9)其中Ｖ是以“”为单位的费尔德常数，λ是以“μｍ”为单位的波长。第12页，共25页，2023年，2月20日，星期二10.2.2磁光存储材料（1）MnBi多晶材料（2）非晶态材料（3）石榴石薄膜第13页，共25页，2023年，2月20日，星期二10.3磁光材料的应用10.3.1磁旋光材料的应用10.3.2磁光材料非互易性的应用10.3.3磁光存储材料的应用第14页，共25页，2023年，2月20日，星期二10.3.1磁旋光材料的应用（1）磁光调制设由交变电流产生的交变磁场Ｈ引起的法拉第旋转角为，则低频磁光调制器系统的输出光强为(10-10)当用正弦波电流输入调制线圈时，则在垂直石榴石单晶薄膜平面的方向上产生一个正弦变化的交变磁场，由此引起的交变法拉第旋转角为(10-11)式中是交变法拉第旋转的幅度，称为调制幅度。第15页，共25页，2023年，2月20日，星期二

由于交变磁场Ｈ引起的法拉第旋转使输出光强幅度变化（磁光调制幅度）为（10-12）由式（10-10）、式（10-12）两式可知：（a）当为定值时，磁光调制幅度随β而变化。β=45°时，磁光调制幅度最大。此时由式（10-10）得（10-13）随作正弦变化。（b）当β=45°时，=45°磁光调制幅度最大。由式（10-13）可以看出，当＞45°时，调制波形将产生畸变。第16页，共25页，2023年，2月20日，星期二（c）当β≠45°时，Ｉ不仅与有关，而且与β的变化也有关，因此调制波形及其幅度将随起偏器和检偏器相对位置β值而变化，＜45°也会引起调制波形的畸变。（d）当β＝90°，即两偏振器处于正交位置时，输出光强为(10-14)此时，是的偶函数，输出光强仅与的大小有关，即与交变磁场Ｈ的大小有关，与磁场的方向无关。当β＝0°时，输出光强为：(10-15)输出光强的变化情况与β＝90°时相类似。第17页，共25页，2023年，2月20日，星期二1、钇铁石榴石单晶磁光调制器2、石榴石单晶薄膜磁光调制器3、玻璃磁光调制器4、薄膜波导磁光调制器将平均磁化强度表示为静态和动态分量之和，，并利用Landau-Lifshitz方程可得（10-16）式中γ——旋磁比，；——真空磁导率。介电常数张量的非对角分量决定了模的耦合，对的贡献来源于法拉第旋转，输出端TE模的光强正比于，所以（10-17）偏振光的强度与磁化强度的变化量有关，当的取向垂直于光的传播方向时，达到最大值。第18页，共25页，2023年，2月20日，星期二（2）磁光开关（3）磁光传感根据法拉第效应原理，当一束线偏振光通过置于磁场中的逆磁性或顺磁性磁光材料时，偏振方向将发生一定的旋转。法拉第旋转θ可表示为（10-18）式中Ｖ——材料的费尔德常数；Ｈ——磁场强度；ｌ——光在磁光材料中通过的长度。第19页，共25页，2023年，2月20日，星期二设光源光强为，起偏器与检偏器偏振轴夹角为，则马吕斯定律可得：(10-19)

在相位探测原理中，起偏器的透光轴以的角速度旋转，由于法拉第效应，从磁光材料中出射的是偏离了θ角的旋转着的线偏振光，由光电管转变成电信号后，出射信号是被2θ调制的正弦信号(10-20)其中α为小于1的常数。从光源中选出参考信号(10-21)则两者相位角差(10-22)这种方法使相位差在内能被线性探测。第20页，共25页，2023年，2月20日，星期二常用的传感头有以下几种1、正方形传感头2、圆环状传感头3、全光纤传感头对于无损耗双折射光学系统的琼斯矩阵(10-23)

其中矩阵元和中号分别表示传播方向，星号表示复共轭，对于无损耗系统，。在互易系统中，有和。可定义这种传感器的正向强度传递函数为(10-24)

反向强度传递函数则为(10-25)第21页，共25页，2023年，2月20日，星期二

其中不失普遍性，假定一个偏振器的偏振方向沿坐标轴，另一偏振器的相对偏振方向角为，通过计算反向传播的传播系数，可得系统地强度传递函数(10-26)若耦合器的插入损耗可以忽略，二个光探测器的接收光强可以表示为(10-27)和(10-28)式中——从光源出射的光强；——光纤的总损耗；——二个相反方向的强度传递函数，因子1/8来源于耦合器耦合损耗。第22页，共25页，2023年，2月20日，星期二互易补偿信号定义为