磁光效应与磁光材料.pptVIP

磁光效应与磁光材料 ;1845 年， 英国物理学家 Faraday首次发现了磁致旋光效应。其后一百多年，人们又不断发现了新的磁光效应和建立了磁光理论，但磁光效应并未获得广泛应用。直到 1950年代，磁光效应才被广泛应用于磁性材料磁畴结构的观察和研究。近年来，随着激光、计算机、信息、光纤通信等新技术的发展， 人们对磁光效应的研究和应用不断向深度和广度发展， 从而涌现出许多崭新的磁光材料和磁光器件。各种磁光材料——磁光玻璃、磁光薄膜、磁性液体、磁性光子晶体和磁光液晶等发展极为迅速，磁光材料及器件的研究从此进入空前发展时期，并在许多高新技术领域获得了广泛的应用。近几十年来，一门新型分支学科——磁光学(包括磁光效应、磁光理论、磁光材料、磁光测量、磁光器件、磁光光谱学等)基本形成，以此为背景的各种磁光材料及器件也显示了其独特的性能和广阔的应用前景，并引起了人们浓厚的兴趣。 ;有些物质，如顺磁性、磁铁性、反铁磁性和亚铁磁性物质的内部，具有原子或离子磁矩。这些具有固有磁矩的物质在外磁场的作用下，电磁特性会发生变化，因而使光波在其内部的传输特性也发生变化，这种现象称为磁光效应。 有些物质，如逆磁性物质内部，没有固有的原子或离子磁矩，但这种物质处于外磁场中时，将使其内部的电子轨道产生附加的拉莫进动。这一进动具有相应的角动量和相应的磁矩，从而亦能使光波在其内部传播的特性发生变化，但这种物质产生的磁光效应远较铁磁性和亚铁磁性物质的微弱。 磁光效应，包括法拉第效应、克尔效应、磁线振双拆射(科顿一穆顿效应和瓦格特效应)、磁圆振二向色性、磁线振二向色性，塞曼效应和磁激发光散射等，其中最为人们所熟悉，而且亦最有用的是法拉第效应。;第一部分 光和磁的基础知识;;d 偏振片;2. 光的五种偏振态;a 自然光;b. 椭圆偏振光;(2) 左旋与右旋椭圆偏振光;(3) 椭圆偏振光通过偏振片后的光强度;c. 圆偏振光;(2)左旋圆偏振光与右旋圆偏振光;d 线偏振光;一束线偏振光可以分解为两束互相垂直的线偏振光;消去参量t，有：;(2)振动面与平面偏振光;(3)线偏振光通过偏振片后???光强度;e．部分偏振光;部分偏振光的总光强 ;B 磁畴和磁化;3. 外加磁场的方向不同，有些物体沿不同方向磁化的情形是不同的，我们称这种现象为磁性的各向异性。这主要是由下列三种因素造成的。 (1)结构上的各向异性 在晶体中，原子的排列是有规则的，在各个方向上排列的状况是不相同的。如在简单立方晶体中，沿[100]方向的原子排列比较紧密，而沿[111]方向的原子排列就比较稀疏。又如在两种以上原子构成的晶体中，在其一方向排成直线的是同一种原子，在另一方向排成直线的是两种以上的原子。这些状况属于结构上的各向异性。由于结构上的各向异性，磁性晶体磁化时，在磁性上亦会表现出各向异性，这种现象称为磁晶各向异性。 例如：铁单晶属于立方晶系(如图)。在[100]方向加不大的磁场，磁化就会达到饱和，在[110]加同样大小的磁场，磁化就不如[100]方向强，而在[111]方向，磁化则更弱了。我们把最容易磁化的方向称为易磁化方向，如铁单晶中的[100]方向，最难磁化的方向称为难磁化方向，如铁单晶中的[111]方向。;(2)形状上的各向异性 磁性物体磁化后，在物体的端面会出现N、S两个磁极，如图a所示。这样，在物体内部就会产生一种磁场Hd，其方向与外磁场Ha方向相反或接近相反，因而有减退磁化的作用，故Hd称为退磁场。真正作用在物体内部的磁场强度Hi为Hi=Ha+Hd，在数值上．Hd越大，Hi就比Ha小得越多，这表明物体越难磁化。;图b、c两种形状是椭球体的两个特殊情况。在无限长圆柱体情形，Nz＝0，Nx＝Ny＝1／2。由此不难看出，当外磁场Ha大小一定时，沿无限长圆柱体长轴方向(z方向)磁化时，Hi最大，即最易磁化。在无限大薄片情形Nx＝Ny≈0．Nz＝1。因此，沿垂直于无限大薄片方向(z方向)磁化时，薄片内的Hi最小，即最难磁化，而沿无限大薄片平面内磁化时，Hi最大，即最易磁化。如在集成光学器件中，常用到的稀土铁石榴石单晶薄膜的情形，如果单从形状各向异性考虑，则垂直于薄膜平面的方向是难磁化方向，薄膜平面内的任何方向都是易磁化方向，只要在薄膜平面内施加40—8000A／m（0.5~100Oe）的磁场，即可使石榴石膜磁化到饱和。;(3) 应力的各向异性，磁性物体被磁化时，要发生伸缩，如果受到限制而不能伸缩，则物体中就会产生应力。例如，在非磁性钆镓石榴石(Gd3Ga5O12简称GGG)上外延生长的钇铁石榴石(Y3Fe5O12简称YIG)单晶薄膜，被磁化后会发生伸缩，但由于受到GGG衬底的牵制会在薄膜内产生应力。有时候人为地使磁性薄膜材料的点阵常数略大子或略小于衬底材料的点阵常数，这种点阵常数的失配