磁光材料與其原理PPT

磁光材料與其原理PPT第1頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月10.1磁光效應(yīng)及其特征10.1.1光的基本概念10.1.2法拉第效應(yīng)10.1.3科頓-莫頓效應(yīng)10.1.4克爾效應(yīng)10.1.5塞曼效應(yīng)第2頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月10.1.1光的基本概念（1）光的偏振1、自然光2、線偏振光3、部分偏振光4、圓偏振光：左旋圓偏振光，右旋圓偏振光；5、橢圓偏振光：左旋橢圓偏振光，右旋橢圓偏振光；第3頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月設(shè)一單色平面波沿ｚ軸方向傳播，根據(jù)光的橫波性，可將其電矢量Ｅ寫成：（10-1）式中λ——光波長；ω——光波的圓頻率或角頻率；——兩個橫向電矢量之間的相位差。消去式（10-1）中的，整理得（10-2）第4頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月

當(dāng)時，式（10-2）成為：（10-3）

當(dāng)時，式（10-2）成為：（10-4）如果代表左旋橢圓偏振光如果代表右旋橢圓偏振光（2）光的雙折射和二向色性第5頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月10.1.2法拉第效應(yīng)（1）磁旋光效應(yīng)及其非互易性當(dāng)線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和材料厚度Ｌ,即（10-5）式中Ｖ——費(fèi)爾德常數(shù)。在鐵磁性或反鐵磁介質(zhì)中，法拉第旋轉(zhuǎn)角正比于磁化強(qiáng)度Ｍ，即（10-6）式中Ｋ——孔特常數(shù)。（2）磁光旋轉(zhuǎn)的測量第6頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月10.1.3科頓-莫頓效應(yīng)這是一個當(dāng)外加磁場垂直于光的行進(jìn)方向時產(chǎn)生的光偏振面旋轉(zhuǎn)效應(yīng)，又稱磁線振雙折射（1）磁線振雙折射（2）磁線振雙折射的測量第7頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月10.1.4克爾效應(yīng)一束偏振光入射到具有磁矩的介質(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)?？藸栃?yīng)分為三種類型：（1）極向克爾效應(yīng)（2）橫向克爾效應(yīng)（3）縱向克爾效應(yīng)克爾效應(yīng)的測量第8頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月10.1.5塞曼效應(yīng)入射單射光經(jīng)過處于磁場的某些物質(zhì)后，譜線會受到磁場的影響而分裂成若干條譜線，分裂的各譜線間隔大小與磁場強(qiáng)度成正比，這一磁光效應(yīng)稱塞曼效應(yīng)。第9頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月10.2磁光材料10.2.1磁旋光材料10.2.2磁光存儲材料第10頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月10.2.1磁旋光材料（1）磁光晶體1、石榴石單晶2、尖晶石晶體（2）磁光薄膜1、石榴石單晶薄膜2、合金薄膜第11頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）磁光玻璃三種玻璃材料的費(fèi)爾德常數(shù)可有如下經(jīng)驗公式給出：AOT-44B(10-7)AOT-5(10-8)FR-5(10-9)其中Ｖ是以“”為單位的費(fèi)爾德常數(shù)，λ是以“μｍ”為單位的波長。第12頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月10.2.2磁光存儲材料（1）MnBi多晶材料（2）非晶態(tài)材料（3）石榴石薄膜第13頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月10.3磁光材料的應(yīng)用10.3.1磁旋光材料的應(yīng)用10.3.2磁光材料非互易性的應(yīng)用10.3.3磁光存儲材料的應(yīng)用第14頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月10.3.1磁旋光材料的應(yīng)用（1）磁光調(diào)制設(shè)由交變電流產(chǎn)生的交變磁場Ｈ引起的法拉第旋轉(zhuǎn)角為，則低頻磁光調(diào)制器系統(tǒng)的輸出光強(qiáng)為(10-10)當(dāng)用正弦波電流輸入調(diào)制線圈時，則在垂直石榴石單晶薄膜平面的方向上產(chǎn)生一個正弦變化的交變磁場，由此引起的交變法拉第旋轉(zhuǎn)角為(10-11)式中是交變法拉第旋轉(zhuǎn)的幅度，稱為調(diào)制幅度。第15頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月

由于交變磁場Ｈ引起的法拉第旋轉(zhuǎn)使輸出光強(qiáng)幅度變化（磁光調(diào)制幅度）為（10-12）由式（10-10）、式（10-12）兩式可知：（a）當(dāng)為定值時，磁光調(diào)制幅度隨β而變化。β=45°時，磁光調(diào)制幅度最大。此時由式（10-10）得（10-13）隨作正弦變化。（b）當(dāng)β=45°時，=45°磁光調(diào)制幅度最大。由式（10-13）可以看出，當(dāng)＞45°時，調(diào)制波形將產(chǎn)生畸變。第16頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月（c）當(dāng)β≠45°時，Ｉ不僅與有關(guān)，而且與β的變化也有關(guān)，因此調(diào)制波形及其幅度將隨起偏器和檢偏器相對位置β值而變化，＜45°也會引起調(diào)制波形的畸變。（d）當(dāng)β＝90°，即兩偏振器處于正交位置時，輸出光強(qiáng)為(10-14)此時，是的偶函數(shù)，輸出光強(qiáng)僅與的大小有關(guān)，即與交變磁場Ｈ的大小有關(guān)，與磁場的方向無關(guān)。當(dāng)β＝0°時，輸出光強(qiáng)為：(10-15)輸出光強(qiáng)的變化情況與β＝90°時相類似。第17頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月1、釔鐵石榴石單晶磁光調(diào)制器2、石榴石單晶薄膜磁光調(diào)制器3、玻璃磁光調(diào)制器4、薄膜波導(dǎo)磁光調(diào)制器將平均磁化強(qiáng)度表示為靜態(tài)和動態(tài)分量之和，，并利用Landau-Lifshitz方程可得（10-16）式中γ——旋磁比，；——真空磁導(dǎo)率。介電常數(shù)張量的非對角分量決定了模的耦合，對的貢獻(xiàn)來源于法拉第旋轉(zhuǎn)，輸出端TE模的光強(qiáng)正比于，所以（10-17）偏振光的強(qiáng)度與磁化強(qiáng)度的變化量有關(guān)，當(dāng)?shù)娜∠虼怪庇诠獾膫鞑シ较驎r，達(dá)到最大值。第18頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）磁光開關(guān)（3）磁光傳感根據(jù)法拉第效應(yīng)原理，當(dāng)一束線偏振光通過置于磁場中的逆磁性或順磁性磁光材料時，偏振方向?qū)l(fā)生一定的旋轉(zhuǎn)。法拉第旋轉(zhuǎn)θ可表示為（10-18）式中Ｖ——材料的費(fèi)爾德常數(shù)；Ｈ——磁場強(qiáng)度；ｌ——光在磁光材料中通過的長度。第19頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月設(shè)光源光強(qiáng)為，起偏器與檢偏器偏振軸夾角為，則馬呂斯定律可得：(10-19)

在相位探測原理中，起偏器的透光軸以的角速度旋轉(zhuǎn)，由于法拉第效應(yīng)，從磁光材料中出射的是偏離了θ角的旋轉(zhuǎn)著的線偏振光，由光電管轉(zhuǎn)變成電信號后，出射信號是被2θ調(diào)制的正弦信號(10-20)其中α為小于1的常數(shù)。從光源中選出參考信號(10-21)則兩者相位角差(10-22)這種方法使相位差在內(nèi)能被線性探測。第20頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月常用的傳感頭有以下幾種1、正方形傳感頭2、圓環(huán)狀傳感頭3、全光纖傳感頭對于無損耗雙折射光學(xué)系統(tǒng)的瓊斯矩陣(10-23)

其中矩陣元和中號分別表示傳播方向，星號表示復(fù)共軛，對于無損耗系統(tǒng)，。在互易系統(tǒng)中，有和?？啥x這種傳感器的正向強(qiáng)度傳遞函數(shù)為(10-24)

反向強(qiáng)度傳遞函數(shù)則為(10-25)第21頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月

其中不失普遍性，假定一個偏振器的偏振方向沿坐標(biāo)軸，另一偏振器的相對偏振方向角為，通過計算反向傳播的傳播系數(shù)，可得系統(tǒng)地強(qiáng)度傳遞函數(shù)(10-26)若耦合器的插入損耗可以忽略，二個光探測器的接收光強(qiáng)可以表示為(10-27)和(10-28)式中——從光源出射的光強(qiáng)；——光纖的總損耗；——二個相反方向的強(qiáng)度傳遞函數(shù)，因子1/8來源于耦合器耦合損耗。第22頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月互易補(bǔ)償信號定義為