磁光材料

可以看出，当t0 ＞45° 时，调制波形将产生畸变。
（c）当β≠45°时，Ｉ不仅与 有t 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， t 0 ＜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
I 90o+t =I0 cos2 90o+t = I0 / 21-cos2t (10-14)
厚度Ｌ,即
=VHL
（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
=KML
（10-6）
式中 Ｋ——孔特常数。
（2）磁光旋转的测量
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
（10-4）
如果 2n / 2n 0, 1, 2,K 代表左旋椭圆偏振光
如果 2n - / 2n 0, 1, 2,K 代表右旋椭圆偏振光
（2）光的双折射和二向色性
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
10.2 磁光材料
10.2.1 磁旋光材料
10.2.2 磁光存储材料
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
（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
V 0.0276 0.981022 0.4731024
(10-7)
AOT-5
V 0.0162 0.961022 0.3610-1-4 (10-8)
FR-5
V 0.0781-0.1282-0.51310-3-4
(10-9)
其中Ｖ是以“104 min/ Tgcm ”为单位的费尔德常数，λ是以“μ
ｍ”为单位的波长。
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
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，M M s mei，t
并利用Landau-Lifshitz方程可得
im 0Ms H Om H
式中 γ——旋磁比， 2 28GHzgT ；
（10-16）
0 ——真空磁导率。
介电常数张量的非对角分量 yx 决定了TM TE 模的耦合，对
Ey E0 y
2
2
Ex E0 x
Ey E0 y
cos
sin2
（10-2）
当 n n 0, 1, 2,K 时，式（10-2）成为：
Ey = -1n E0 y
Ex
E0 x
（10-3）
当 E0x =E0y =A, m / 2m 1, 3, 5,K 时，式（10-2）成
为：
Ex2 Ey2 A2
此时，I 是t 的偶函数，输出光强仅与 t 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：
I t I0 cos2 t I0 / 21 cos2t
输出光强 I 的变化情况与β＝90° 时相类似。
(10-15)
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
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：
Ex
E0 x
cos
2
z
t
Ey
E0
y
cos
2
z
t
（10-1）
Ez 0
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2 z t，整理得
Ex E0 x
2
（2）磁线振双折射的测量
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
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。
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
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 t ，则低频磁光调制器系统的输出光强为
I t I0 cos2 +t = I0 / 2 1 cos 2 t (10-10)
L ——光纤的总损耗；
T ,T ——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。
互易补偿信号定义为
S I I T T I I T T
全光纤传感头结构的传感器，强度传递函数为
T
1 2
Re
A
Re B
2
1 2
Im
A
Im B
2
和
T
1 2
Re
A
Re B
2
1 2
Im
A
Im B
2
其中Re x和 Im x 分别表示ｘ的实部和虚部。
(10-29) (10-30) (10-31)
10.3.2 磁光材料非互易性的应用
（1）磁光隔离 1、偏振相关磁光隔离器 2、偏振无关近红外磁光隔离器
（2）磁光环行 1、三端口不完全光环行器 2、四端口完全环行器
10.3.3 磁光存储材料的应用
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 t 为
t t0 sin t
(10-11)
式中t0 是交变法拉第旋转 t的幅度，称为调制幅度。
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
I0 cos2 t0 I0 cos2 +t0 I0 sin 2 sin 2（t0 10-12）
当入射光I 0在记录面反射后，其偏振面对应于向上和向下的磁
化方向将旋转K和K 。如薄膜的反射率为R，其光强表示为
I I0Rsin2 K
(10-32)
其中θ为起偏器的角度。代表“1”和“0”的上、下磁化方向信号差
I 为 ：I0R sin2 K sin2 K I0Rsin 2 sin 2K (10-33)
共轭，对于无损耗系统， M 1。在互易系统中，有 A A_ A 和 B B_ B 。可定义这种传感器的正向强度传递函数为
T
1 2
Re
A
Re B
2
1 2
Im
A
Im B
2
(10-24)
反向强度传递函数则为
T
1 2
Re
A
Re B
2
1 2
Im
A
Im B
2
(10-25)
其中不失普遍性，假定一个偏振器的偏振方向沿坐标轴，另
由式（10-10）、式（10-12）两式可知：
（a）当 t0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
I 45o+t = I0 / 21-sin 2t
（10-13）
I 随 t 作正弦变化。
（b）当β=45°时， t 0=45°磁光调制幅度最大。由式（10-13）
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
=V H gdl
（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。
设光源光强为 I 0，起偏器与检偏器偏振轴夹角为45o，则马吕
斯定律可得：
I I0 cos2
45o
I0 1 sin 2
yx的贡献来源于法拉第旋转，输出端TE模的光强IMO正比
于 yx
2
，所以
IMO
mz
2
IMO
cos2
（10-17）
TE 偏振光的强度与磁化强度的变化量有关，当Ms 的取向垂直
于光的传播方向时，IMO 达到最大值。
（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
45o I
当
时， 为最大。
(10-21)
则两者相位角差
t 2 t 2
(10-22)
这种方法使相位差在 2 180o内能被线性探测。
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
M
A B
B A
(10-2Leabharlann )其中矩阵元 A 和 B 中 号分别表示传播方向，星号表示复
2
(10-19)
在相位探测原理中，起偏器的透光轴以 / 2 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 I s 是被2θ调制的
正弦信号
Is I0 1 sin t 2
其中α为小于1的常数。
(10-20)
从光源中选出参考信号
Ir sin t
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，