磁光晶体
晶体磁光效应
晶体磁光效应引言外加磁场作用所引起材料的光学各向异性称为磁光效应。
1845 年，法拉第（ M. Faraday）在探索电磁现象和光学现象之间的联系时发现：当一束平面偏振光穿过非旋光性介质时，如果给介质沿光的传播方向加上磁场，就会观察到光经过介质后偏振面转过α角度（即磁场使介质具有了旋光性），这种磁光效应称为法拉第效应。
法拉第效应在许多方面都有应用。
它可以作为物质结构研究的手段，比如，根据结构不同的碳氢化合物其法拉第效应的表现不同来分析碳氢化合物;在半导体物理的研究中 , 它可以用来测量载流子的有效质量和提供能带结构的知识；在电工测量中，它还被用来测量电路中的电流和磁场；在激光通讯、激光雷达技术中，利用法拉第效应可制成光频环行器、调制器等重要器件；特别是在激光技术中，利用法拉第效应，可制成光波隔离器或单通器，这些在激光多级放大技术和高分辨激光光谱技术都是不可缺少的器件。
1.实验原理磁光效应的物理起因我们知道，两个同频率的垂直简谐振动能够合成为一个圆运动，同样，一个圆运动可以分解成一对相互垂直的简谐振动。
图1 左右旋圆运动合成直线简谐运动现在我们要讨论的是：一个直线简谐振动可以分解为一对圆运动（即左旋圆偏振和右旋圆偏振为磁光介质中光波的两种传播简谐模式，这就是把一个直线简谐振动分解为一对圆运动的原因）。
如图1，EL和ER是两个大小相等（皆为A）而不变的旋转矢量。
它们的角速度（±ω）大小相等方向相反。
设在t=0 时刻它们沿某一方向重合（图1(a)），由于过任意时刻Δ t 后两个矢量的角位移（±ω t）也大小相等方向相反，它们的合矢量E总保持在原来的方向上（图1(b) ），这时E的瞬时值为：E=2Acosωt由此可见，EL和ER两个旋转矢量合成一个沿直线作简谐振动的矢量E，其振幅为2A，方向永远在EL,ER瞬时位置的角平分线上。
上述结论也可以反过来叙述：即一个沿直线作简谐振动的矢量E，可以分解成一对左、右旋的旋转矢量EL和ER，它们的大小是矢量E 振幅之半，角速度的大小是矢量E的角频率ω.运用这个原理到光学，就是线偏振光可以分解成左、右旋圆偏振光，而左、右旋圆偏振光可以合成为线偏振光。
磁光晶体的法拉第效应
磁光晶体的法拉第效应引言法拉第效应是指当电磁波通过具有非线性光学性质的物质时，会发生光的相位和振幅的变化。
这种变化可以通过磁场来控制，因此被称为磁光效应。
磁光晶体是一种特殊的晶体材料，能够表现出法拉第效应并对磁场敏感。
本文将详细介绍磁光晶体的法拉第效应。
磁光晶体的基本原理磁光晶体是一种具有非线性光学性质的晶体材料，它能够在存在磁场时改变光的传播特性。
这种改变是由于法拉第效应引起的。
法拉第效应法拉第效应是指当电磁波通过介质时，介质中的电子会受到电场力和磁场力的作用而发生偏转。
这种偏转会导致电子云的重分布，进而引起介质折射率和透过率的变化。
磁光效应磁光效应是法拉第效应在具有非线性光学性质的物质中的表现形式。
当光线通过磁光晶体时，磁场会改变晶体中的电子云分布，从而改变晶体的折射率。
这种折射率的变化可以通过改变磁场的强度来控制。
磁光晶体的应用由于磁光晶体具有可控性强、响应速度快等特点，因此在许多领域都有广泛的应用。
光通信磁光晶体可以用作光通信系统中的光开关和调制器。
通过改变磁场的强度，可以控制光信号的传输和调制，实现高速、高效率的数据传输。
显示技术磁光晶体可以用于显示技术中，例如液晶显示器和投影仪。
通过改变磁场，可以调节液晶分子的排列方式，从而实现像素点的开关和调制，显示出不同的图像。
光存储磁光晶体还可以用于光存储技术中。
通过改变磁场，可以控制晶体中折射率的变化，从而实现对光信号的存储和读取。
其他应用除了上述应用领域外，磁光晶体还可以应用于激光器、传感器、光学信息处理等领域。
其可调控性和高速响应的特点使得磁光晶体在这些领域中具有广阔的应用前景。
磁光晶体的发展趋势目前，磁光晶体的研究仍处于初级阶段，存在一些挑战和问题需要解决。
材料选择目前已经发现的磁光晶体材料较为有限，需要进一步研究和发现新的材料。
这些材料需要具有良好的磁光性能，并且易于制备和加工。
增强效应当前磁光效应的强度较低，需要进一步提高效应的增强程度。
三维磁性光子晶体的研究进展探讨
三维磁性光子晶体的研究进展探讨磁性光子晶体指的就是将磁性引入到光子晶体之中。
光子晶体是一种人工的微结构，是由介电材料周期性排列形成的。
在周期性介电结构中，光进行传播的时候和电子在其中传播的时候比较相似。
介电常数增大到与光波长相等的时候，介质的布拉格散射就会出现一些带隙，俗称光子带隙。
光子在这种带隙的区域内的传播是被严格的控制的，在宏观的角度上出现反射率比较大而透射率比较小的情况。
磁性光子晶体就是在晶体的基础上具有磁性，能够衍生出更多的性质，衍生的新性质在多个领域中具有很大的应用价值，比如环形器、光信息存储、隔离器等。
1. 三维磁性光子晶体结构磁性光子晶体根据结构的不同大致可以分为三种，分别为一维磁性光子晶体、二维磁性光子晶体和三维磁性光子晶体。
三维磁性光子晶体的结构更加的复杂，制造工艺和流程的要求比较严格，目前的三维磁性光子晶体结构主要有四种：分别为蛋白石结构、反蛋白石结构、磁性核壳结构、仿生结构等。
1.1蛋白石结构蛋白石结构的组成一般为亚微米或者微米，组成排列的形状是六角最密堆积自组装而成。
微球材质中一般都含有二氧化硅、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯等物质，其中微球的制备方法因为材质的不同而有所差别，二氧化硅微球的制作方法一般是通过Stber法，聚丙乙烯微球的制作方法一般是无皂乳液聚合法。
微球自组装蛋白石结构的光子晶体方法比较多，目前我们实际中应用比较多的就是提拉法和垂直沉积法。
垂直沉积法是在微球的分散液中插入玻璃基底，溶液都会产生蒸发的作用，在毛细力的作用下，微球会在基底的表面形成六角密堆积排列；提拉法是将基底利用机械臂保持一定速度的上提，从而能够有效地控制基底的生长厚度。
1.2反蛋白石结构反蛋白石结构是在蛋白石结构的基础上进行一系列的加工得到的。
蛋白石结构中微球和微球之间都会产生空隙，反蛋白石结构就是将介电材料添加在这些的孔隙之中，导致原来的微球被剔除，从而产生剩余孔隙填充物的结构。
其中对于填充物的选择种类比较多，可以选择金属氧化物，碳、硅等非金属单质，金属或者有机高分子材料等。
磁性光子晶体研究进展
科
磁 性光 子 晶体研 究进 展
苏 大 为 马 佳 宁
（ 尔滨师范大学， 哈 黑龙江 哈 尔滨 １０ ０ ） ５ ００
摘 要： 光子晶体是现在科 学研 究的一个热点问题。 介绍 了光子晶体的概念 和光子 晶体的研究进展 ， 并着重介绍 了 现在光子晶体研究的一个重 要方面— —磁性光子晶体。文章介绍 了磁性光子晶体的研究方法 ， 并且给 出了当前在 实验和理论上所得到的科研 成果 。
关 键 词 ： 子 晶 体 ； ・ 研 究进 展 光 磁Ｐ Ｌ；
在这个带隙 的频段中 ， 晶格周期小于传播波 ｉａ ａ 对于磁 性多层 膜结 构各种物 理性质 的研 材料 的固有 性质主要体现在 磁导率 。Ｓｇｌｓ 制。 这利于器件的微 型化设计 。 等人理论研究 了磁 导率 对 光子晶体频 隙的 的波长 ， 究是 当前凝 聚态物 理学 中 比较 活跃 的研 究领 １ Ｏ ｌ １】 磁性光 子晶体 是由两 种 在过去的几年里 ， 有许多文献 都致 力于含 域 。磁性多层 膜在理论 上也可称为磁性光子 晶 影 响［。在文 献【ｏ中， Ｙ Ｇ 材料 的光子晶体 均为 有带掺杂 的钇铁 石榴石（ Ｉ ） 体 ，是由两种 以上不 同材料 的薄膜周期性地交 铁氧体材料构成 ，磁导璋 和介电常数 ￡ 标量 。文 中推导 了在体系中传播的电磁波的频 磁光性质的理论研究 和实验研究 。这些磁性氧 替 生 长 而 构 成 的 。 光 子 晶 体 的 概 念 是 由 在这种光子晶体 中 ， 化物之所以在 集成磁 光学领域 中被广泛研究和 Ｙ ｂｏｖ ｃｉ Ｊｈ ｔ １８ 年各 自提出的 ， ａｌ ｉ ｈｌ ｏｎ 在 ９ ７ ｎｔ ｌ 和 ￣ 它 带结构 。其分析结果表明 ： 主要是 由于在红外波段具有透 光特性 。 是根据传统的晶体概念类 比而来 的。他们最初 当两种材料 的折射率趋于相等时 ，光子禁带趋 应用阅， 于消失 ；然而 ，当两种材料的折射率差别 变大 Ｉ ｕ 等 人理论分析 了 由铋掺 杂的钇铁石 榴石 ｎ ｅ ｏ 的想法是找到一种材料 能够改变在其 中传播的 Ｂ： Ｇ）薄膜 以及 ＳＯ 、ｉ Ｙ ｉ ＴＯ 薄膜组成 的多层 光子禁带变宽 ， 最大频隙宽度与频隙中心频 （ ｉ Ｉ 光 的性质 ， 就像 我们利用半导体材料改变在其 时， 膜结 构的法拉第效应 和透射性质 。 这些结构 中通过的电子的性质一样 。将介电常数不同的 率 的 比值 高 达 ０８ ．。 也有 随机排列 的。 于随机排列 对 铁氧 体光子 带隙结 构可 用作微 波频率 多 有周期排列的， 介质材料在空 间中周期性排列形成的结构会改 ］ 。它是把 具有不同周期长度和缺 陷 的磁性多层膜 ，可 以通过计算机产生的随机的 变在其间传播 的光的性质 ，由于介电常数存在 路选择 ” 来设置 ，其中 Ｎ为多层膜 的总层 空间上的周期性 ， 以它对光 的折射率同样有 的一维磁性光子晶体拟和在一起制成 的。周期 二进制数 ｂ 所 和 分别对应 磁性层和电 长度不 同 ， 能隙位 置不 同 ； 缺陷不 同 ， 能隙 中缺 数 ，二进制 数中的 １ ０ 周期性分布的影 响，在其中传播的光波的色散 理论分析结果表 明： 当无序膜结构满足 所能传播的电磁波频率不 同。因此 ， 介质层。 曲线也 会形成带状能带结构 ， 叫做光子能带。 光 陷模不 同， 子能带之间可 能出现带 隙，即光子带隙也叫光 电磁波就会有选择的在不同的一维磁性光子 晶 光的非反射条 件时 ，可以获得 比大块铋掺杂的 Ｂ： Ｇ 大 Ｙ ２ 。 １ 从而实现多路选 择的功能。 而且二维 钇铁 石榴石 （ ｉ Ｉ ） 的法拉第旋转角［ １ 当 子禁带。 频率落在 光子禁带 中的光子 ， 在某些方 体 中传播 ， ．／ 磁 １ｚ Ｂ： ＹＩ 在 向上是被严格禁止传播 的。我们把具有光子带 铁氧 体光 子晶体 的带 隙位置 和 宽度具有 可调 入射波 波长 ＾＝１ ５ｍ， 性层 （ ｉ Ｇ） 随机 １ 最大 的法拉 随外加磁场变化【。结合这两种特性可制成 多层膜结构中的填充率为 ４ ％时 ， ｌ ｌ 】 隙的周期性介 电结构 叫做光子 晶体或光子带隙 性 ， １￣￣ ４／ 材料。由于它在微波和光 电子方面具有广 阔的 微波开关。当多路选 择器的带 通频率 刚好偏离 第旋转 角 ＝ ．／ｍ。这是单层铋掺杂的钇铁 Ｂ： Ｇ） Ｙ ．。ｐ ） 比 应用前景 ，光 子带隙材料或光子晶体便成为人 二维铁氧体光子晶体 的带隙频段 时，就可 以作 石榴石 （ ｉ Ｉ 薄 膜（ ＝０２／ ｍ 的 ７倍 ， 为多路选择器使用。通过调节 二维铁氧体光子 周期 排列 的光子 晶体 的法拉第旋转角要 大。当 们广泛进行理论研究和实验研究的主题。 使得上面谈及 的带通频率落 无序结构支持光局域特性时 ，法拉第旋 转角是 般来 讲 ， 光子晶体是 由带隙频率处 于微 晶体的外加磁 场 ， Ｂ： Ｇ 薄膜的 ３０ ［ １ Ｙ ０ 倍 ２ 。结果还指 出 ， １ 波和可 见光频段 的电介质材料或金属材料加工 在带隙频段之中 ， 这样就可 以禁止那些光 的传 单层 （ ｉ Ｉ ） 这种 大的法拉第旋转角强烈依赖膜的结 构。光 而成。对这种光子 晶体 的研究 已经做 了大量 的 播。整个体系就实现 了微波 开关 的功能 。 Ｖ ｓ ｕ 等 人研究 了平行 的铁磁体 圆柱 以 的强局域性可 以通过在两个反射层之间引入一 ａ ｅｒ ｓ 工作Ｍ 。但对磁性光子 晶体特性的研究才刚刚 Ｂ： Ｇ 来获得 。其中 Ｙ 起步。磁性材料可 以通过外加直流磁 场 （ 或温 四方排列形式嵌 入另一 种铁磁性基底之 中的二 个厚度 为 ｄ 的缺陷层（ ｉ Ｉ ） ｋ为 正整 数） Ｂ：Ｉ／ｉ 对 ｉ ＧＳＯ 双 Ｙ ｅ Ｏ和 反射层是 由 ｋ （ Ｅ 度） 来调解 自身 的光学性质 ， 这使得组 分中含有 维 复合 材 料 的 自旋 波谱 ；分 析 了 Ｆ ｆｕ 文献【２对这种结构０ｉ Ｉ ／ｉ ） ２］ ３Ｙ ＧＳＯ￣×ｋ ： 磁性材料 的光子 晶体具有巨大的应用前景 。在 Ｃ ／ｅｍａ ｏ（ 铁合 金 ） ｏＰ ｒ ｌ ｙ 镍 ｌ 两种体 系能 带 的出现 层膜构成 。 Ｂ： ，ＳＯ／ ： Ｇ ｘ 进行 了理论研究 。在入 ＹＩ／ ＢＹ 磁性介质 中传播 的电磁波的另一个重要特性是 与材料的物理参 数的关 系，以及晶格常数和圆 ／ｉ Ｃ （ｉ２ ｉ Ｉ ） ｋ ． ａ 缺陷层厚度 ＝＾ ＝１ ５￣ ， １ 柱填充率对磁子带结构 的影 响啕。从 数值计算 射波波长＾＝１１／ ， 非倒易性 ；倒易性是指当波矢 ｋ改变符号时光 获得 了大 的法拉第旋转角 ＝ ２ ／ ￣。然 一８ ／ ￣ａ 的偏振态也随之改变 （ 左旋 偏振光变为 右旋偏 结果来 看，两种铁磁材料的交换常数有大的差 时， 这种结 构的透射率只有 ２ 。因此 ， ％ 给透射 振 光， 右旋偏振光变为左旋 偏振光） 除磁场外 ， 值是带 隙出现 的必要条件 ；只有当圆柱填充率 而， 。 Ｓｋ ｇｃ ｉ ｕ ｉ ｏ提 ｍｏ 在某一 范围内时， 禁带才会 出现 ， 并且在禁带宽 模 的应用带来 了困难 。 ａ ａｕ ｈ 和 Ｓ ｇ ｔ 温度也是控制磁性材料光学性质的一个重要 因 ｚ － ２ ｑ 。他们在不影 响法拉 素。 随着温度不断上升 ， 当铁磁体的温度超过 了 度随填 充率变化 的曲线 中有一个极大值 ；随着 出解决这种状 况的方 法［ 居里温度 、反铁 磁体和亚铁磁体 的温度超过 了 晶格 常数的增大 ，带隙宽度变窄 ，有些甚 至消 第旋转角 的情况下 ，找到优化这 种磁性 多层膜 奈耳 （ ｅ Ｎｅ ｄ温度 时 ， 磁有 序介质转 变为顺 磁性 失 。其它 的一些文献也对磁子带隙进行了大量 的最佳配置 ，从而提高了透射率。在这 篇文献 的理论研究 ， 如一维磁 性超结 构 、 准一维 磁 中 ， 多层膜结 构是 由 Ｂ： Ｇ磁性层 （ 和 ＳＯ ｉ ＹＩ Ｍ） ｉ 介质 ， 从而改变光的偏振性质 。 以及对称和非对称 的环状 磁 电介质层（ 按 以下两种形式排列组成的 ： Ｇ） 反铁磁体是一种特殊 的弱磁性 物质 ， 就其 性 梳状 周期体 系【 １ ＧＭ： Ｏ ］Ｏ ＧＭ］ ［ Ｇ ＇ ０ ． ＭＧ ［ ＭＧ＂ Ｏ Ｏ ［ ＂ ０ Ｍ］０ ＭＧ］ ‘０ ［ ＇ ， 宏观的磁化率数值而言 ， 于弱磁性 ； 它属 但从其 性 光子 晶体 的磁子带结构［１ １５ ６］ －。 ２Ｍ２ ２ ［０ 】 ［ ２ 【０ Ｍ］’ ０ ＂ ． Ｇ ：０ ＭＧ。 ０ Ｍ】０ Ｇ ＂ ［ ＧＭ］ ０ ０ 微观的磁结构看 ，它又属 于磁矩有序排列的反 Ｂ ｌ 等人 运用传输矩 阵法研究 了简立方 ｅｖ ｏ １ 。 ０ ２ ］ ＭＧ＂ ９ ０ ． 铁磁性。 研究表明 ， 铁磁体 中相邻原子 的磁矩排 密排磁性光子 晶体的非倒易微波带 隙结构［ １ ［０ Ｇ［０ ］ 它 们 是传 统 多 层 膜 结 构 的双
晶体磁光效应
中国石油大学 近代物理实验 实验报告 成 绩：班级： 姓名： 同组者： 教师：晶体磁光效应【实验目的】1. 理解磁光效应的物理意义；2. 掌握法拉第旋转角的测量方法；3. 计算物样品的费尔德常数。
【实验原理】1、法拉第效应实验规律当磁场不是非常强时，法拉第效应中偏振面转过的角度θ，与沿介质厚度方向所加磁场的磁感 应强度B 及介质厚度L 成正比，即：VBL θ= （1—1） 式中比例常数V 叫做费尔德常数，由物质和工作波长决定，它表征物质的磁光特件，随波长λ的 增加而减小。
实验表明，法拉第旋光方向仅由磁场方向决定，而与光的传播方向无关。
2、法拉第效应的旋光角一束线偏振光可以视为两个频率相等，振幅相等的左旋和右旋圆偏振光的叠加，它们在加有磁 场的介质中传播的速度不同，也就是两偏振光在介质中的折射率不同，在介质中通过相同的距离， 产生的相位延迟不同。
设线偏振光的电矢量为R L E E E =+。
角频率为ω，真空中的波长为λ。
L E 的传播速度为L v ，折射率为L n 。
R E 的传播速度为R v ，折射率为R n 。
正入射到磁场中的介质时， 两光振动的相位差为零。
通过长度D 的介质后，出射的线偏振光相对于入射介质前的线偏振光振动 方向转过的角度F α即为法拉第效应的旋转角：[][]D n -n -21R L R L F λπϕϕα== （1—2） 3、法拉第旋转角的计算在磁场作用下，具有能量为()ω的左旋光子所遇到的轨道电子能级机构等于不加磁场时能量为()L V ω∆-的左旋光子所遇到的轨道电子能级结构（其中L eBV 2m∆=），因此有 ()()L L n n V ωω∆=- （1—3） d d ()()()()d d LL L V V n eB nn n n 2m ∆∆ωωωωωω=-≈-=- （1—4）同理，右旋光量子，有：()()R R n n V ωω∆=- （1—5） d d ()()()()d d RR R V V n eB nn n n 2m ∆∆ωωωωωω=-≈-=+ （1—6）把式 (1—5)和式(1—6)代入式(1—3)得：DB ）（V d dnmc 2DBe d dn mc 2DBe λλλωωφ=== （1—7）其中d ()d e nV 2mc λλλ=-，称费尔德常数，它反映了介质材料的光学特性。
晶体的磁光效应
这个测量方法我们称之为磁光调制倍频法。
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实验内容
1．测定样品的θ—B关系。（每点测3次，测量10个点） （1）把待测样品放入电磁铁的磁场中，在不加励磁电流的状态下， 旋转测角仪手轮（检偏器与之同轴旋转），观察示波器显示的波形， 到示波器上出现倍频信号为止，记录下测角仪上的刻度值θo。再给电 磁铁供一励磁电流，此时，通过检偏器的直线偏振光的偏振面将会有 一定的旋转，示波器上显示的倍频信号将会发生变化，需重新微调测 角仪的手轮，直到示波器上重新出现倍频信号时，记录下此状态下的 励磁电流值I1及测角仪上的刻度值θ1。如此重复以上操作过程，得到 不同电流Ii的状态下的θi值，列表记录数据。 （2）取出待测样品，将测量磁感应强度的特斯拉计的探头放入电磁 铁的磁场中，对应列表中的励磁电流Ii，测量其相应的磁感应强度Bi 值。 （3）θi—θo值就是相应的Bi对应下的θ值。以Bi为横坐标，θi为纵坐 标，在直角坐标纸上作θ—B的关系图，验证θ=VBd关系。 2．计算维尔德常数V（T-1· m-1）：V=θ/Bd
设由交变电流产生的交变磁场引起的交变法拉 第旋转角为θ´，则系统的输出光强度为：
2 I (a ) I 0 cos (a ) ( I 0 / 2)[1 cos2(a )]
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θ’
sin t 0
a
I (a ) I 0 cos (a ) (I 0 / 2)[1 cos2(a )]
θ F为光传播方向单位长度的旋转角，称为法拉第旋光率；V叫 维尔德常数；B为磁感应强度
磁光晶体的法拉第效应
磁光晶体的法拉第效应法拉第效应是指在磁场中，光线通过磁光晶体时出现的偏振旋转现象。
磁光效应是许多材料中的一种特殊光学效应，它与磁场的强度和方向有关。
磁光晶体在磁场中产生的法拉第旋转是基于光的偏振态的改变。
磁光晶体是一种具有特殊光学性质的晶体材料。
通过控制磁场的强度和方向，可以改变光线的传播方向和偏振状态。
磁光晶体广泛应用于光通信、光存储和光信息处理等领域。
磁光晶体的法拉第效应是由磁光晶体的磁性和光学性质共同作用而产生的。
当光线通过磁光晶体时，光的偏振方向会发生变化，这种变化与磁场的强度和方向有关。
当外加磁场作用在磁光晶体上时，会引起晶格中的电子重新排列，从而影响光的传播。
磁光晶体的法拉第效应可以分为正法拉第效应和反法拉第效应。
正法拉第效应是指光的偏振方向与磁场的方向相同，光线在通过磁光晶体时逆时针旋转。
反法拉第效应是指光的偏振方向与磁场的方向相反，光线在通过磁光晶体时顺时针旋转。
正、反法拉第效应的大小与磁场的强度和磁光晶体的特性有关。
法拉第效应的大小可以通过法拉第转角来表示。
法拉第转角是指光线通过磁光晶体后偏振方向的改变角度。
法拉第转角与磁光晶体的长度、磁场的强度和偏振方向有关。
法拉第效应的强度与磁光晶体的磁感应强度成正比，与光线的波长和磁光晶体的厚度成反比。
磁光晶体的法拉第效应在光通信和光存储中有着重要的应用。
在光通信中，磁光晶体可以用作光调制器，通过控制磁场的强度和方向来调节光信号的传输速度和方向。
在光存储中，磁光晶体可以用来存储和读取光信号，通过磁场的作用来改变光信号的偏振方向和传播路径。
除了光通信和光存储，磁光晶体的法拉第效应还可以应用于光信息处理和激光器等领域。
在光信息处理中，磁光晶体可以用来处理光信号，实现光信号的调制、滤波和分析等功能。
在激光器中，磁光晶体可以用来调节激光器的输出功率和频率，实现激光器的稳定和调谐。
磁光晶体的法拉第效应是一种基于磁场的光学现象，通过控制磁场的强度和方向，可以改变光线的传播方向和偏振状态。
磁光晶体原理(3篇)
第1篇一、引言磁光晶体是一种具有特殊磁光性质的晶体材料，近年来在光电子领域得到了广泛关注。
磁光晶体利用晶体内部的光学和磁学相互作用，实现光波在晶体中的传播和调制。
本文将详细介绍磁光晶体的原理、特性及其应用。
二、磁光晶体原理1. 磁光效应磁光效应是指当晶体受到外磁场作用时，其折射率发生变化的现象。
这种现象是由晶体内部电子的磁矩在外磁场作用下发生进动所引起的。
根据磁光效应的机理，磁光晶体可以分为两类：一类是法拉第磁光效应，另一类是磁光克尔效应。
2. 法拉第磁光效应法拉第磁光效应是指当线偏振光通过具有磁光性质的晶体时，其偏振面发生旋转的现象。
这种现象是由晶体内部电子的磁矩在外磁场作用下发生进动所引起的。
法拉第磁光效应的原理可以用以下公式表示：Δn = (1/2)γBv其中，Δn表示折射率的变化量，γ表示电子的旋磁比，B表示外磁场强度，v表示光波在晶体中的传播速度。
3. 磁光克尔效应磁光克尔效应是指当线偏振光通过具有磁光性质的晶体时，光波在晶体中传播过程中，部分光波被分解为正交的两个偏振分量，其中一个分量在晶体中传播速度减慢，另一个分量传播速度加快。
这种现象是由晶体内部电子的磁矩在外磁场作用下发生进动所引起的。
磁光克尔效应的原理可以用以下公式表示：Δn = (1/2)γB^2v其中，Δn表示折射率的变化量，γ表示电子的旋磁比，B表示外磁场强度，v表示光波在晶体中的传播速度。
三、磁光晶体的特性1. 磁光克尔效应的强度与外磁场强度、晶体厚度、光波波长等因素有关。
2. 磁光克尔效应具有方向性，即只有当外磁场方向与光波传播方向一致时，磁光克尔效应才明显。
3. 磁光克尔效应具有非线性特性，即当外磁场强度增大时，磁光克尔效应的强度也随之增大。
4. 磁光克尔效应具有温度依赖性，即当温度升高时，磁光克尔效应的强度降低。
四、磁光晶体的应用1. 光通信：磁光晶体可用于光通信系统中，实现光信号的调制、解调、放大等功能。
2. 光存储：磁光晶体可用于光存储系统中，实现数据的高速读写。
一维磁光子晶体的光学和法拉第磁光效应的研究
Ａｂｓｒ ｃ ｔ ａ ｔ：Ｔｈ ×４ ｔａ ｓ ｓ ｉｎ ｍａｒｘ ｍｅｈ ｄ ｈ ｓｂ ｅ ｅ ｕ ｅ ｎ ｄｅａｌ ｅ４ ｒ ｎ ｍｉｓｏ ｔｉ ｔ ｏ ａ ｅ ｎ ｄ ｄ ｃ ｄ ｉ ｔ ｉ．Ｂａ ｅ ｎ ｔ ｉ ｔ ｏ ｓ ｄ ｏ ｈ ｓｍｅ ｈ ｄ． ｔ ｅ ｏ ｔｃ ｌａ ｄ ｍａ ｎ ｔ ・ ｐ ｉａ ｒ ｐ ｒｉｓ ｆｔ ｒ ｅ ｄ ｆｅ ｅ ｔ ｓｒ ｃｕ ｅ ｆ ｏ ｅ－ｉ ｎｓｏ ａ ｇ ｅｏ－ ｈ ｐ ｉａ ｎ ｇ ｅｏ－ ｔｃ ｌｐ ｏ ｅ ｔｅ ｏ ｈ ｅ ｉｆｒ ｎ ｔｕ ｔ ｒ ｓ ｏ ｎ ・ ｍｅ ｉ ｎ ｌ ｍａ ｎ ｔ－ ｏ ｄ ｐ ｏ ｏ ｉ ｒ ｓａｓ ｈ ｖ ｅ ｎ ｓｕ ｉｄ．Ｔｈ ｉｔｉ ｕ ｉｎ ｏ ｈ ｌｃ ｒｃ ｆｅｄ ｉ ｈ ｒ ｓａ ａ ｅ ｎ ａｓ ｈ ｔｎ ｃ ｃ ｙ ｔｌ ａ ｅ ｂ ｅ ｔ ｄ ｅ ｅ ｄ ｓｒｂ ｔ ｆｔ ｅ ｅｅ ｔｉ ｌ ｎ ｔ ｅ ｃ ｙ ｔ ｌｈ ｓｂ ｅ ｌｏ ｏ ｉ
第 ２ 卷第 １ ６ 期
２１ ００年 １ 月
苏
州
大
学
学
报（ 自然科学版 ）
Ｖ０ ６ Ｎｏ １ Ｌ２ ．
Ｊ Ｕ Ｎ Ｌ Ｏ Ｕ Ｈ Ｉ Ｅ ＳＴ Ｎ Ｔ Ｒ Ｃ Ｅ Ｃ Ｄ Ｔ Ｏ Ｏ Ｒ Ａ Ｆ Ｓ Ｚ ＯＵ ＵＮ Ｖ Ｒ ＩＹ（ Ａ Ｕ ＡＬＳ Ｉ Ｎ Ｅ Ｅ Ｉ Ｉ Ｎ）
行了研究 ， 并讨论晶体内 电场的空间分布情 况． 中心波长 ７ ０ ｍ处 ， 在 ２ｎ 同时得 到了较高 的光透射 率和法拉第旋
转角．
关键词 ： 磁光子 晶体 ； 传输矩阵； 法拉第效应 ； 电场 空间分布
中 图分 类 号 ： ７ ４ １ ０ ３ ． 文 献标 识 码 ： Ａ 文章 编 号 ： ０ ２ ７ （ ００ ０ — ０ ０— ７ １ ０— ０ ３ ２ １ １ ０ ７ ０ ０ Ｊ
磁光晶体概念板块
磁光晶体概念板块
磁光晶体是一种具有磁性和光学特性的材料，它可以通过外加磁场来改变光的传播行为。
磁光晶体在光通信、光存储、光传感等领域具有重要应用。
磁光晶体的概念板块可以从以下几个方面来介绍：
1. 磁光效应：磁光效应是磁光晶体的重要特性，它指的是磁场对光的传播行为的影响。
通过外加磁场，可以改变磁光晶体中的光的偏振状态、折射率和吸收特性等。
常见的磁光效应包括Faraday效应和Kerr效应。
2. 磁光晶体的结构：磁光晶体一般由含有过渡金属离子的晶体构成，这些离子的磁矩可以通过外加磁场进行定向或翻转，从而改变光的传播行为。
常见的磁光晶体材料包括铁镁锌铌酸盐、钛酸锶铋等。
3. 磁光晶体的应用：磁光晶体具有重要的应用价值。
在光通信领域，磁光晶体可以用于构建光纤光学开关、光学调制器等设备，实现高速光信号的调控和传输。
在光存储领域，磁光晶体可以作为存储介质，通过磁场调控光的信息的读写和擦除。
在光传感领域，磁光晶体可以用于构建高灵敏度的光学传感器，检测磁场强度或其它环境参数。
总之，磁光晶体是一种具有磁性和光学特性的材料，可以通过外加磁场来调控光的传播行为，具有广泛的应用前景。
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光纤电流传感器示意图
Байду номын сангаас
激光束通过光纤，并经起偏器产生偏振光，经自聚焦 透镜人射到磁光晶体:在电流产生的外磁场作用下，偏振 面旋转θF角度；经过检偏器、光纤，进入信号检测系统， 通过对θF的测量得到电流值。 当设置系统中两偏振器透光主轴的夹角为45°，经 过传感系统后的出射光强为: l=(Io／2)(1+sin2θF) 式中：Io为入射光强．通过对出射光强的测量，就可以 得出θF，从而可测出电流的大小。 此外，基于磁光晶体材料制作的其他一些器件： 如激光陀螺、微波器件、 YIG单晶、 TGG单晶等。
克尔磁光效应示意图
塞曼效应示意图
近几年各种磁光晶体材料的研发以及数据
TGG单晶制备—提拉法
TGG是由福建福晶科技股份有限公司（CASTECH）在2008年研发 出来的晶体。 TGG单晶是用于制作法拉第旋光器与隔离器的最佳磁光材料，适 用波长为400-1100nm（不包括470-500nm）。法拉第旋光器由TGG 晶棒和一个特殊设计的磁体组成。穿过磁光材料的光束的偏振方向将 在磁场作用下发生偏转，其偏转方向只与磁场方向有关，与光束传播 方向无关。光隔离器由一个45度偏转的旋光器和一对适当放置的偏振 器组成，它使光束仅能沿一个方向通过，而阻断反向传播的光束。
2、光纤电流传感器
现代工业的高速发展，对电网的输送和检测提出了更高的要求， 传统的高压大电流的测量手段将面临严峻的考验．随着光纤技术和材料 科学的发展而发展起来的光纤电流传感系统，因具有很好的绝缘性和抗 干扰能力，较高的测量精度，容易小型化，没有潜在的爆炸危险等一系 列优越性，而受到人们的广泛重视．光纤电流传感器的主要原理是利 用磁光晶体的法拉第效应．根据F=V。lHL，通过对法拉第旋转角0F的 测量，可得到电流所产生的磁场强度，从而可以计算出电流大小．由于 光纤具有抗电磁干扰能力强、绝缘性能好、信号衰减小的优点，因而在 法拉弟电流传感器研究中，一般均采用光纤作为传输介质，其工作原理 如下图：
五、发展趋势
磁光晶体材料的发展面临着一定的难题，主要在于 新晶体的发现方面。如：传统的YIG钇铁石榴石无法用于 可见波段;现在的晶体材料不适宜制成大体积块材且不能 形成复杂的形状;其晶体可应用范围不够宽广，有着一定 局促性。因此，面对着种种的难题，我们主要的发展趋势 就在于提高材料的本证法拉第旋转等磁光效应已增加器件 效能。尽可能降低材料的光损耗和波长温度敏感系数，扩 展器件对环境的适应力，促进块状磁光晶体生长技术的突 破，加快新晶体的发现等等。随着世界范围内光纤通信网 络的迅速普及, 小型化、高灵敏度、低损耗将成为我们前 进的主要方向。其稳定性、高效性也必将继续是我们研究 的主要方向之一。
法拉第效应示意图
克尔磁光效应
• 克尔磁光效应就是入射的线偏振光在已磁化的物质表面反射时，振动
面发生旋转的现象，1876年由J.克尔发现。 • 克尔磁光效应分极向、纵向和横向三种，分别对应物质的磁化强度与 反射表面垂直、与表面和入射面平行、与表面平行而与入射面垂直三 种情形。极向和纵向克尔磁光效应的磁致旋光都正比于磁化强度，一 般极向的效应最强，纵向次之，横向则无明显的磁致旋光。 • 克尔磁光效应的最重要应用是观察铁磁体的磁畴（见磁介质、铁磁 性）。不同的磁畴有不同的自发磁化方向，引起反射光振动面的不同 旋转，通过偏振片观察反射光时，将观察到与各磁畴对应的明暗不同 的区域。用此方法还可对磁畴变化作动态观察。
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四、磁光晶体材料的应用领域
磁光晶体材料具有较大的纯法拉第效 应，使用波长的吸收系数低，磁化强度和 磁导率高。主要应用于制作光隔离器、光 非互易元件、磁光存储器及磁光调制器、 光纤通信与集成光学器件、计算机存储、 逻辑运算和传输功能、磁光显示、磁光记 录、微波新型器件、激光陀螺等。
基于磁光晶体材料制作的一些器件 介绍
六、结论
磁光晶体材料的应用带给我们的财富是巨大 的。至今为止，随着晶体的研究与发展，对晶体 材料的逐步了解让我们生活得到了质的飞跃，并 且在将来将会继续发现新的晶体材料，使用的性 能也将更优异，应用范围将更加广阔。 总而言之，晶体不仅是美丽的，而且也是有用 的。是人类的宝贵财富，我们现在的认知也还在 于冰山一角，还有很多领域需要我们去探索研究。
磁光晶体材料
主讲：黄杰鹏
组员：许恒杰 王世立 黄镇元 黄杰鹏
目录：
• 一、磁光晶体介绍 • 二、基本原理 • 三、磁光晶体制备 • 四、磁光晶体材料的应用领域 • 五、发展趋势 • 六、结论
磁光晶体材料的发现
历史上对光和磁的关系的探索也是一个很重 要的问题，虽则这个问题没有电磁现象那样突出， 但是就其所达到的理论高度和为之所以付出的努 力而言，前者是不逊于后者的。 人类对光磁的关系的认识，是从晶体的自然 旋光性现象开始的，阿喇戈发现的偏振光通过石 英晶体的旋转现象（1811年）和法拉第发现的电 磁旋转现象（1821年）是一组类似的现象。后来 经过一系列的实验与实践，磁光材料被开始应用 于器件的制作，磁光晶体也在其中逐渐发现并加 以应用。
磁光晶体的定义
定义：晶体在外磁场的作用下，线偏振光通 过该晶体时光的偏振面发生旋转的现 象称为法拉第效应，此种晶体称为磁 旋光晶体，简称磁光晶体。
3D电影原理：
偏光式3D是利用光线有“振动方向”的原理来分解原始图像的， 先通过把图像分为垂直向偏振光和水平向偏振光两组画面，然后3D眼 镜左右分别采用不同偏振方向的偏光镜片，这样人的左右眼就能接收 两组画面，再经过大脑合成立体影像。
1、光隔离器
光隔离器是一种只允许单向光通过的无源光器件， 其工作原理是基于法拉第旋转的非互易性。通过光纤回波 发射的光能够被光隔离器很好的隔离。光隔离器主要利用 磁光晶体的法拉第效应。 光隔离器的特性是：正向插入损耗低，反向隔离度 高，回波损耗高。光隔离器是允许光向一个方向通过而阻 止向相反方向通过的无源器件，作用是对光的方向进行限 制，使光只能单方向传输，通过光纤回波反射的光能够被 光隔离器很好的隔离，提高光波传输效率。
法拉第效应
1845 年法拉第（Michal Faraday）发现玻璃在强磁场的作用下具有 旋光性，加在玻璃棒上的磁场引起了平行于磁场方向传播的线偏振光偏 振面的旋转。此现象被称为法拉第效应。也称磁致旋光，将物质放在磁 场中时，出现旋光性的现象。偏振面的旋转角与磁场强度和光在物质中 传播的距离成正比。
其主要优点：
TGG单晶具有大的磁光常数、高热导性、低的光损失和高激光损 伤阈值，广泛应用于YAG 、掺Ti蓝宝石等多级放大、环型、种子注入 激光器中。
提拉法
• 又称丘克拉斯基法，是丘克拉斯基(J.Czochralski)
在1917年发明的从熔体中提拉生长高质量单晶的 方法。这种方法能够生长无色蓝宝石、红宝石、 钇铝榴石、钆镓榴石、变石和尖晶石等重要的宝 石晶体。 提拉法的基本原理：提拉法是将构成晶体的原料 放在坩埚中加热熔化，在熔体表面接籽晶提拉熔 体，在受控条件下，使籽晶和熔体在交界面上不 断进行原子或分子的重新排列，随降温逐渐凝固 而生长出单晶体。
知识延伸——什么是
偏振光
• 光是一种电磁波，电磁波是横波。而振动
方向和光波前进方向构成的平面叫做振动 面，光的振动面只限于某一固定方向的， 叫做平面偏振光或线偏振光。
二、基本原理
磁光效应：磁光效应是指处于磁化状态的物 质与光之间发生相互作用而引起 的各种光学现象。包括法拉第效 应、克尔磁光效应、塞曼效应和 科顿-穆顿效应等。这些效应均 起源于物质的磁化，反映了光与 物质磁性间的联系。