磁光材料与其原理

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 t 0
是交变法拉第旋转
的幅度，称为调制幅度。
t
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）
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
10.3 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)
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
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）
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
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
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；
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
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
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
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)
(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
（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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ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。
10.2 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