磁光效应(Magneto-optic Effect)
目录 |
磁光效应是指由于磁场的作用使某些介质具有旋光性的效应[1]。它是光与具有磁矩的物质相互作用而产生的一系列现象。磁光效应包括法拉第效应、克尔效应、塞曼效应、磁线振双折射等。法拉第效应和克尔效应是研究最多、应用最广的磁光效应[2]。
虽然法拉第早在1845年就发现了磁光效应，但在其后相当长的时间内并未获得实质性的应用，只是不断在发现新的磁光效应和建立初步的磁光理论。直到1956年，贝尔实验室的狄龙等在偏光显微镜下，应用透射光观察到钇铁石榴石单晶材料中的磁畴结构，才使得磁光效应的研究向应用领域发展。特别是2O世纪6O年代初，由于激光的诞生及光电子技术的开发，对物质的磁性和磁光性能的研究才走上快速发展道路。钇铁石榴石晶体是美国的贝尔公司在1958年首先研究成功的新型磁光材料。1972年田炳耕用液相外延法研制成功单晶薄膜式磁光材料，这是磁光材料发展的一个重要的突破。随着磁光理论的逐步完善和大量的磁光材料被研究合成，许多磁光器件被研制出来，如磁光调制器、磁光隔离器、磁光传感器、磁光环行器和磁光盘存储器等。
1.磁光调制器
磁光调制器是利用偏振光通过磁光介质，透射光的偏振面发生旋转来调制光束。磁光调制器的应用非常广泛，可作红外检测器的斩波器，可制成红外辐射高温计、高灵敏度偏振计等。磁光调制器的原理是将电信号先转换成与之对应的交变磁场，由磁光效应改变在介质中传输的光波的偏振态，从而达到改变光强等参的目的。
2.磁光隔离器
随着光纤通信、光信息处理和磁光记录等技术的高速发展，光源的稳定性就显得至关重要。各种反射光都会严重干扰光源的正常输出，从而影响了整个系统的正常工作。磁光隔离器就是防止反向传输的干扰光对光源的影响，提高系统的工作稳定性。光隔离器的工作原理：当光正向入射时，通过起偏器后成为线偏振光，再通过磁光介质与外磁场使光的偏振方向右旋45度，并恰好能通过与起偏器成45度放置的检偏器。而对于反向光，由检偏器射入的线偏振光经过放置介质时，偏转方向也右旋转45度，从而使反向光的偏振方向与起偏器方向成9O度，无法通过起偏器，从而实现正向通过，反向隔离的目的。
3.磁光传感器
现代工业的高速发展，对电网的输送和检测的要求更高。如今电测技术日趋成熟，由于电测技术具有精度高、便于微机相连实现自动实时处理等优点，已经广泛应用在电气量和非电气量的测量中。光纤电流传感器具有很好的绝缘性和抗干扰能力以及较高的测量精度，容易小型化。磁光效应传感器就是利用激光技术发展而成的高性能传感器。光纤电流传感器是根据法拉第效应原理，当一束线偏振光通过置于磁场中的磁光材料时，光的偏振方向发生改变来实现传感器的功能。磁光效应传感器作为一种特定用途的传感器，能够在特定的环境中发挥自己的功能，也是一种非常重要的工业传感器。
4.磁光记录
磁光记录是近年来发展起来的高新技术，是存储技术的一大飞跃发展。磁光记录是目前最先进的信息存储技术，它兼有磁记录和光记录两者的优点，磁光记录兼有光记录的大容量和磁记录的可重写性。磁光存贮是通过激光的热效应，改变稀土非晶合金薄膜的磁化矢量的取向，产生磁化矢量垂直于膜面的磁畴，利用该磁畴进行信息的写入。改变施加的磁场方向，经过同一激光的作用后就可逐点擦除已被记录的信息。磁光记录的读出是利用磁光克尔效应对记录信号进行读出。
5.磁光环行器
随着光纤通信技术在通信领域的应用，具有光的非互易性和自光行进方向耦合端循环的磁光环行器被广泛应用于光纤通信技术中。利用环行器可在一根光纤内传输两个不同方向的信号，从而大大减小了系统的体积和成本。磁光环行器一般为四端环行器，光从端口1→2→3→4→1进行传输。四端环行器由一对偏振光分束器、全反射棱镜、45度石英旋转器、45度法拉第旋转器组成。随着时代的进步、科学技术的发展，对磁光特性的研究必将日益深入，新的磁光材料也会不断被发现，磁光学必将获得更大的发展，磁光材料、器件和测量技术将会展现出更广阔的应用空间。