2-7稀土磁光材料

M
H
N
把磁性物质的样品，放在两个正交的偏振片之间， 把磁性物质的样品，放在两个正交的偏振片之间，沿光传播 方向加磁场 H，则发现线偏光通过样品后，振动面旋转过一 ，则发现线偏光通过样品后， 个角度 θ，实验表明：
θ = VHl
V叫做费尔德 叫做费尔德(Verdet)系数。 系数。 叫做费尔德 系数 称为磁致旋光现象。 称为磁致旋光现象
由白光源发出的光,经单色仪后变为单色光 通过起 由白光源发出的光 经单色仪后变为单色光,通过起 经单色仪后变为单色光 偏器后成单色线偏振光。 偏器后成单色线偏振光。待测样品置于绕有励磁线 圈的电磁铁中，光顺着或逆着磁场方向透过样品。 圈的电磁铁中，光顺着或逆着磁场方向透过样品。 当励磁线圈中没有电流时， 当励磁线圈中没有电流时，调节检偏器的方向与起 偏器的偏振方向正交，此时发生消光现象， 偏器的偏振方向正交，此时发生消光现象，光电检 测器不到光信号。通入励磁电流产生磁场后， 测器不到光信号。通入励磁电流产生磁场后，由于 磁光旋转，一部分光将透过检偏器进入光电检测， 磁光旋转，一部分光将透过检偏器进入光电检测， 再次调节检偏器的方向直至消光， 再次调节检偏器的方向直至消光，测得检偏器转过 的角度θ即为待测样品的磁光旋转角。 的角度θ即为待测样品的磁光旋转角。这种以消 光作为测量参考点的方法叫消光法， 光作为测量参考点的方法叫消光法，这是磁光旋转 的最基本测量方法。 的最基本测量方法。
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（2）完全偏振光 ）
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（a）线偏振光 ） 光矢量端点的轨迹为直线， 光矢量端点的轨迹为直线，即光矢量只沿 着一个确定的方向振动，其大小、方向不变， 着一个确定的方向振动，其大小、方向不变， 称为线偏振光。 称为线偏振光。 （b）椭圆偏振光 ） 光矢量端点的轨迹为一椭圆， 光矢量端点的轨迹为一椭圆，即光矢量不 断旋转，其大小、方向随时间有规律的变化。 断旋转，其大小、方向随时间有规律的变化。 （c）圆偏振光 ） 光矢量端点的轨迹为一园， 光矢量端点的轨迹为一园，即光矢量不断 旋转，其大小不变， 旋转，其大小不变，但方向随时间有规律地 变化。 变化。
5 ）塞曼效应
光源在强磁场（105~106A/m）中发射 光源在强磁场（ ） 的谱线， 的谱线，受到磁场的影响而分裂为几 条，分裂的各谱线间的间隔大小与磁 场强度成正比的现象，称为塞曼效应。 场强度成正比的现象，称为塞曼效应。
6 ）磁激发光散射
轴方向施加一恒磁场， 在Z轴方向施加一恒磁场，磁化强度 绕Z 轴方向施加一恒磁场 磁化强度Ms绕 轴进动， 在 轴的分量 轴的分量Mz＝常数， 轴进动，Ms在OZ轴的分量 ＝常数，在 YOZ平面里的旋转分量为 k(ωk)为本征进动 平面里的旋转分量为m 平面里的旋转分量为 为本征进动 频率的自旋波磁振子。当沿OY轴有光传播， 轴有光传播， 频率的自旋波磁振子。当沿 轴有光传播 则沿OX轴有电厂强度分量 （ ω ）并与 则沿 轴有电厂强度分量Ex（ 轴有电厂强度分量 mk(ωk)发生相互作用，结果是在 轴方向产 发生相互作用， 发生相互作用 结果是在OZ轴方向产 生电极化强度分量Pz(ω ±ωk)的辐射就构成 生电极化强度分量 的辐射就构成 一级拉曼散射 拉曼散射。 一级拉曼散射。
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1.光的偏振性 光的偏振性
振动方向对于传播方向的不 对称性叫做偏振， 对称性叫做偏振，它是横波 区别于其他纵波的一个最明 显的标志，只有横波才有偏 振现象。光波是电磁波， 振现象。光波是电磁波，因 此，光波的传播方向就是电 磁波的传播方向。 磁波的传播方向。光波中的 电振动矢量E和磁振动矢量 和磁振动矢量H 电振动矢量 和磁振动矢量 都与传播速度v垂直 垂直， 都与传播速度 垂直，因此 光波是横波，它具有偏振性。 光波是横波，
1、磁光效应及表征 、
磁光效应： 磁光效应：
在外加磁场的作用下，物质的电磁特性 外加磁场的作用下，物质的电磁特性 的作用下 磁导率，介电常数，磁化强度， （如磁导率，介电常数，磁化强度，磁畴结 磁化方向等 会发生变化， 构，磁化方向等）会发生变化，因而使通向 该物质的光的传输性（ 偏振状态，光强， 该物质的光的传输性（如偏振状态，光强， 相位，频率，传输方向等 相位，频率，传输方向等）也会随着发生变 化。 光通向磁场或磁矩作用下的物质时， 光通向磁场或磁矩作用下的物质时，其传 输特性发生的变化称为磁光效应 磁光效应。 输特性发生的变化称为磁光效应。
（2）磁光旋转的测量 消光法 ）磁光旋转的测量-消光法 在不同波长下测量磁光旋转的简单示意如图。 在不同波长下测量磁光旋转的简单示意如图。
其中， 为白光源 为白光源， 为单色仪 为单色仪， 为起偏器 为起偏器,S为待测样 其中，L为白光源，M为单色仪，P1为起偏器 为待测样 为仪的检偏器 为光电检测器 为带有测角仪的检偏器 为光电检测器.
（1）自然光 ）
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在垂直于光传播方向的平面上， 在垂直于光传播方向的平面上，光矢量在各 个可能方向上的取向是均匀的， 个可能方向上的取向是均匀的，光矢量的大 方向具有无规律性变化， 小、方向具有无规律性变化，这种光称为自 然光，也称为非偏振光。 自然光可以沿着与光传播方向垂直的任意 方向上分解成两束振动方向相互垂直、 方向上分解成两束振动方向相互垂直、振幅 相等、无固定相位差的非相干光。 相等、无固定相位差的非相干光。
2.9 稀土磁光材料 Rare Earth magnetooptical material
一、稀土磁光材料
磁光效应和磁光材料 稀土磁光材料的来源及性能特点 稀土铁石榴石磁光材料 钆镓石榴石磁光材料
磁光材料： 磁光材料： 在紫外到红外波段， 在紫外到红外波段，具有磁光效应的光 信息功能材料。 信息功能材料。 稀土磁光材料是一种新型的光信息功能 稀土磁光材料是一种新型的光信息功能 材料，利用这类材料的磁光特性以及光， 材料，利用这类材料的磁光特性以及光，电， 磁的相互作用和转换， 磁的相互作用和转换，可制成具有各种功能 的光学器件。 的光学器件。
4 ）磁圆振、磁线振二向色性 磁圆振、
磁圆振二向色性发生在光沿平行于磁化强度 磁圆振二向色性发生在光沿平行于磁化强度 平行于 Ms方向传播时，由于铁磁体对入射线偏振光 方向传播时， 方向传播时 的两个圆偏振态的吸收不同， 的两个圆偏振态的吸收不同，一个圆偏振态 的吸收大于另一个圆偏振态的吸收， 的吸收大于另一个圆偏振态的吸收，结果造 成左、右圆偏振态的吸收有差异， 成左、右圆偏振态的吸收有差异，此现象称 为磁圆二向色性。 为磁圆二向色性。 磁线振二向色性发生在光沿着垂直于 垂直于磁化强 磁线振二向色性发生在光沿着垂直于磁化强 方向传播时， 度Ms方向传播时，铁磁体对两个偏振态的吸 方向传播时 收不同， 收不同，两个偏振态以不同的衰减通过铁磁 这种现象称为磁线振二向色性。 体，这种现象称为磁线振二向色性。
3 ）科顿 穆顿效应 科顿-穆顿效应 (磁双折射效应 磁双折射效应) 磁双折射效应
当线偏振光垂直于磁化强 度矢量方向透通铁磁晶体 时，光波的电矢量分成 两 束，一束与磁化强度矢量 平行，称为正常光波。 平行，称为正常光波。另 一束与磁化强度矢量垂直， 一束与磁化强度矢量垂直， 称非正常光波。 称非正常光波。产生相位 差δ，两种光在铁磁体内 的折射率不同， 的折射率不同，产生双折 射现象。 射现象。
拉曼散射（ 拉曼散射（Raman scattering） ） 光通过介质时由于入射光与分子运动相 互作用而引起的频率发生变化的散射。 互作用而引起的频率发生变化的散射。又称 拉曼效应。 拉曼效应。
7）霍尔效应 ）
通有电流的铁磁体置于均匀磁场中， 通有电流的铁磁体置于均匀磁场中，如果磁 场的方向与电流的方向垂直， 场的方向与电流的方向垂直，载流子在磁场 中受洛伦兹力的作用，它就会发生在垂直于 中受洛伦兹力的作用， 磁场和电流的两个方向的偏移， 磁场和电流的两个方向的偏移，样品的两端 之间产生电场E 这种现象称为霍尔效应。 之间产生电场 H，这种现象称为霍尔效应。
主要应用：调制器、隔离器、 主要应用：调制器、隔离器、环形 器、磁光开光、偏转器、相移器、 磁光开光、偏转器、相移器、 光信息处理机、显示器、存贮器、 光信息处理机、显示器、存贮器、 激光陀螺偏频磁镜、磁强计，磁光 激光陀螺偏频磁镜、磁强计， 传感器，印刷机，录像机， 传感器，印刷机，录像机，模式识 别机，光数头，光盘，光波导等。 别机，光数头，光盘，光波导等。
1 ）磁光法拉第效应
当线偏振光沿着磁场方向或磁化强度矢量 线偏振光沿着磁场方向或磁化强度矢量 方向传播时，由于左、 方向传播时，由于左、右圆偏振光在铁磁 体中的折射率不同， 体中的折射率不同，使偏振面发生偏转角 此现象称为法拉第效应。 度，此现象称为法拉第效应。
（1）磁旋光效应及其非互易性 ） 法拉第效应又称磁旋光效应。 法拉第效应又称磁旋光效应。当偏振光通过 一个处于磁场大小为H的顺磁性或逆磁性材料 一个处于磁场大小为 的顺磁性或逆磁性材料 透射光偏振方向的旋转角θ 后，透射光偏振方向的旋转角θ正比于磁场大 和材料的厚度L 小H和材料的厚度L，
当一束偏振态为A的线 当一束偏振态为 的线 偏振光沿磁化强度M方 偏振光沿磁化强度 方 向传播， 向传播，即争相通过磁 旋光材料时， 旋光材料时，将产生一 法拉第旋转θ使光的偏 法拉第旋转 使光的偏 振态变为B。 振态变为 。 当偏振态为B的偏振光 当偏振态为 的偏振光 反响通过该磁旋光材料 时，其偏振态将不再变 为A，而继续旋转 角变 ，而继续旋转θ角变 为偏振态C。这样C的 为偏振态 。这样 的 偏振方向为A 偏振方向为 的2 θ角。 角 这就是磁光效应的非互 易性。 易性。
（3）部分偏振光 ）
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在垂直于光传播方向的平面上，含有各种 振动方向的光矢量，但光振动在某一方向更 显著，不难看出，部分偏振光是自然光和完 全偏振光的叠加。
2. 磁光效应及表征
1） 磁光法拉第 ） 磁光法拉第(Farady)效应 效应 2）科顿-穆顿效应 ）科顿 穆顿效应 3 ）磁圆振、磁线振二向色性 磁圆振、 4 ）塞曼效应 塞曼效应(Zeeman) 5 ） 磁激发光散射 6 ） 磁光克尔效应 7 ） 霍尔效应