讲课磁光效应及其应用.
《磁光效应及其应用》课件
磁光盘的制作和读取原理
磁光盘利用激光束通过改变磁性材料的磁性状态来写入和读取数据。掌握了 这个原理，就能制作高质量的磁光盘。
磁光盘储存介质的特性及分类
磁光盘的储存介质具有高度的热稳定性、抗腐蚀性和抗辐射性。根据不同的 特性和用途，可以将磁光盘分为不同的分类。
磁Байду номын сангаас盘技术的优缺点
优点
高密度存储、长期稳定性、快速访问速度
缺点
成本较高、制作过程复杂、读写速度相对较慢
磁光技术的未来发展方向
1 容量增加
通过改进储存介质和读写技术，增加磁光盘的存储容量。
2 速度提升
研究新的光学和磁性材料，以实现更快的数据读写速度。
3 降低成本
研究新的制作工艺和材料，以降低磁光盘的制作成本。
磁光技术在实际应用中的案例分析
数据中心
磁光技术在数据中心中的应用， 提供了高容量和高速度的数据存 储解决方案。
《磁光效应及其应用》 PPT课件
这个PPT课件将向您介绍磁光效应，磁光存储技术以及它们在实际应用中的 重要性和未来发展。
磁光效应简介
磁光效应是一种通过操纵磁性材料的光学性质来实现数据存储和读取的现象。 它是一种高效、可靠的存储技术。
磁光存储技术
磁光存储技术结合了磁性材料的可编程性和光学盘的高密度存储能力。它具有超高容量、长期稳定性和快速访 问速度的优点。
医疗记录
档案存档
磁光盘在医疗记录存档中的应用， 确保了数据的长期保存和快速访 问。
磁光技术在档案存档领域的应用， 保护了重要信息的安全性和可靠 性。
磁光效应简介
法拉第反射是光在磁场中反射时，偏振面发生旋转的现象。这种现象是由于光 在磁场中反射时，磁场所引起的偏振面旋转角与光反射距离成正比。
磁光克尔效应
总结词
磁光克尔效应是磁光效应的一种 ，在光学测量和光学通信等领域 有重要应用。
详细描述
磁光克尔效应是指在外加磁场作 用下，某些非中心对称晶体或各 向异性媒质中，由于光偏振方向 改变而引起折射率变化的现象。
光学数据加密
利用磁光效应可以对数据进行加密和解密，提高数据的安全性。
光学检测领域的应用
光学传感
利用磁光效应可以设计出各种光学传感器，用于测量物理量的变化，如磁场、温度、压力等。
非线性光学效应
磁光效应可以增强非线性光学效应，如光学倍频、光学参量放大等，为光学检测提供了新的手段。
其他领域的应用
激光雷达
2. Phelan, T. W., & Ritz, T. (2007). Magneto-optic effects in semiconductor quantum dots. Journal of applied physics, 101(6), 063102.
3. Sivak, D. A., & Zhang, X. (2012). Magneto-optic effects in thin film garnets. Journal of magnetism and magnetic materials, 324(20), 3395-3400.
磁光效应的实验研究
近年来，实验研究主要集中在利用磁光效应进行 光学通信、光学传感、光学信息处理等领域。
3
磁光效应的理论模型
理论模型主要基于经典电磁理论和量子力学理论 进行描述。
磁光效应简介 ppt课件
ppt课件
17
磁光传感器
磁光效应传感器的原理主要是利用光的偏振状 态来实现传感器的功能。当一束偏振光通过介 质时，若在光束传播方向存在着一个外磁场， 那么光通过偏振面将旋转一个角度。也就可以 通过旋转的角度来测量外加的磁场。
VBL
比例系数V称为费尔德常数，与介质性质 及光波频率有关。偏转方向取决于介质性 质和磁场方向。
对于不同的介质，他们对光波的吸收情况 也不相同，从而导致了光的偏转角度也有 变化。
要注意的一点是法拉第磁光效应与外加磁 场没有联系，而只是与介质的磁化强度有 关。
ppt课件
6
克尔效应
一束偏振光入射到具有磁距的介质界面上，反
由于光是一种电磁波，当光透过透明的磁性物 质或在磁性物质表面反射时，会受到磁性物质 内部磁矩的影响，产生磁光效应。
而在YIG中铁离子是磁性离子。当用其他离子
代替铁离子时，总磁矩或者增加或者减少。从
而影响了他的磁光效应的效果。
ppt课件
11
石榴石单晶薄膜
磁光薄膜有单晶、多晶和非晶态等多种类型。 常用的介质薄膜多为单晶和多晶薄膜。稀土石
磁光效应简介
ppt课件
1
磁光效应
一束入射光进入具有固有磁矩的物质内 部传输或者在物质界面发生反射时，光 波的传播特性，例如偏振面、相位或者 散射特性会发生变化，这个物理现象被 称为磁光效应。
它是描述具有磁矩的物质和光的物理性 质的方法之一。
ppt课件
2
一般情况下，磁光效应随着物质的磁化强 度的增大而增大，因此非抗磁性物质在外 磁场中磁光效应将明显增强。而一束光进 入处于外磁场中的抗磁性的物质内部时， 也会产生磁光效应，但着类物质的磁化强 度通常远小于其他物质的磁化强度，因此， 其磁化强度十分微弱。
磁现象及磁应用课件
磁现象及磁应用
太阳黑子是太阳上磁场活动非常剧烈的 区域.太阳黑子的爆发对我们的生活会产生影 响，例如使得无线电通信暂时中断等.因此， 研究太阳黑子对我们有重要意义.
物理学应用介绍
41
物理学
第五版
主要参考文献
磁现象及磁应用
1 程守洙,江之永.普通物理学.第五版.北京： 高等教育出版社,1998
2 黄莹,王云英.电磁学原理在科学技术中 的应用.北京：兵器工业出版社,1998
30
物理学
第五版
磁现象及磁应用
环保中的磁应用
磁分离法可将煤中的硫除去，能将废水 中的油污、杂质等分离.
磁化水可以防止锅炉结垢
物理学应用介绍
31
物理学
第五版
磁现象及磁应用
用磁铁作成的除铁器可以去除面粉等中 可能存在的铁末.
物理学应用介绍
32
物理学
第五版
磁现象及磁应用
地质勘探中的磁应用
地磁的变化可以用来勘探矿床. 由于所有物质均具有或强或弱的磁性， 如果它们聚集在一起形成矿床，就必然对附 近区域的地磁场产生干扰，使地磁场出现异 常.
物理学应用介绍
23
物理学
第五版
磁的副作用
磁现象及磁应用
在高强度磁场下长期工作和生活，会影 响人体生态平衡，出现食欲下降、头痛失眠 、血压失常、烦躁、生育畸形和导致癌变等.
在0.5 T环境中，每年累计不得超过30天.
约3%－5%的人对磁有副作用，表现为 心悸、恶心、头昏、乏力等.
物理学应用介绍
24
物理学
候鸟(如燕鸥)作季节性往返迁徙而不 迷途,其大脑组织中含有比鸽子更丰富的磁 性成分.
物理学应用介绍
4
磁光电效应的原理和应用
磁光电效应的原理和应用1. 原理介绍磁光电效应是指材料在外界磁场作用下，光的传播速度和光的偏振方向发生变化的现象。
它是磁场与光场相互作用的结果，具有重要的科学意义和广泛的应用价值。
磁光电效应的原理可归结为克尔效应和磁各向异性效应两个方面。
1.1 克尔效应克尔效应是指材料在外界磁场作用下，光线传播方向发生弯曲的现象。
当光线通过垂直于磁场方向的材料时，由于磁场对光的折射率产生影响，光线会被偏折。
这种现象被称为纵向克尔效应。
当光线通过与磁场平行的材料时，光线传播方向也会发生偏转，这种现象被称为横向克尔效应。
1.2 磁各向异性效应磁各向异性效应是指材料在外界磁场作用下，光的偏振方向发生旋转的现象。
在没有外界磁场的情况下，自然光会以相等的强度沿着所有方向传播。
但是在磁场的作用下，材料会对不同偏振方向的光产生不同的消光或吸收。
这就导致了光的线偏振方向发生旋转。
2. 应用介绍磁光电效应具有广泛的应用价值，在光电通信、光存储、光调制和传感器等领域发挥着重要作用。
2.1 光电通信在光纤通信中，磁光电效应可以用于光纤中光的相位调制和光开关。
通过利用磁光效应使光线偏振方向旋转，可以实现信号的调制和切换。
这种相位调制技术可以提高通信速率和信息传输量。
2.2 光存储磁光电效应可应用于光存储设备中的信息读取和写入。
通过磁场的作用，可以实现光存储介质中的位信息的非破坏性读取，并且能够在存储介质中写入新的信息。
2.3 光调制磁光电效应可以用于光调制器，实现光信号的调制。
利用磁光效应使光线偏振方向发生旋转，可以改变光信号的强度和相位，从而对光信号进行调制。
2.4 传感器磁光电效应在传感器领域也有广泛的应用。
通过测量外界磁场对光电材料产生的影响，可以实现磁场传感器的设计。
利用磁光电效应可以制造出高灵敏度、线性度好的磁场传感器，用于测量磁场的大小和方向。
3. 总结磁光电效应是材料在外界磁场作用下，光的传播速度和偏振方向发生变化的现象。
电光磁光声光效应及应用
Pout cos2 Pout 0
16
(7.1.10)
商用相位调制器
工作波长1525~1575 nm，插入损耗2.5~3.0 dB， 消光比> 25 dB，回波损耗45dB，半波电压 <3.5 V。
17
+ 调制信号 V t 电极 偏振光输入 A D C B B
15
-
+ B Ea
A
图7.1.5（a） 马赫-曾德尔 幅度调制器
调制信号 U(t) 共平面 条形电极 偏振光输入 C A D B
输出
LiNbO3
Tபைடு நூலகம்- LiNbO3
波导
两个理想的背对背相位调制器，在外电场的作用下，能够改变两个分支中待调制传输 光的相位。由于加在两个分支中的电场方向相反，所以在两个分支中的折射率和相位变化 也相反，例如若在 A 分支中引入 2 的相位变化，那么在 B 分支则引入 2 相位的变 化，因此 A、B 分支将引入相位 的变化。 假如输入光功率在 C 点平均分配到两个分支传输，其幅度为 A，在输出端 D 的光场 为
珀克电光效应调制器
很显然，改变外加电场（电压），就可以控制 折射率，进而改变相位，实现相位调制。 如果外电场与光传播的方向相同，这种调制器 叫做纵向珀克电光效应调制器，如图7.1.1（b） 所示； 反之，如果外电场与光传播的方向垂直，这种 调制器就叫做横向珀克电光效应调制器，如图 7.1.1（c）所示，施加的外电场与y方向相同， 光的传输方向沿着z方向，外电场在光传播方 向的横截面上。 调制器通常利用线性电光效应。
71电光效应及器件72热电效应及热光开关73磁光效应及其器件74声光效应及其器件光子学与光电子学原荣邱琪编著711电光效应712电光调制器工作原理713电光强度调制器714电光相位调制器715马赫曾德尔幅度调制器716qpsk光调制器717电光开关光子学与光电子学原荣邱琪编著对于一个入射偏振光施加的电场强度e对折射率n的影响可用e的泰勒级数表示711式中和分别表示线性电光效应和二阶电光效应系数由于高阶项的影响很小所以可以略去不计
磁光效应简介及其应用
、
法 拉 第 效 应
应用才算走上 了快 车道。
（ 一） 磁 光 调 制 器
光学隔离器 ， 又 称光 学二极 体 ， 是 一 种 可 限 制 光 线 向 特 定 方 向行进 的光学仪器 。它通 常被 用来 防止多 余 的反馈 光线进 在这个公式中 ， ｐ是旋 转 的角度 ， 即光波 被磁 场作 用弯 折 入光学振 荡器 中， 例 如 雷射 腔 。其 运作 原 理乃 为 法拉 第 效应 的程 度。而 Ｂ则是磁 场沿光 传播 方 向的投影 。至于 ｄ则是 光 （ 磁光效应所造成 ） ， 而该 效应被 用在其 主元件 ， 亦 即法拉 第旋 与磁 场相互作 用的距离。＾ ｙ 称为 韦尔代 常数 ， 与材料 的本身 性 光 器 中 。 质、 光波的波长和周 围环境温度有密切 的关系 。 光学 隔离器 的主元 件是 法拉第 旋光 器 。我们 在旋 光器 中 我们 先假 定韦尔代常数是 正数 ， 那 么当光的传播 的方 向和 施加一个磁场 。它 的磁感 应强 度在 光线传 播方 向上 的分量 大 磁场 的方 向一致 的时候 ， 顺着 光 的传播方 向， 光 波的偏 振就会 小为 Ｂ 。这个磁场会使光线通过 旋光器 时偏振 方 向发 生旋 转。 沿着顺时针 。同理 ， 当光 的传 播 的方 向和磁场 的方 向相反 时 ， 旋转角度 Ｂ为 ： 偏振就是 逆时 针旋 转 。如 果存 在 反射 的现 象 ， 即光通 过 介质 ８ ＝ｙＢｄ 后， 再被 反射 回来再次穿 过介 质 ， 那 么相 当于作用 了两 次 ， 也就 其中＾ ｙ 是旋光 器材料 （ 非 晶体或 晶体 ； 固体 ， 液体或气 体 ） 是说旋转角度就会加倍 。 的韦尔代常数 ， ｄ则是旋光器 的长度 。在 光学隔离器 中， 旋转 角 二、 磁 光 克 尔效 应 度被特别设为 ４ ５度 。 磁光克尔效应 是偏 振光从有磁 畴的铁磁体反射后 ， 偏振 面 另外 ， 任何种类 的光 学隔离器 （ 不仅是法拉第 隔离 器 ） 都 需 变化 ； 进而 引起 光 的强度 变化 的现象 ， 称为 磁光 克尔效 应 。这 要某 种 非 互 换 性 机 制 。 是约翰 ・ 克尔于 １ ８ ７ ７年发现 的。 （ 三） 磁 光 环 行 器 磁光克尔效应 的原 理是 ： 从 铁磁体 表 面反射 的极化 光 ， 变 当光 纤技术和通信 技术的应用愈加 广泛 ， 磁 光环行器 同时 成了椭圆偏振光 ； 并 且其 长轴 发生转 动 ； 转动 的大小 与表 面磁 也被用在 光纤 和通信技术之 中。他 的原理是 ， 利用环 行器能够 畴 的 磁 化 向量 成 分 成 正 比 。它 的 物 理 根 源 是 磁 圆 二 向 色 性 ； 在 在 同一根 光纤 内传 输两个方 向不 同的信号的原理 ， 使 得系统 的 磁性材料 中 ， 光 和 自旋一 轨道 偶合 ， 导 致对 左 ， 右旋 的极 化光 吸 体积一次性减半 ， 从而大大 降低成本 。 收不 同的缘故。磁 光克 尔效应 从铁 磁体 的磁化 向量 相对光 的 四、 总 结 入射 面和反射 面又可分成三大类 ： 时代在进 步 ， 科学技术也在 随之发展 ， 磁 光效应从 １ ８ ４ ５年 （ １ ） 极性 的磁光 克尔效应 ： 磁化 向量垂直反射 面 ， 但与 入射 的初步茅庐 ， 继而 １ ０ ０多年无 人 问津 ， 然 后 到了这 近半 个 世纪 面平 行 。 的高速发展 。在未来 ， 磁光特性 的相关 研究 ， 一定会更 加深 人 ， （ ２ ） 纵 向磁 光克尔效应 ： 磁化 向量和 入射面及 反射 面 同时 同时 ， 计 算机科学 的发展愈快 ， 磁存储技术也 将获得质 的飞跃 。 平行 。 磁光学作为一个整 体科 学 ， 将来 的发展 前景 可期 ， 相 关 的磁光 （ ３ ） 横 向磁 光克尔效 应 ： 磁化 向量和入射 面垂直 ， 但平行 于 应用亦将更加广 阔。 参 考 文献 ： 反射 面。 磁光 克尔 效 应一 般 观 察表 面 深度 为 １ ０ － ２ ０ ｎ ｍ 的磁 畴 ， 因 ［ １ ］ 周静 ， 王选章 ， 谢 文广． 磁 光效应 及其应 用 ［ Ｊ ］ ． 现 代物 此， 最适合用于磁性 薄膜磁 性 的研 究 ； 也可 用此效 应做 成显微 理 知 识 ， ２ ０ ０ ５ （ ５ ） ： ４ ５ ４７ ． 镜， 作为磁性研究的一种手段 。 ［ ２ ］ 徐 明祥 ． 磁性液体复合 体 的磁 光效应 ［ Ｊ ］ ． 红 外与毫米 三、 磁 光 效 应 的 应 用 波 学报 ， １ ９ ９ ９ ， １ ８ （ ３ ） ： ２ ５ ３ － ２ ５ ６ ． 尽管 法拉第作 为一个 先驱 者 ， 他在 １ ８ ４ ５年就早 早发 现 了 ［ ３ ］ 王佳颖 ， 郭志忠 ， 李洪波 ， 等． 集磁 环式光 学电流互感 器 Ｊ Ｉ ． 电 力 自动 化 设 备 ， ２ ０ １ １ ， ３ １ （ ９ ） ： ２ ３ － ２ ６ ． 磁光效应 。但是 ， 在其后 １ ０ ０多 年 的时间里 ， 磁光效 应都 没 有 的结 构 优 化 ｌ 得到有效 的应用 ， 只是不断地完 善理论 。时 间到 了 １ ９ ５ ６年 ， 地 ［ ４］ 朱科 ， 郑厚植 ， 甘 华 东， 等． 磁各 向异性 对（ Ｉ ｎ ， Ｇ ａ ） Ａ ｓ 衬 点 贝尔实 验室 ， 通过偏 光显微镜 ， 使用透射光 ， 来观测钇铁 石榴 底 （ Ｇ ａ ， Ｍ ｎ ） Ａ ｓ的影 响 ［ Ｊ ］ ． 红 外 与 毫米 波 学报 ， ２ ０ １ １ ， ３ ０ （ １ ） ：
电光磁光声光效应及应用
L U d
7
横向线性电光效应相位调制器
施加的外电压在两个电场分量间产生一个可调 整的相位差，因此出射光波的偏振态可被施加 的外电压控制。 可以调整电压来改变介质从四分之一波片到半 波片，产生半波片的半波电压U = U/2对应 于 。 横向线性电光效应的优点是我们可以分别独立 地减小晶体厚度 d 和增加长度 L，前者可以增 加电场强度，后者可引起更多的相位变化。
珀克电光效应调制器
很显然，改变外加电场（电压），就可以控制 折射率，进而改变相位，实现相位调制。 如果外电场与光传播的方向相同，这种调制器 叫做纵向珀克电光效应调制器，如图7.1.1（b） 所示； 反之，如果外电场与光传播的方向垂直，这种 调制器就叫做横向珀克电光效应调制器，如图 7.1.1（c）所示，施加的外电场与y方向相同， 光的传输方向沿着z方向，外电场在光传播方 向的横截面上。 调制器通常利用线性电光效应。
3
图7.1.1 外加电场对各向同性晶体和 各向异性晶体折射率的影响
y ny=no nx=no z x nz=no KDP LiNbO3 y' n'y n'x z Ea KDP （b）沿z方向施加电场Ea 时， K D P 晶体z轴截面的折射率 变 化 , 主轴逆时针旋转了 45 o ，折 射率nx变为n,x，ny变为n,y 45o x x' n'x z LiNbO3 （c）沿y方向施加电场Ea 时， LiNbO 3 晶体z轴截面的折射率 n x 变为 n , x ， n y 变为 n , y ， 尽管主 轴没有旋转方向 y n'y Ea
第7章 电光/磁光/声光效应及应用
7.1 7.2 7.3 7.4 电光效应及器件 热电效应及热光开关 磁光效应及其器件 声光效应及其器件
磁光效应简介及其应用
磁光效应简介及其应用作者：陈俊如来源：《科技风》2018年第04期摘要：磁光效应是电磁波在被施加准静态磁场物体中传播的种种现象。
在这些旋磁材料中，左旋和右旋椭圆偏振光可以以不同速率在介质中传播，导致一些很重要的效应。
当光线经过一层磁光物质后，会导致法拉第效应：光线的偏振面可以被旋转，成为法拉第旋光器。
当光线被磁光物质反射后，会产生磁光克尔效应。
在最近的数十年里，光电技术日益在高新领域获得广泛应用，而在同时，以磁光效应为原理的各种器件也展现出了非常独特的性质和极其光明的应用未来。
关键词：磁光效应；法拉第效应；磁光克尔效应；塞曼效应一、法拉第效应法拉第效应又称法拉第旋转，它是一种磁光效应。
他的机理是，在传播介质中，光——可见的电磁波与介质中的磁场会有相互作用。
这个相互作用的结果就是能导致偏振平面的旋转，同时，旋转幅度与磁场沿着光传播方向的投影分量成正比。
对于透明物质，偏振的旋转角弧与磁场的关系为β=γBd在这个公式中，β是旋转的角度，即光波被磁场作用弯折的程度。
而B则是磁场沿光传播方向的投影。
至于d则是光与磁场相互作用的距离。
γ称为韦尔代常数，与材料的本身性质、光波的波长和周围环境温度有密切的关系。
我们先假定韦尔代常数是正数，那么当光的传播的方向和磁场的方向一致的时候，顺着光的传播方向，光波的偏振就会沿着顺时针。
同理，当光的传播的方向和磁场的方向相反时，偏振就是逆时针旋转。
如果存在反射的现象，即光通过介质后，再被反射回来再次穿过介质，那么相当于作用了两次，也就是说旋转角度就会加倍。
二、磁光克尔效应磁光克爾效应是偏振光从有磁畴的铁磁体反射后，偏振面变化；进而引起光的强度变化的现象，称为磁光克尔效应。
这是约翰·克尔于1877年发现的。
磁光克尔效应的原理是：从铁磁体表面反射的极化光，变成了椭圆偏振光；并且其长轴发生转动；转动的大小与表面磁畴的磁化向量成分成正比。
它的物理根源是磁圆二向色性；在磁性材料中，光和自旋轨道偶合，导致对左，右旋的极化光吸收不同的缘故。
磁光效应
件。磁光材料及器件的研究从此进入空前发展时期，并在许多高新技领域获得了
广泛的应用。近几十年来，一门新型分支学科——磁光学(包括磁光效应、磁光 理论、磁光材料、磁光测量、磁光器件、磁光光谱学等)基本形成，以此为背景 的各种磁光材料及器件也显示了其独特的性能和广阔的应用前景，并引起了人们 浓厚的兴趣。
磁光效应的概念
磁致旋光材料
1、磁光玻璃 磁光玻璃因其在可见光和红外区具有很好的
透光性，且能够形成各种复杂的形状、拉制成光
纤因而在磁光隔离器、磁光调制器和光纤电流传 感器等磁光器件中有广泛的应用前景。 2、晶体薄膜 此类薄膜材料具有巨大的磁光效应、低的光吸收损耗及高的磁 光优值，被广泛应用于光录像、光复制、光存储和光信息处理的磁 光显示器。
克尔效应
线偏振光入射到磁光介质表面反射出去时，反射光偏振面相对
于入射光偏振面转过一定角度ΘK，此现象称之为克尔效应。
磁光克尔效应包括三种情况： （1）极向克尔效应。磁化强度M与介质表面垂直时的克尔效应（图 3-9A）。 （2）横向克尔效应。磁化强度M与介质表面平行，但垂直于光的入 射面时的克尔效应（如图３－9（B））。 （3）纵向克尔效应。磁化强度M既平行于介质表面又平行于光入射 面时的克尔效应（图3-9（C））。
在磁场的作用下，物质的电磁特性(如磁导率、磁化强度、磁畴结构等) 会发生变化，使光波在其内部的传输特性(如偏振状态、光强、相位、传输 方向等)也随之发生变化的现象称为磁光效应。 1. 法拉第效应 2. 克尔效应 3. 塞曼效应 4. 磁致双折射效应 磁圆振二向色性、磁线振二向色性、磁激发光散射、磁场光吸收、磁离子体 效应和光磁效应等。
法拉第效应
法拉第效应是指一束线偏振光沿外加磁场方向通过置于磁场中 的介质时，透射光的偏振化方向相对于入射光的偏振化方向转过一 定角度ΘF的现象，如图所示。通常，材料中的法拉第转角ΘF与样品 长度L和磁场强度H有以下关系： ΘF=HLV 其中，V为Verdet常数，是物质固有的比例系数,单位是min/(Oe·cm)
磁光效应的解释和应用
磁光效应的解释和应用磁光效应是一种非常特殊的物理现象，它能够在磁场和光之间相互转换。
具体来说，就是在一个磁场中，光线可以被偏转方向。
这个现象神秘而神奇，被广泛地应用在各个领域，包括科学研究、医疗、通信和娱乐等方面。
本文将介绍磁光效应的基本原理和它的一些应用。
磁光效应的基本原理磁光效应是指当光线穿过磁场时，它的偏振方向会被改变的现象。
这个现象可以通过克尔效应来解释。
克尔效应是指在磁场中，不同方向的偏振光线速度不同，因而会产生不同的相位差，从而导致整个光波面的旋转。
更具体地说，当光线通过具有磁性材料时，它会与材料中的磁电荷相互作用，从而导致光线的偏振方向发生变化。
这个过程可以进一步分为常磁性和巨磁性两种情况。
常磁性是指材料中的原子磁矩与磁场方向不一致，这个情况下发生的克尔效应叫做Faraday效应。
而在巨磁性材料中，磁电荷的方向与磁场方向相同，因此会导致Cotton-Mouton效应。
磁光效应的应用磁光效应在科学研究、医疗、通信和娱乐等领域都有广泛的应用。
在科学研究方面，磁光效应被广泛用于材料磁性、磁场和磁畴的研究。
通过测量磁光的旋转角度，可以确定磁场的强度和方向。
磁光效应还常用于开发和研究磁场和磁性材料的新型传感器和器件。
在医疗方面，磁光效应被应用于磁共振成像(MRI)。
在MRI中，利用磁光效应来感测人体内部磁场的小变化，通过这种方式可以创造出人体内部对不同成分的特定效果图像，以诊断不同的病症。
同时，MRI还可以用于医学研究和药物开发等方面。
在通信领域，磁光效应被广泛应用于光学通信中。
磁光器件（Magneto-optical Devices）是一种把电信信息转化为光信号的器件。
通过磁光器件转化，光信号可以更好地保持原信息，并且能够更快地在波长间切换，实现更快速和高质量的数字通信。
在娱乐领域，磁光效应也有一些应用。
例如，磁光图像, 是一种让图像通过光线的磁光效应呈现出立体效果的图像。
这些图像需要使用特定的眼镜来观看，因为它们有双效性。
磁光效应及其应用
录、存储及分析的领域， 特别是对于集音、像、通讯、 数据计算、分析、处理和存储于一体的多媒体计算机
图 １ 法拉第效应 １７ 卷 ５ 期（总 １０１ 期）
法拉第效应可分为右旋和左旋两种： 当线偏振 光沿着磁场方向传播时， 振动面向左旋； 当光束逆着 磁场方向传播时， 振动面将向右旋。
磁光克尔效应 磁光克尔效应指的是一束线偏 振光在磁化了的介质表面反射时， 反射光将是椭圆 偏振光， 而以椭圆的长轴为标志的“偏振面”相对于 入射偏振光的偏振面旋转了一定的角度。这个角度 通常被称为克尔转角， 记作 "ｋ， 如图 ２ 所示。
塞曼效应 １８８６ 年， 塞曼（ Ｚｅｅｍａｎ） 发现当光源 放在足够强的磁场中时， 原来的一条谱线分裂为几 条具有完全偏振态的谱线， 分裂的条数随能级的类 别而不同， 后人称此现象为塞曼效应。
塞曼效应证实了原子具有磁矩和在磁场空间取 向量子化， 从塞曼效应的实验结果可以推断能级分 裂的情况， 根据光谱线分裂的数目可以知道量子数 Ｊ 的数值， 根据光谱线分裂的间隔可以测量 ｇ 因子 的数值， 因此， 塞曼效应是研究原子结构的重要方法 之一。
来说， 磁光存储系统的作用是其他存储方式无法代 替的。 磁光纪录的主
要过程大致可分 为： 信息的写入和 擦除， 信息的读取 两部分。
具有垂直各向
图 ６ 信息写入
异性的磁性薄膜为 记录介质， 采用数
字信号存储。记录时， 在外磁场作用下热磁写入。根
第十三讲磁光
• 恒定磁场偏置，以获得较好线性
第十三讲 磁光效应及其应用 15
三、磁光器件应用
激光陀螺 （测量转速的仪器，用于航天、航海等领域）
陀螺原理：Sagnac效应。两束光沿一个 环路双向传播，绕环一周该两束光的相 位差正比于环行光路的旋转角速度。 • 当 Ω=0 （不转），正反两束光 绕环一周，回到原点，所用时间
9
第十三讲 磁光效应及其应用
重要结论： 以上推导中， B // k 且同向， φ 取正（旋向从 如磁场相反，
二、磁光效应
x → y）代表左旋；
φ = αL π δ α≈ λo no
δ (B ) = −δ (− B )
则旋向相反，变成右旋
如磁场不变，光反向传播，旋向（相对于传播方向）也相反 也就是说，相对于绝对参考系，光向同一方向旋转， 不可逆 对比自然旋光，旋转方向与传播方向无关，可逆
Bz = B
）
⎡n 2 1 − l x 2 − ε rx ⎢ 2 − n l x l y − iδ ⎢ ⎢ − n 2l l x z ⎣
4
(
)
− n 2 l x l y + iδ n 2 1 − l y − ε ry
2
(
)
− n 2l y l z
2 2 4
⎤ ⎡ Ex ⎤ ⎥⎢ ⎥ 2 − n l ylz ⎥ ⎢ E y ⎥ = 0 2 2 ⎢ ⎥ n 1 − l z − ε rz ⎥ E z ⎣ ⎦ ⎦ − n 2l x l z
eB δ ∝ ωc , ωc = m
π ψ = (n+ + n− )L λo π φ = (n+ − n− )L λo
2 2
⎡cos φ ⎤ ⎢ sin φ ⎥ ⎣ ⎦
磁光效应及其应用
5.4.1 晶体的旋光效应 5.4.2 磁光效应 磁光效应——法拉第效应 法拉第效应 5.4.3 磁光效应的应用
5.4.1 晶体的旋光效应
1. 自然旋光现象 2. 自然旋光现象的理论解释 3. 自然旋光现象的实验验证
1. 自然旋光现象
阿喇果(Arago) (Arago)在研究石英晶体的双折射特性 1811 年, 阿喇果(Arago)在研究石英晶体的双折射特性 时发现：一束线偏振光沿石英晶体的光轴方向传播时， 时发现：一束线偏振光沿石英晶体的光轴方向传播时，其振 动平面会相对原方向转过一个角度， 18所示 所示。 动平面会相对原方向转过一个角度，如图 5-18所示。由于 石英晶体是单轴晶体，光沿着光轴方向传播不会发生双折 石英晶体是单轴晶体， 射，因而阿喇果发现的现象应属另外一种新现象，这就是旋 因而阿喇果发现的现象应属另外一种新现象， 光现象。稍后，比奥(Biot)在一些蒸汽和液态物质中也观察 光现象。稍后，比奥(Biot)在一些蒸汽和液态物质中也观察 (Biot) 到了同样的旋光现象。 到了同样的旋光现象。
1846年 法拉第发现，在磁场的作用下， 1846年，法拉第发现，在磁场的作用下，本来不具有旋 光性的介质也产生了旋光性， 光性的介质也产生了旋光性，能够使线偏振光的振动面发生 旋转，这就是法拉第效应。 旋转，这就是法拉第效应。观察法拉第效应的装置结构如图 所示：将一根玻璃棒的两端抛光， 5-22 所示：将一根玻璃棒的两端抛光，放进螺线管的磁场 中，再加上起偏器P1和检偏器P2,让光束通过起偏器后顺着 磁场方向通过玻璃棒，光矢量的方向就会旋转， 磁场方向通过玻璃棒，光矢量的方向就会旋转，旋转的角度 可以用检偏器测量。 可以用检偏器测量。
5.4.2 磁光效应 ——法拉第(Faraday)效应 法拉第(Faraday) 法拉第(Faraday)效应
磁光效应实验的应用原理
磁光效应实验的应用原理1. 磁光效应简介磁光效应是指在磁场的作用下，物质对光的传播速度和光的偏振态产生改变的现象。
2. 磁光效应实验的原理磁光效应通过研究物质在磁场中对光的作用，可以实现对磁场的测量和调控。
2.1 磁光效应的基本原理磁光效应的基本原理是磁场导致物质的光学性质发生变化。
具体来说，磁场会改变物质中的电子运动轨迹，从而影响光的传播速度和偏振态。
2.2 磁光效应实验中的关键参数在磁光效应实验中，有三个关键参数需要考虑：•磁场强度：磁场强度的大小会影响磁光效应的程度。
一般来说，磁光效应随着磁场强度的增加而增强。
•材料特性：不同材料对磁光效应的响应程度也会不同。
一般来说，材料的磁光效应越强，其对磁场的敏感性越高。
•入射光波长：入射光的波长也会对磁光效应产生影响。
不同波长的光对物质的激发方式不同，从而影响磁光效应的强弱。
2.3 磁光效应实验的基本流程磁光效应实验一般遵循以下基本流程：1.准备实验材料和仪器：包括磁场发生器、光源、光波导等。
2.设置实验条件：调整磁场强度、选择合适的光源和波长。
3.注入光源：通过光波导将光源注入实验系统。
4.测量光学参数：使用光学仪器测量材料在不同磁场下的光传播速度和偏振态。
5.分析实验结果：根据测量结果，得出关于材料磁光效应的定量数据，如磁光系数等。
3. 磁光效应实验的应用磁光效应实验不仅是一种对物质进行研究的常用手段，也被广泛应用于以下领域：3.1 磁场测量磁光效应可以用于测量实验环境中的磁场的强度和方向。
通过测量磁光效应的强度，可以得到与磁场强度成正比的数据，从而准确地测量磁场。
3.2 光学调制器由于磁光效应可以实现对光的传播速度和偏振态的调控，因此可以将其应用于光学调制器的制造。
光学调制器在光通信、激光雷达等领域有着重要的应用。
3.3 磁光存储器利用磁光效应可以实现对光的偏振态的调控，磁光存储器可以将信息以光的形式存储，具有高速、高密度等特点。
磁光存储器在计算机科学、信息技术等领域有广泛的应用前景。
讲课磁光效应及其应用概要课件
磁光效应原理
磁光效应的产生源于物质的磁性对光 子传播的轨道角动量和自旋角动量的 影响。
在磁场作用下，物质的原子或分子的 能级发生分裂，不同能级间跃迁产生 的光的偏振状态不同，从而导致了光 在物质中的传播性质发生变化。
磁光效应的分类
常见的磁光效应包括法拉第旋转、磁 双折射、磁致二向色性等。
磁双折射是指在磁场作用下，物质的 折射率发生变化的现象，导致光的传 播速度和偏振状态发生变化。
高性能磁光材料的制备困难
制备具有优异磁光性能的材料是一项技术挑战，需要精确控制材料 的成分、结构和制备工艺。
磁光器件的小型化与集成化
为了满足现代通信和传感技术的需求，磁光器件需要实现小型化、 集成化，这涉及到微纳加工和光子集成等技术的挑战。
市场前景
磁光效应在光学通信领域具有广阔的应用前景
随着信息技术的快速发展，光学通信对高速、大容量的数据传输需求日益增长，磁光效应作为一种独特的光学调 制手段，在光学通信领域具有广阔的市场前景。
4. 通过光探测器检测光的强度，判断 光的隔离效果。
磁光传感器实验
总结词
利用磁光效应实现物理量测量的实验
详细描述
通过测量磁场的变化，实现对物理量的测量，如压力、温度等。
磁光传感器实验
实验步骤 1. 准备实验器材，如磁光传感器、待测物理量发生器等。
2. 将待测物理量发生器产生的物理量施加到磁光传感器上。
总结词
利用磁光效应实现信息存储的实 验
详细描述
通过改变磁场的方向，实现对存 储介质中磁化方向的控制，从而 实现信息的写入和读取。
磁光存储实验
实验步骤 1. 准备实验器材，如磁光存储器、磁场发生器等。
2. 将待存储的信息编码为磁场方向。
磁光效应及其应用
磁光效应及其应用作者：缪秀平来源：《科教导刊》2011年第25期摘要本文简介了磁光效应(包括法拉第效应、克尔效应、塞曼效应和磁线振双折射效应等)的基本理论以及各种磁光器件的特性及原理。
关键词磁光效应磁光调制器磁光隔离器磁光感应器中图分类号： O482 文献标识码：AMagneto-optical Effect and Its ApplicationsMIAO Xiuping(Chemical Engineering Department, Zhenjiang College, Zhenjiang, Jiangsu 212003)AbstractWe introduced the basic theories of magneto-optical effects (including Faraday effect, Kerr effect, Zeeman effect and magnetic linear birefringence effect) and the progress in research of various magneto-optical materials and magneto-optical devices are briefly introduced.Key wordsmagneto-optical effect; magnetooptic modulator; magnetooptic isolator; magnetooptic sensor随着光通信技术和光信息处理技术的发展，磁光效应以及各种磁光器件显示了独特的性能和广阔的应用前景，并促使人们对磁光效应的研究和应用逐渐向深度和广度发展。
本文主要阐述了磁光效应的基本理论及其应用。
1 磁光效应一束入射光进入具有固有磁矩的物质内部传输或者在物质界面反射时，光波的传播特性，如偏振面、相位或者散射特性会发生变化，这个物理现象称为磁光效应。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
现，在磁场的作用下，本来不具有旋光性的介质也产生了旋光性，能够使线
偏振光的振动面发生旋转，这就是法拉第效应。观察法拉第效应的装置结构 如图 5 所示：将一根玻璃棒的两端抛光，放进螺线管的磁场中，再加上起偏
器P1和检偏器P2,让光束通过起偏器后顺着磁场方向通过玻璃棒，光矢量的方
向就会旋转，旋转的角度可以用检偏器测量。
3. 自然旋光现象的实菲涅耳棱镜组
为了验证旋光介质中左旋圆偏振光和右旋圆偏振光的传播
速度不同，菲涅耳设计、制成了图 4 所示的、由左旋石英 和右旋石英交替胶合的三棱镜组，这些棱镜的光轴均与入射面
AB垂直。
一束单色线偏振光射入AB面，在棱镜 1 中沿光轴方向传 播，相应的左、右旋圆偏振光的速度不同，vR>vL，即nR<nL；
磁光效应及其应用
学号：31646057 姓名：段冬娟 专业：电子与通信工程
磁光效应及其应用
一、晶体的旋光效应 二、磁光效应——法拉第效应
三、磁光效应的应用
一、晶体的旋光效应
1、自然旋光现象
2、自然旋光现象的理论解释
3、自然旋光现象的实验验证
1、自然旋光现象
1811年, 阿拉戈(Arago)在研究石英晶体的双折射特性 时发现：一束线偏振光沿石英晶体的光轴方向传播时，其 振动平面会相对原方向转过一个角度，如图1所示。由于 石英晶体是单轴晶体，光沿着光轴方向传播不会发生双折 射，因而阿拉戈发现的现象应属另外一种新现象，这就是 旋光现象。稍后，比奥(Biot)在一些蒸汽和液态物质中也 观察到了同样的旋光现象。实验证明，一定波长的线偏振 光通过旋光介质时，光振动方向转过的角度θ 与在该介质 中通过的距离l成正比，θ =α l ，比例系数α 表征了该介 质的旋光本领，称为旋光率，它与光波长、介质的性质及 温度有关。介质的旋光本领因波长而异的现象称为旋光色 散，石英晶体的旋光率α 随光波长的变化规律如图 2 所 示。
二、磁光效应 ——法拉第(Faraday)效应
上述旋光现象是旋光介质固有的性质，因此可以叫作自然圆双折射。与
感应双折射类似，也可以通过人工的方法产生旋光现象。介质在强磁场作用
下产生旋光现象的效应叫磁致旋光效应，或者简称为磁光效应。磁光效应， 又叫做法拉第效应，它是由法拉第于1846年首先发现的。1846年，法拉第发
传播，迎着光线看，振动面向右旋转角度θ ，而当光束沿反
方向传播时，振动面仍沿原方向旋转，即迎着光线看振动面 向左旋转角度θ ，所以光束沿原路返回，一来一去两次通过 磁光介质，振动面与初始位置相比，转过了角度 2θ 。
三、磁光效应的应用
以磁光材料为研究背景的磁光器件是一种非互易性旋光器件，在光信息处理、 光纤通信、共用天线光缆电视系统和计算机技术，以及工业、国防、宇航和医学 等领域有广泛的应用。目前已研制出来的磁光器件有：磁光偏转器、磁光开关和 调制器、隔离器、环行器、显示器、旋光器、磁强计、磁光盘存储器(可擦除光 盘)以及各类磁光传感器等。
图 1 旋光现象
图 2 石英晶体的旋光色散
对于具有旋光特性的溶液，光振动方向旋转的角度还与溶液 的浓度成正比，θ =α cl ，式中,α 称为溶液的比旋光率；c为溶 液浓度。在实际应用中,可以根据光振动方向转过的角度,确定该 溶液的浓度。
实验还发现，不同旋光介质光振动矢量的旋转方向可能不同， 并因此将旋光介质分为左旋和右旋。当对着光线观察时， 使光振 动矢量顺时针旋转的介质叫右旋光介质，逆时针旋转的介质叫左 旋光介质。例如，葡萄糖溶液是右旋光介质，果糖是左旋光介质。 自然界存在的石英晶体既有右旋的，也有左旋的，它们的旋光本 领在数值上相等，但方向相反。之所以有这种左、右旋之分，是 由于其结构不同造成的，右旋石英与左旋石英的分子组成相同， 都是 SiO2，但分子的排列结构是镜像对称的，反映在晶体外形上 即是图 3 所示的镜像对称。正是由于旋光性的存在，当将石英 晶片(光轴与表面垂直 )置于正交的两个偏振器之间观察其会聚光 照射下的干涉图样时，图样的中心不是暗点，而几乎总是亮的。
在棱镜 2 中，vL>vR，即nL<nR ;在棱镜3中,vR>vL,即nR<nL。所
以，在界面AE上，左旋光远离法线方向折射，右旋光靠近法线 方向折射，于是左、右旋光分开了。在第二个界面CE上，左旋 光靠近法线方向折射，右旋光远离法线方向折射，于是两束光 更加分开了。在界面CD上，两束光经折射后进一步分开。这个 实验结果，证实了左、右旋圆偏振光传播速度不同的假设。
1.磁光存储
磁光存储材料是一种利用克尔磁光效应的磁写入光读出 来记录、改写、删除信息的载体材料。它汇聚了光存储和磁 存储的优点，已广泛应用于国家管理、军事、航空航天、石 油矿产、交通等需要大规模数据实时收集、记录、存储及分 析的领域。磁光存储材料主要有以下三种
图 5 法拉第效应
后来，维尔德(Verdet)对法拉第效应进行了仔细的研
究，发现光振动平面转过的角度与光在物质中通过的长度l
和磁感应强度B成正比，即：θ =VBl 叫维尔德常数。 式中，V是与物质性质有关的常数，
实验表明，法拉第效应的旋光方向决定于外加磁场方 向，与光的传播方向无关，即法拉第效应具有不可逆性，这 与具有可逆性的自然旋光效应不同。例如，线偏振光通过天 然右旋介质时，迎着光看去，振动面总是向右旋转，所以， 当从天然右旋介质出来的透射光沿原路返回时，振动面将回 到初始位置。但线偏振光通过磁光介质时，如果沿磁场方向
图 3 右旋石英与左旋石英
2.自然旋光现象的理论解释 ——菲涅耳假设
1825 年，菲涅耳对旋光现象提出了一种唯象的解释。 按照他的假设，可以把进入旋光介质的线偏振光看作是右旋圆 偏振光和左旋圆偏振光的组合。菲涅耳认为：在各向同性介 质中，线偏振光的右、左旋圆偏振光分量的传播速度vR和vL 相等，因而其相应的折射率Nr = c/ Vr和Nl = c/Vl 相等； 在旋光介质中，右、左旋圆偏振光的传播速度不同，其相应 的折射率也不相等。在右旋晶体中，右旋圆偏振光的传播速 度较快，Vr > Vl (或者Vr< Vl )；在左旋晶体中，左旋圆 偏振光的传播速度较快，Vl > Vr (或者Vl < Vr) 。根据 这一种假设，可以解释旋光现象。