磁光效應

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磁光效應(Magneto-optic Effect)

　　磁光效應是指由於磁場的作用使某些介質具有旋光性的效應^[1]。它是光與具有磁矩的物質相互作用而產生的一系列現象。磁光效應包括法拉第效應、克爾效應、塞曼效應、磁線振雙摺射等。法拉第效應和克爾效應是研究最多、應用最廣的磁光效應^[2]。

　　雖然法拉第早在1845年就發現了磁光效應，但在其後相當長的時間內並未獲得實質性的應用，只是不斷在發現新的磁光效應和建立初步的磁光理論。直到1956年，貝爾實驗室的狄龍等在偏光顯微鏡下，應用透射光觀察到釔鐵石榴石單晶材料中的磁疇結構，才使得磁光效應的研究嚮應用領域發展。特別是2O世紀6O年代初，由於激光的誕生及光電子技術的開發，對物質的磁性和磁光性能的研究才走上快速發展道路。釔鐵石榴石晶體是美國的貝爾公司在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製成功單晶薄膜式磁光材料，這是磁光材料發展的一個重要的突破。隨著磁光理論的逐步完善和大量的磁光材料被研究合成，許多磁光器件被研製出來，如磁光調製器、磁光隔離器、磁光感測器、磁光環行器和磁光碟存儲器等。

　　1.磁光調製器

　　磁光調製器是利用偏振光通過磁光介質，透射光的偏振面發生旋轉來調製光束。磁光調製器的應用非常廣泛，可作紅外檢測器的斬波器，可製成紅外輻射高溫計、高靈敏度偏振計等。磁光調製器的原理是將電信號先轉換成與之對應的交變磁場，由磁光效應改變在介質中傳輸的光波的偏振態，從而達到改變光強等參的目的。

　　2.磁光隔離器

　　隨著光纖通信、光信息處理和磁光記錄等技術的高速發展，光源的穩定性就顯得至關重要。各種反射光都會嚴重干擾光源的正常輸出，從而影響了整個系統的正常工作。磁光隔離器就是防止反向傳輸的干擾光對光源的影響，提高系統的工作穩定性。光隔離器的工作原理：當光正向入射時，通過起偏器後成為線偏振光，再通過磁光介質與外磁場使光的偏振方向右旋45度，並恰好能通過與起偏器成45度放置的檢偏器。而對於反向光，由檢偏器射入的線偏振光經過放置介質時，偏轉方向也右旋轉45度，從而使反向光的偏振方向與起偏器方向成9O度，無法通過起偏器，從而實現正向通過，反向隔離的目的。

　　3.磁光感測器

　　現代工業的高速發展，對電網的輸送和檢測的要求更高。如今電測技術日趨成熟，由於電測技術具有精度高、便於微機相連實現自動實時處理等優點，已經廣泛應用在電氣量和非電氣量的測量中。光纖電流感測器具有很好的絕緣性和抗干擾能力以及較高的測量精度，容易小型化。磁光效應感測器就是利用激光技術發展而成的高性能感測器。光纖電流感測器是根據法拉第效應原理，當一束線偏振光通過置於磁場中的磁光材料時，光的偏振方向發生改變來實現感測器的功能。磁光效應感測器作為一種特定用途的感測器，能夠在特定的環境中發揮自己的功能，也是一種非常重要的工業感測器。

　　4.磁光記錄

　　磁光記錄是近年來發展起來的高新技術，是存儲技術的一大飛躍發展。磁光記錄是目前最先進的信息存儲技術，它兼有磁記錄和光記錄兩者的優點，磁光記錄兼有光記錄的大容量和磁記錄的可重寫性。磁光存貯是通過激光的熱效應，改變稀土非晶合金薄膜的磁化矢量的取向，產生磁化矢量垂直於膜面的磁疇，利用該磁疇進行信息的寫入。改變施加的磁場方向，經過同一激光的作用後就可逐點擦除已被記錄的信息。磁光記錄的讀出是利用磁光克爾效應對記錄信號進行讀出。

　　5.磁光環行器

　　隨著光纖通信技術在通信領域的應用，具有光的非互易性和自光行進方向耦合端迴圈的磁光環行器被廣泛應用於光纖通信技術中。利用環行器可在一根光纖內傳輸兩個不同方向的信號，從而大大減小了系統的體積和成本。磁光環行器一般為四端環行器，光從埠1→2→3→4→1進行傳輸。四端環行器由一對偏振光分束器、全反射棱鏡、45度石英旋轉器、45度法拉第旋轉器組成。隨著時代的進步、科學技術的發展，對磁光特性的研究必將日益深入，新的磁光材料也會不斷被髮現，磁光學必將獲得更大的發展，磁光材料、器件和測量技術將會展現出更廣闊的應用空間。