磁光效應與磁光材料

1、磁光效應與磁光材料磁光效應與磁光材料引言引言第一部分第一部分 光和磁的基礎(chǔ)知識光和磁的基礎(chǔ)知識第二部分第二部分 磁光效應磁光效應第三部分第三部分 磁光材料磁光材料第四部分第四部分 磁光器件磁光器件1845 年，年， 英國物理學家英國物理學家 Faraday首次發(fā)現(xiàn)了磁致旋光效應。其首次發(fā)現(xiàn)了磁致旋光效應。其后一百多年，人們又不斷發(fā)現(xiàn)了新的磁光效應和建立了磁光理論后一百多年，人們又不斷發(fā)現(xiàn)了新的磁光效應和建立了磁光理論，但磁光效應并未獲得廣泛應用。直到，但磁光效應并未獲得廣泛應用。直到 1950年代，磁光效應才年代，磁光效應才被廣泛應用于磁性材料磁疇結(jié)構(gòu)的觀察和研究。近年來，隨著激被廣泛應用于磁

2、性材料磁疇結(jié)構(gòu)的觀察和研究。近年來，隨著激光、計算機、信息、光纖通信等新技術(shù)的發(fā)展，光、計算機、信息、光纖通信等新技術(shù)的發(fā)展， 人們對磁光效應人們對磁光效應的研究和應用不斷向深度和廣度發(fā)展，的研究和應用不斷向深度和廣度發(fā)展， 從而涌現(xiàn)出許多嶄新的磁從而涌現(xiàn)出許多嶄新的磁光材料和磁光器件。各種磁光材料光材料和磁光器件。各種磁光材料磁光玻璃、磁光薄膜、磁磁光玻璃、磁光薄膜、磁性液體、磁性光子晶體和磁光液晶等發(fā)展極為迅速，磁光材料及性液體、磁性光子晶體和磁光液晶等發(fā)展極為迅速，磁光材料及器件的研究從此進入空前發(fā)展時期，并在許多高新技術(shù)領(lǐng)域獲得器件的研究從此進入空前發(fā)展時期，并在許多高新技術(shù)領(lǐng)域獲得了

3、廣泛的應用。近幾十年來，一門新型分支學科了廣泛的應用。近幾十年來，一門新型分支學科磁光學磁光學(包括包括磁光效應、磁光理論、磁光材料、磁光測量、磁光器件、磁光光磁光效應、磁光理論、磁光材料、磁光測量、磁光器件、磁光光譜學等譜學等)基本形成，以此為背景的各種磁光材料及器件也顯示了其基本形成，以此為背景的各種磁光材料及器件也顯示了其獨特的性能和廣闊的應用前景，并引起了人們濃厚的興趣。獨特的性能和廣闊的應用前景，并引起了人們濃厚的興趣。 引言引言有些物質(zhì)，如順磁性、磁鐵性、反鐵磁性和亞鐵磁性物質(zhì)的內(nèi)部，有些物質(zhì)，如順磁性、磁鐵性、反鐵磁性和亞鐵磁性物質(zhì)的內(nèi)部，具有原子或離子磁矩。這些具有固有磁矩的物

4、質(zhì)在外磁場的作用具有原子或離子磁矩。這些具有固有磁矩的物質(zhì)在外磁場的作用下，電磁特性會發(fā)生變化，因而使光波在其內(nèi)部的傳輸特性也發(fā)下，電磁特性會發(fā)生變化，因而使光波在其內(nèi)部的傳輸特性也發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為磁光效應。生變化，這種現(xiàn)象稱為磁光效應。有些物質(zhì)，如逆磁性物質(zhì)內(nèi)部，沒有固有的原子或離子磁矩，但有些物質(zhì)，如逆磁性物質(zhì)內(nèi)部，沒有固有的原子或離子磁矩，但這種物質(zhì)處于外磁場中時，將使其內(nèi)部的電子軌道產(chǎn)生附加的拉這種物質(zhì)處于外磁場中時，將使其內(nèi)部的電子軌道產(chǎn)生附加的拉莫進動。這一進動具有相應的角動量和相應的磁矩，從而亦能使莫進動。這一進動具有相應的角動量和相應的磁矩，從而亦能使光波在其內(nèi)部傳播的特

5、性發(fā)生變化，但這種物質(zhì)產(chǎn)生的磁光效應光波在其內(nèi)部傳播的特性發(fā)生變化，但這種物質(zhì)產(chǎn)生的磁光效應遠較鐵磁性和亞鐵磁性物質(zhì)的微弱。遠較鐵磁性和亞鐵磁性物質(zhì)的微弱。磁光效應，包括法拉第效應、克爾效應、磁線振雙拆射磁光效應，包括法拉第效應、克爾效應、磁線振雙拆射(科頓一科頓一穆頓效應和瓦格特效應穆頓效應和瓦格特效應)、磁圓振二向色性、磁線振二向色性，、磁圓振二向色性、磁線振二向色性，塞曼效應和磁激發(fā)光散射等，其中最為人們所熟悉，而且亦最有塞曼效應和磁激發(fā)光散射等，其中最為人們所熟悉，而且亦最有用的是法拉第效應。用的是法拉第效應。第一部分第一部分 光和磁的基礎(chǔ)知識光和磁的基礎(chǔ)知識A 光的橫波性與五種偏振態(tài)

6、光的橫波性與五種偏振態(tài)光的干涉和衍射現(xiàn)象只表明光是一種波動，光的偏振現(xiàn)象才清光的干涉和衍射現(xiàn)象只表明光是一種波動，光的偏振現(xiàn)象才清楚地顯示光是橫波（振動方向與傳播方向垂直）而不是縱波。楚地顯示光是橫波（振動方向與傳播方向垂直）而不是縱波。1光的偏振現(xiàn)象與光的偏振現(xiàn)象與光的橫波性光的橫波性a 機械波的橫波性的檢驗機械波的橫波性的檢驗如圖，將橡皮繩的一端固定，上下抖動另一端，于是如圖，將橡皮繩的一端固定，上下抖動另一端，于是橫波橫波沿沿繩傳播，在波的傳播路徑中放置兩個欄桿繩傳播，在波的傳播路徑中放置兩個欄桿G1、G2，若二者縫，若二者縫隙方向一致隙方向一致圖圖(a)，則通過，則通過G1的振動可無阻

7、礙地通過的振動可無阻礙地通過G2；若二者縫隙方向垂直；若二者縫隙方向垂直圖圖(b)，則通過，則通過G1的振動傳到的振動傳到G2處就被擋住，在處就被擋住，在G2后不后不再有波動。再有波動。這只可能是橫波。這只可能是橫波。c 光的偏振的含義光的偏振的含義光波振動方向的不全面和振幅不均等的現(xiàn)象稱為光的偏振現(xiàn)象。光波振動方向的不全面和振幅不均等的現(xiàn)象稱為光的偏振現(xiàn)象。b 光波的橫波性的檢驗（光的偏振現(xiàn)象）光波的橫波性的檢驗（光的偏振現(xiàn)象）阻擋（消光），若阻擋（消光），若繼續(xù)轉(zhuǎn)過繼續(xù)轉(zhuǎn)過90度，透射光又變?yōu)樽盍?，再轉(zhuǎn)過度，透射光又變?yōu)樽盍?，再轉(zhuǎn)過90度，又復消光，度，又復消光，如此等等。結(jié)論：如此等等。

8、結(jié)論：偏振片所起的作用反映了它上面存在一個特殊方向，使光波偏振片所起的作用反映了它上面存在一個特殊方向，使光波中的振動能順利通過；該實驗也反映了光波的振動方向與傳播方向垂直即光波中的振動能順利通過；該實驗也反映了光波的振動方向與傳播方向垂直即光波是橫波。是橫波。光的電磁理論建立以后，光的橫波性才得以完滿說明：在自由空間傳播的光波光的電磁理論建立以后，光的橫波性才得以完滿說明：在自由空間傳播的光波是一種純粹的橫波，光波中沿橫向振動著的物理量是是一種純粹的橫波，光波中沿橫向振動著的物理量是電場矢量和磁場矢量電場矢量和磁場矢量，鑒，鑒于在光和物質(zhì)的相互作用過程中主要是光波中的電矢量起作用，于在光和物

9、質(zhì)的相互作用過程中主要是光波中的電矢量起作用，所以常以電矢所以常以電矢量作為光波中振動矢量的代表。量作為光波中振動矢量的代表。光的橫波性只表明電矢量與光的傳播方向垂直，光的橫波性只表明電矢量與光的傳播方向垂直，在與傳播方向垂直的二維空間里電矢量還可能有各式各樣的振動狀態(tài)，稱之為在與傳播方向垂直的二維空間里電矢量還可能有各式各樣的振動狀態(tài)，稱之為光的偏振態(tài)或偏振結(jié)構(gòu)。光的偏振態(tài)或偏振結(jié)構(gòu)。如圖，讓光線依次通過兩個偏振片如圖，讓光線依次通過兩個偏振片P1、P2，P1固定不動，以光線為軸固定不動，以光線為軸轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)動P2，發(fā)現(xiàn)：隨著，發(fā)現(xiàn)：隨著P2的的取向不的的取向不同，透射光的強度發(fā)生變化，當同，透

10、射光的強度發(fā)生變化，當P2處于某一位置時透射光的強度最大，處于某一位置時透射光的強度最大，由此位置轉(zhuǎn)過由此位置轉(zhuǎn)過90度后，透射光的強度后，透射光的強度減為零，即光線完全被度減為零，即光線完全被P2所所d 偏振片偏振片（1）晶體的二向色性（選擇吸收性）晶體的二向色性（選擇吸收性）（2）偏振片及其透振方向和消光方向）偏振片及其透振方向和消光方向（3）偏振片的起偏和檢偏性能）偏振片的起偏和檢偏性能行時被吸收得較少，光可以較多地通過行時被吸收得較少，光可以較多地通過圖圖（a），），振動的電矢振動的電矢量與光軸垂直時被吸收得較多，光通過得較少量與光軸垂直時被吸收得較多，光通過得較少圖（圖（b）。）。偏

11、振片對入射光具有消光和透過的功能，偏振片對入射光具有消光和透過的功能，偏振片上能透過的振動方向稱為透振方向偏振片上能透過的振動方向稱為透振方向（區(qū)別于光的傳播方向）。（區(qū)別于光的傳播方向）。晶體對不同方向的電磁振動具有選擇晶體對不同方向的電磁振動具有選擇吸收的性質(zhì)。如當光線射在電氣石晶吸收的性質(zhì)。如當光線射在電氣石晶體表面上時，振動的電矢量與光軸平體表面上時，振動的電矢量與光軸平起偏器：起偏器：任何偏振態(tài)的光通過后透射光都變?yōu)榫€偏振光的器件。任何偏振態(tài)的光通過后透射光都變?yōu)榫€偏振光的器件。檢偏器：檢偏器：檢查入射光偏振態(tài)的器件，線偏振光通過此器件后光檢查入射光偏振態(tài)的器件，線偏振光通過此器件后

12、光強變?yōu)榱銖娮優(yōu)榱?。偏振片既是起偏器，又是檢偏器。偏振片既是起偏器，又是檢偏器。2. 光的五種偏振態(tài)光的五種偏振態(tài)光是橫波，才有不同的偏振狀態(tài)光是橫波，才有不同的偏振狀態(tài)光波的五種偏振態(tài)：光波的五種偏振態(tài)：自然光、線偏振光、部分自然光、線偏振光、部分偏振光、圓偏振光和橢圓偏振光。偏振光、圓偏振光和橢圓偏振光。a 自然光自然光(1) 自然光自然光 自然光：在垂直光傳播方向的平面上，所有方向均有橫自然光：在垂直光傳播方向的平面上，所有方向均有橫振動，各個方向的振動幅度均相等，形成如圖所示的軸對稱振幅分振動，各個方向的振動幅度均相等，形成如圖所示的軸對稱振幅分布。布。（2）自然光通過偏振片后的光強度

13、）自然光通過偏振片后的光強度自然光通過偏振片后透射光強為入射光強的一半。任何光線通過自然光通過偏振片后透射光強為入射光強的一半。任何光線通過偏振片后剩下的只是振動沿其透振方向的分量，透射光的強度等偏振片后剩下的只是振動沿其透振方向的分量，透射光的強度等于這分量的平方，由于自然光中各振動的對稱分布，它們沿任何于這分量的平方，由于自然光中各振動的對稱分布，它們沿任何方向的分量造成的強度方向的分量造成的強度I都一樣，它等于總強度都一樣，它等于總強度I0的一半。所以當?shù)囊话?。所以當我們轉(zhuǎn)動我們轉(zhuǎn)動P的透振方向時，透射光的強度的透振方向時，透射光的強度I并不改變。并不改變。b. 橢圓偏振光橢圓偏振光(1

14、)橢圓偏振光橢圓偏振光在垂直光傳播方向的平面上，只有單一的振在垂直光傳播方向的平面上，只有單一的振動矢量，振動矢量的大小和方向不斷地改變，動矢量，振動矢量的大小和方向不斷地改變，振動矢量（電矢量）的端點在波面內(nèi)描繪的振動矢量（電矢量）的端點在波面內(nèi)描繪的軌跡是一個橢圓。軌跡是一個橢圓。每一時刻的電矢量可分解為每一時刻的電矢量可分解為xyEE iE jcos()yyEAtcosxxEAt02xyAA/2 當當或或時時222222cossinyxyxxyxyEE EEAAA A若消去參量方程中的若消去參量方程中的t橢圓方程橢圓方程橢圓長軸、短軸的大小和取向，與振幅橢圓長軸、短軸的大小和取向，與振幅

15、Ax,Ay和位相差和位相差 都有關(guān)系都有關(guān)系結(jié)論：結(jié)論： (1)橢圓偏振光可以分解為兩個互相垂直的振幅不相等的相橢圓偏振光可以分解為兩個互相垂直的振幅不相等的相位差固定、但不等于位差固定、但不等于 或或 0的線偏振光的線偏振光(2)可以由這兩束線偏振可以由這兩束線偏振光來代替這束橢圓偏振光。光來代替這束橢圓偏振光。(2) 左旋與右旋橢圓偏振光左旋與右旋橢圓偏振光定義：定義：迎著光線傳播的方向觀看，若振動矢量迎著光線傳播的方向觀看，若振動矢量 E順時針旋轉(zhuǎn)就稱為順時針旋轉(zhuǎn)就稱為右旋橢圓偏振光右旋橢圓偏振光，若振動矢量若振動矢量E逆時針旋轉(zhuǎn)就稱為逆時針旋轉(zhuǎn)就稱為左旋橢圓偏振光。左旋橢圓偏振光。 c

16、os()yyEAtcosxxEAt00對應于左旋對應于左旋對應于右旋對應于右旋(3) 橢圓偏振光通過偏振片后的光強度橢圓偏振光通過偏振片后的光強度若入射的橢圓偏振光強為若入射的橢圓偏振光強為0I旋轉(zhuǎn)偏振片旋轉(zhuǎn)偏振片P一周，透射光強的變化為：一周，透射光強的變化為：MmMIIII即每隔即每隔90度透射光強從極大變?yōu)闃O小，再由極小變?yōu)闃O大度透射光強從極大變?yōu)闃O小，再由極小變?yōu)闃O大,但但沒有消光位置。沒有消光位置。 與與 的振動方向垂直。的振動方向垂直。 MImIc. 圓偏振光圓偏振光(1)圓偏振光圓偏振光在垂直光傳播方向的平面上，只有單一的振動在垂直光傳播方向的平面上，只有單一的振動矢量，振動矢量

17、的大小不變，振動方向勻速轉(zhuǎn)矢量，振動矢量的大小不變，振動方向勻速轉(zhuǎn)動，振動矢量動，振動矢量(電矢量電矢量)的端點描繪成一個圓形的端點描繪成一個圓形軌跡。軌跡。圓偏振光可看成是橢圓偏振光的特例，圓偏振光能夠分解成兩束互相圓偏振光可看成是橢圓偏振光的特例，圓偏振光能夠分解成兩束互相垂直的線偏振光。垂直的線偏振光。xyEE iE jxyAAA/2 cosxEAtcos()2yEAt消去參量消去參量t有：有：222xyEEA圓方程圓方程結(jié)論：結(jié)論： 1）圓偏振光可以分解為兩個互相垂直的振幅相等、）圓偏振光可以分解為兩個互相垂直的振幅相等、相位差為相位差為 的線偏振光。的線偏振光。2）可以由這兩束線偏振

18、光來代替這束圓偏振光。）可以由這兩束線偏振光來代替這束圓偏振光。/2 (2)左旋圓偏振光與右旋圓偏振光左旋圓偏振光與右旋圓偏振光定義：定義：迎著光線傳播方向觀看，迎著光線傳播方向觀看，若振動矢量若振動矢量E順時針旋轉(zhuǎn)就稱為順時針旋轉(zhuǎn)就稱為右旋圓偏振光，此時：右旋圓偏振光，此時： /2 若振動矢量若振動矢量E逆時針旋轉(zhuǎn)就稱為逆時針旋轉(zhuǎn)就稱為左旋圓偏振光，此時：左旋圓偏振光，此時： /2 (3)圓偏振光通過偏振片后的光強度圓偏振光通過偏振片后的光強度若入射光強為：若入射光強為：22202xyIAAA旋轉(zhuǎn)偏振片旋轉(zhuǎn)偏振片P一周，透射光強不變化一周，透射光強不變化22012xIAAI這是因為圓偏振光可

19、沿任意一對相互垂直的方向分解成振這是因為圓偏振光可沿任意一對相互垂直的方向分解成振幅相等的兩個偏振光。其中一個分量通不過偏振器，另一幅相等的兩個偏振光。其中一個分量通不過偏振器，另一個能通過。個能通過。d 線偏振光線偏振光(1)線偏振光的定義：線偏振光的定義：在垂直光傳播方向的平面上，只有單一在垂直光傳播方向的平面上，只有單一方向的振動矢量，隨著時間的推移，振方向的振動矢量，隨著時間的推移，振動矢量只改變大小、不改變方向。動矢量只改變大小、不改變方向。一束線偏振光可以分解為兩束互相垂直的線偏振光一束線偏振光可以分解為兩束互相垂直的線偏振光cosEAtcosAAxsinAAycosxxEAtco

20、s()yyEAt0 ,jEiEyx消去參量消去參量t，有：有：直線方程直線方程xyxyAAEE結(jié)論：結(jié)論：（1）線偏振光可以分解為兩個互相垂直）線偏振光可以分解為兩個互相垂直 的相位差為的相位差為 0 或或 的線偏振光，的線偏振光，（2）可以由這兩束線偏振光代替這束線偏振光。）可以由這兩束線偏振光代替這束線偏振光。(2)振動面與平面偏振光振動面與平面偏振光振動面：振動面：線偏振光的傳播方向與線偏振光的傳播方向與振動方向構(gòu)成的平面。振動方向構(gòu)成的平面。同一波線上的線偏振光的光振動均處于同一同一波線上的線偏振光的光振動均處于同一振動面上，又稱線偏振光為振動面上，又稱線偏振光為平面偏振光平面偏振光。

21、線偏振光是偏振程度最強的光，又稱線偏振線偏振光是偏振程度最強的光，又稱線偏振光為光為全偏振光全偏振光。 (3)線偏振光通過偏振片后的光強度線偏振光通過偏振片后的光強度若入射的線偏振光強為：若入射的線偏振光強為： 0I旋轉(zhuǎn)偏振片旋轉(zhuǎn)偏振片P一周，一周，透射光強的變化為：透射光強的變化為： 000III存在一個消光方向存在一個消光方向, 在垂直在垂直 P 的透振方向上的透振方向上e部分偏振光部分偏振光(1)部分偏振光部分偏振光在垂直光傳播方向的平面上，所有方向均有橫振動，但在垂直光傳播方向的平面上，所有方向均有橫振動，但不同方向的振動幅度不相等，形成如圖的振幅分布。不同方向的振動幅度不相等，形成如

22、圖的振幅分布。(2)部分偏振光通過偏振片后的光強度部分偏振光通過偏振片后的光強度 若入射的部分偏振光光強為若入射的部分偏振光光強為 0I旋轉(zhuǎn)偏振片旋轉(zhuǎn)偏振片P一周，透射光強的變化為：一周，透射光強的變化為：MmMIIII與與 的振動方向互相垂直的振動方向互相垂直mIMI部分偏振光的總光強部分偏振光的總光強 mMIII偏振度：偏振度： mMmMIIIIP時，時， ，為自然光，為自然光 0P時，時， ，是線偏振光，是線偏振光 1P0mI注意：注意： 與與 是所有線偏振光在這兩個互相是所有線偏振光在這兩個互相 垂直方向上的投影分量的非相干疊加。垂直方向上的投影分量的非相干疊加。 MImImMIIB

23、磁疇和磁化磁疇和磁化物質(zhì)由原子、分子、離子組成，有些原子或離子，如物質(zhì)由原子、分子、離子組成，有些原子或離子，如Fe、Co、Ni、Fe2+、Fe3+、Tb3+、Sm3+、Pr3+等具有一定大小的磁矩，由這些磁性原子、離子組等具有一定大小的磁矩，由這些磁性原子、離子組成的合金和化合物，通常具有很強的磁性。成的合金和化合物，通常具有很強的磁性。 具有強磁性的物質(zhì)稱為磁性物質(zhì)。（鐵磁性與亞鐵磁性）具有強磁性的物質(zhì)稱為磁性物質(zhì)。（鐵磁性與亞鐵磁性）2. 在磁性物質(zhì)內(nèi)部，有許許多多小區(qū)域，在每一個小區(qū)域內(nèi)，由于原于或離子在磁性物質(zhì)內(nèi)部，有許許多多小區(qū)域，在每一個小區(qū)域內(nèi)，由于原于或離子 之間具有很強的電

24、的和磁的相互作用，所有的原子或離于磁矩都互相平行、之間具有很強的電的和磁的相互作用，所有的原子或離于磁矩都互相平行、 整齊地排列起來，這種小區(qū)域即整齊地排列起來，這種小區(qū)域即磁疇磁疇。因為各磁疇的磁矩方向是不相同的，。因為各磁疇的磁矩方向是不相同的， 因此對外作用互相抵消，宏觀上并不顯示出磁性因此對外作用互相抵消，宏觀上并不顯示出磁性(圖圖a)。若沿物體的某一方向。若沿物體的某一方向 施加一個不大的磁場，物體內(nèi)的各磁疇磁矩會從各個不同的方向，轉(zhuǎn)到磁場施加一個不大的磁場，物體內(nèi)的各磁疇磁矩會從各個不同的方向，轉(zhuǎn)到磁場 方向或接近磁場方向，因而在磁場方向存在磁矩的聯(lián)合分量，對外就顯示出磁方向或接近

25、磁場方向，因而在磁場方向存在磁矩的聯(lián)合分量，對外就顯示出磁 性性(圖圖b)，即物體被外磁場磁化了。單位體積內(nèi)各個磁疇磁矩的矢量和叫磁化，即物體被外磁場磁化了。單位體積內(nèi)各個磁疇磁矩的矢量和叫磁化強度矢量（強度矢量（M）。當施）。當施加的外磁場足夠大，以加的外磁場足夠大，以致所有的磁疇磁矩都沿致所有的磁疇磁矩都沿外磁場方向排列外磁場方向排列(此時此時磁疇消失了磁疇消失了(圖圖c)，再增，再增加外磁場也不能增強磁加外磁場也不能增強磁化，即物體磁化達到飽化，即物體磁化達到飽和，和，MMs，Ms稱為稱為飽和磁化強度。飽和磁化強度。3. 外加磁場的方向不同，有些物體沿不同方向磁化的情形是不同的，我們稱外

26、加磁場的方向不同，有些物體沿不同方向磁化的情形是不同的，我們稱這種現(xiàn)象為磁性的各向異性。這主要是由下列三種因素造成的。這種現(xiàn)象為磁性的各向異性。這主要是由下列三種因素造成的。 (1)結(jié)構(gòu)上的各向異性結(jié)構(gòu)上的各向異性 在晶體中，原子的排列是有規(guī)則的，在各個方向上在晶體中，原子的排列是有規(guī)則的，在各個方向上排列的狀況是不相同的。如在簡單立方晶體中，沿排列的狀況是不相同的。如在簡單立方晶體中，沿100方向的原子排列比較方向的原子排列比較緊密，而沿緊密，而沿111方向的原子排列就比較稀疏。又如在兩種以上原子構(gòu)成的晶方向的原子排列就比較稀疏。又如在兩種以上原子構(gòu)成的晶體中，在其一方向排成直線的是同一種原

27、子，在另一方向排成直線的是兩種體中，在其一方向排成直線的是同一種原子，在另一方向排成直線的是兩種以上的原子。這些狀況屬于結(jié)構(gòu)上的各向異性。由于結(jié)構(gòu)上的各向異性，磁以上的原子。這些狀況屬于結(jié)構(gòu)上的各向異性。由于結(jié)構(gòu)上的各向異性，磁性晶體磁化時，在磁性上亦會表現(xiàn)出各向異性，這種現(xiàn)象稱為磁晶各向異性。性晶體磁化時，在磁性上亦會表現(xiàn)出各向異性，這種現(xiàn)象稱為磁晶各向異性。 例如：鐵單晶屬于立方晶系例如：鐵單晶屬于立方晶系(如圖如圖)。在。在100方向加不大的磁場，磁化就會方向加不大的磁場，磁化就會達到飽和，在達到飽和，在110加同樣大小的磁場，磁化就不如加同樣大小的磁場，磁化就不如100方向強，而在方向

28、強，而在111方向，磁化則更弱了。我們把最容易磁化的方向稱為易磁化方向，如鐵單晶方向，磁化則更弱了。我們把最容易磁化的方向稱為易磁化方向，如鐵單晶中的中的100方向，最難磁化的方向稱為難磁化方向，如鐵單晶中的方向，最難磁化的方向稱為難磁化方向，如鐵單晶中的111方向。方向。(2)形狀上的各向異性形狀上的各向異性 磁性物體磁化后，在物體的端面會出現(xiàn)磁性物體磁化后，在物體的端面會出現(xiàn)N、S兩個磁極，兩個磁極，如圖如圖a所示。這樣，在物體內(nèi)部就會產(chǎn)生一種磁場所示。這樣，在物體內(nèi)部就會產(chǎn)生一種磁場Hd，其方向與外磁場，其方向與外磁場Ha方向方向相反或接近相反，因而有減退磁化的作用，故相反或接近相反，因

29、而有減退磁化的作用，故Hd稱為退磁場。真正作用在物體稱為退磁場。真正作用在物體內(nèi)部的磁場強度內(nèi)部的磁場強度Hi為為Hi=Ha+Hd，在數(shù)值上，在數(shù)值上Hd越大，越大，Hi就比就比Ha小得越多，這小得越多，這表明物體越難磁化。表明物體越難磁化。 退磁場退磁場Hd一般是不均勻的。可是在橢球中，如果磁化均勻，其內(nèi)部的一般是不均勻的。可是在橢球中，如果磁化均勻，其內(nèi)部的Hd則是均勻的，且則是均勻的，且Hd大小與內(nèi)部的磁化程度大小與內(nèi)部的磁化程度M成正比，方向與成正比，方向與M相反。相反。HdNM，N稱為退磁因子。橢球在三個主軸上的退磁因子稱為退磁因子。橢球在三個主軸上的退磁因子Nx，Ny和和Nz有以下

30、關(guān)系有以下關(guān)系：Nx+Ny+Nz=1。N的數(shù)值決定于物體的幾何形狀。通常物體各方向上的退磁的數(shù)值決定于物體的幾何形狀。通常物體各方向上的退磁因子是不相同的。由此可知，同樣大小的外磁場沿不同方向磁化時，各個方向因子是不相同的。由此可知，同樣大小的外磁場沿不同方向磁化時，各個方向上的退磁場是不相同的，因而內(nèi)磁場上的退磁場是不相同的，因而內(nèi)磁場Hi亦各不相同。這種因物體的幾何形狀所亦各不相同。這種因物體的幾何形狀所導致的沿不同方向磁化難易程度不同的現(xiàn)象稱為形狀各向異性導致的沿不同方向磁化難易程度不同的現(xiàn)象稱為形狀各向異性圖圖b、c兩種形狀是橢球體的兩個特殊情況。在無限長圓柱體情兩種形狀是橢球體的兩個

31、特殊情況。在無限長圓柱體情形，形，Nz0，NxNy12。由此不難看出，當外磁場。由此不難看出，當外磁場Ha大小大小一定時，沿無限長圓柱體長軸方向一定時，沿無限長圓柱體長軸方向(z方向方向)磁化時，磁化時，Hi最大，即最大，即最易磁化。在無限大薄片情形最易磁化。在無限大薄片情形NxNy0Nz1。因此，沿垂。因此，沿垂直于無限大薄片方向直于無限大薄片方向(z方向方向)磁化時，薄片內(nèi)的磁化時，薄片內(nèi)的Hi最小，即最難最小，即最難磁化，而沿無限大薄片平面內(nèi)磁化時，磁化，而沿無限大薄片平面內(nèi)磁化時，Hi最大，即最易磁化。如最大，即最易磁化。如在集成光學器件中，常用到的稀土鐵石榴石單晶薄膜的情形，如在集成

32、光學器件中，常用到的稀土鐵石榴石單晶薄膜的情形，如果單從形狀各向異性考慮，則垂直于薄膜平面的方向是難磁化方果單從形狀各向異性考慮，則垂直于薄膜平面的方向是難磁化方向，薄膜平面內(nèi)的任何方向都是易磁化方向，只要在薄膜平面內(nèi)向，薄膜平面內(nèi)的任何方向都是易磁化方向，只要在薄膜平面內(nèi)施加施加408000Am（0.5100Oe）的磁場，即可使石榴石膜磁）的磁場，即可使石榴石膜磁化到飽和?；斤柡汀?3) 應力的各向異性，磁性物體被磁化時，要發(fā)生伸縮，如果受到限制而不應力的各向異性，磁性物體被磁化時，要發(fā)生伸縮，如果受到限制而不能伸縮，則物體中就會產(chǎn)生應力。例如，在非磁性釓鎵石榴石能伸縮，則物體中就會產(chǎn)生應

33、力。例如，在非磁性釓鎵石榴石(Gd3Ga5O12簡稱簡稱GGG)上外延生長的釔鐵石榴石上外延生長的釔鐵石榴石(Y3Fe5O12簡稱簡稱YIG)單晶薄膜，被磁化單晶薄膜，被磁化后會發(fā)生伸縮，但由于受到后會發(fā)生伸縮，但由于受到GGG襯底的牽制會在薄膜內(nèi)產(chǎn)生應力。有時候襯底的牽制會在薄膜內(nèi)產(chǎn)生應力。有時候人為地使磁性薄膜材料的點陣常數(shù)略大子或略小于襯底材料的點陣常數(shù)，這人為地使磁性薄膜材料的點陣常數(shù)略大子或略小于襯底材料的點陣常數(shù)，這種點陣常數(shù)的失配會在磁性薄膜內(nèi)產(chǎn)生一定大小的應力。在各個方向上應力種點陣常數(shù)的失配會在磁性薄膜內(nèi)產(chǎn)生一定大小的應力。在各個方向上應力的情況往往是不一樣的，物體磁化時產(chǎn)生

34、的這種應力的各向異性，亦會導致的情況往往是不一樣的，物體磁化時產(chǎn)生的這種應力的各向異性，亦會導致磁性的各向異性，這種現(xiàn)象稱為應力各向異性。磁性的各向異性，這種現(xiàn)象稱為應力各向異性。 那么，磁性物體的哪個方向是易磁化方向呢那么，磁性物體的哪個方向是易磁化方向呢?這要由上述三種因素共同決這要由上述三種因素共同決定。我們可以通過調(diào)節(jié)成分、配方、工藝條件和樣品形狀等方法使某一個或定。我們可以通過調(diào)節(jié)成分、配方、工藝條件和樣品形狀等方法使某一個或某兩個因素起支配作用，這時易磁化方向就由這一個或兩個主要因素決定。某兩個因素起支配作用，這時易磁化方向就由這一個或兩個主要因素決定。在用于磁光器件的磁性薄膜材料

35、中，有時使易磁化方向處于薄膜平面內(nèi)，有在用于磁光器件的磁性薄膜材料中，有時使易磁化方向處于薄膜平面內(nèi)，有時使易磁化方向處于垂直于薄膜平面的方向上。例如，用于磁鏡偏頻激光陀時使易磁化方向處于垂直于薄膜平面的方向上。例如，用于磁鏡偏頻激光陀螺的螺的(Ei PrGdYb)3(FeAl)6O12單晶薄膜，其易磁化方向在薄膜平面內(nèi)，而具單晶薄膜，其易磁化方向在薄膜平面內(nèi)，而具有磁光泡特性有磁光泡特性(Bi Tm)3（Fe Ga)5O12摯晶薄膜，共易磁化方向卻在垂直薄膜平摯晶薄膜，共易磁化方向卻在垂直薄膜平血的血的111方向上。這樣，人們只要在易磁化方向上施加一個較小的磁場，就方向上。這樣，人們只要在易

36、磁化方向上施加一個較小的磁場，就可以使薄膜磁化到飽和?？梢允贡∧ご呕斤柡汀５诙糠值诙糠?磁光效應磁光效應 當光透過鐵磁體或被磁體反射，由于鐵磁體存在自發(fā)當光透過鐵磁體或被磁體反射，由于鐵磁體存在自發(fā)磁化強度，使光的傳輸特性發(fā)生變化，產(chǎn)生新的各種光學磁化強度，使光的傳輸特性發(fā)生變化，產(chǎn)生新的各種光學各向異性現(xiàn)象，統(tǒng)稱為磁光效應。各向異性現(xiàn)象，統(tǒng)稱為磁光效應。 磁光效應指的是具有固有磁矩的物質(zhì)在外磁場的作用磁光效應指的是具有固有磁矩的物質(zhì)在外磁場的作用下電磁特性下電磁特性(如磁導率、如磁導率、 磁化強度、磁疇結(jié)構(gòu)等磁化強度、磁疇結(jié)構(gòu)等)會發(fā)生變會發(fā)生變化，使光波在其內(nèi)部的傳輸特性化，使光波在

37、其內(nèi)部的傳輸特性(如偏振狀態(tài)、光強、相如偏振狀態(tài)、光強、相位、傳輸方向等位、傳輸方向等)也隨之發(fā)生變化的現(xiàn)象。也隨之發(fā)生變化的現(xiàn)象。 磁光效應包括法拉第效應、磁光克爾效應、塞曼效應磁光效應包括法拉第效應、磁光克爾效應、塞曼效應、磁致雙折射效應以及后來發(fā)現(xiàn)的磁圓振二向色性、磁致雙折射效應以及后來發(fā)現(xiàn)的磁圓振二向色性、 磁線磁線振二向色性、磁激發(fā)光散射、磁場光吸收、磁離子體效應振二向色性、磁激發(fā)光散射、磁場光吸收、磁離子體效應和光磁效應等。和光磁效應等。A 法拉第效應（重點）法拉第效應（重點） 法拉第效應是指一束線偏振光沿外加磁場方向（磁化強度矢量法拉第效應是指一束線偏振光沿外加磁場方向（磁化強度

38、矢量的方向）通過置于磁場中的介質(zhì)時，由于左、右旋圓偏振光（的方向）通過置于磁場中的介質(zhì)時，由于左、右旋圓偏振光（線偏線偏振光分解來的，透射后存在相位差、仍合成為線偏振光振光分解來的，透射后存在相位差、仍合成為線偏振光）在鐵磁體）在鐵磁體中的折射率不同，透射光的偏振化方向相對于入射光的偏振化方向中的折射率不同，透射光的偏振化方向相對于入射光的偏振化方向轉(zhuǎn)過一定角度轉(zhuǎn)過一定角度 F （法拉第轉(zhuǎn)角）的現(xiàn)象。（法拉第轉(zhuǎn)角）的現(xiàn)象。材料中的法拉第轉(zhuǎn)角材料中的法拉第轉(zhuǎn)角F與樣品長度與樣品長度L和磁場強度和磁場強度H的關(guān)系：的關(guān)系： F=HLV 其中，其中，V為為Verdet常數(shù)，是物質(zhì)固有的比例系數(shù)，單位

39、是常數(shù)，是物質(zhì)固有的比例系數(shù)，單位是 min/(Oecm)。 注：注：1.這一效應最早由法拉第發(fā)現(xiàn)這一效應最早由法拉第發(fā)現(xiàn), 通常又稱為法拉第旋轉(zhuǎn)效應。通常又稱為法拉第旋轉(zhuǎn)效應。2.從公式看出，光波的偏振面繞傳從公式看出，光波的偏振面繞傳輸軸連續(xù)旋轉(zhuǎn)輸軸連續(xù)旋轉(zhuǎn)(相對相對H) , 直至磁光直至磁光介質(zhì)的終端，偏振面旋轉(zhuǎn)了介質(zhì)的終端，偏振面旋轉(zhuǎn)了F。3.法拉第效應可分為右旋和左旋兩種法拉第效應可分為右旋和左旋兩種: 當線偏振光沿著磁場方向傳播當線偏振光沿著磁場方向傳播時時, 振動面向左旋振動面向左旋; 當光束逆著磁場方向傳播時當光束逆著磁場方向傳播時, 振動面將向右旋。振動面將向右旋。產(chǎn)生法拉第

40、旋轉(zhuǎn)（磁旋光）的內(nèi)在原因是磁性原子或離子的光產(chǎn)生法拉第旋轉(zhuǎn)（磁旋光）的內(nèi)在原因是磁性原子或離子的光躍迂，由于這些躍遷導致了磁場中兩個旋轉(zhuǎn)方間相反的圓偏振波躍迂，由于這些躍遷導致了磁場中兩個旋轉(zhuǎn)方間相反的圓偏振波之間的色散差。例如在之間的色散差。例如在YIG磁性晶體中，導致依賴于波長的磁旋磁性晶體中，導致依賴于波長的磁旋光主要是處于八面體位置上的鐵離子的躍遷貢獻的。磁旋光包括光主要是處于八面體位置上的鐵離子的躍遷貢獻的。磁旋光包括磁偶極子和電偶極子兩種躍遷的貢獻。磁偶極子和電偶極子兩種躍遷的貢獻。 F M十十E式中式中M和和E分別是由磁偶板子和電偶極子躍遷引起的。分別是由磁偶板子和電偶極子躍遷引

41、起的。當光頻率大于磁偶極子躍遷相對應的鐵磁共振頻率時當光頻率大于磁偶極子躍遷相對應的鐵磁共振頻率時M4Ms其中，其中，為旋磁比，為旋磁比，Ms為飽和磁化強度，磁偶極子躍遷對磁旋為飽和磁化強度，磁偶極子躍遷對磁旋光的貢獻與波長無關(guān)，是一個恒量。光的貢獻與波長無關(guān)，是一個恒量。電偶極子對磁旋光的貢獻來源子常態(tài)與激發(fā)態(tài)之間的躍遷。對電偶極子對磁旋光的貢獻來源子常態(tài)與激發(fā)態(tài)之間的躍遷。對于離躍遷遠的波長于離躍遷遠的波長E=a/2+b/4+常數(shù)常數(shù)a、b決定于離子磁化，輻射吸收的躍遷幾率和激發(fā)態(tài)的自決定于離子磁化，輻射吸收的躍遷幾率和激發(fā)態(tài)的自旋一軌道相互作用。旋一軌道相互作用。 磁圓振二向色性是發(fā)生在

42、光沿平行于磁化強度方向傳磁圓振二向色性是發(fā)生在光沿平行于磁化強度方向傳播的情況，鐵磁體對入射線偏振光的兩個圓偏振光的吸收播的情況，鐵磁體對入射線偏振光的兩個圓偏振光的吸收不同，一個圓偏振光的吸收大于另一個圓偏振光的吸收。不同，一個圓偏振光的吸收大于另一個圓偏振光的吸收。其結(jié)果造成左右圓偏振光的吸收有差異，此現(xiàn)象稱為磁圓其結(jié)果造成左右圓偏振光的吸收有差異，此現(xiàn)象稱為磁圓振二向色性。振二向色性。 磁致線雙折射效應磁致線雙折射效應:構(gòu)成介質(zhì)的分子有各向異性的性質(zhì)構(gòu)成介質(zhì)的分子有各向異性的性質(zhì), 即具有永久磁矩。即具有永久磁矩。 在不加磁場時各分子的排列雜亂無章在不加磁場時各分子的排列雜亂無章, 使得

43、介質(zhì)在宏觀上表現(xiàn)為各向同性使得介質(zhì)在宏觀上表現(xiàn)為各向同性, 而在加上足夠強的外磁而在加上足夠強的外磁場時場時, 分子磁矩受到了力的作用分子磁矩受到了力的作用, 各分子對外磁場有了一定各分子對外磁場有了一定的取向的取向, 從而使介質(zhì)在宏觀上有了各向異性的性質(zhì)。在磁場從而使介質(zhì)在宏觀上有了各向異性的性質(zhì)。在磁場中的介質(zhì)中的介質(zhì), 當光以不同于磁場的方向通過它時當光以不同于磁場的方向通過它時, 也會出現(xiàn)象也會出現(xiàn)象單軸晶體那樣的雙折射現(xiàn)象單軸晶體那樣的雙折射現(xiàn)象, 稱為磁致線雙折射效應。磁致稱為磁致線雙折射效應。磁致線雙折射效應又包括科頓線雙折射效應又包括科頓穆頓效應穆頓效應( Cotton-Mou

44、ton effect)和瓦格特效應和瓦格特效應(Voigt effect) ,通常把鐵磁和亞鐵磁介通常把鐵磁和亞鐵磁介質(zhì)中的磁致線雙折射稱為科頓質(zhì)中的磁致線雙折射稱為科頓穆頓效應穆頓效應, 反鐵磁介質(zhì)中的反鐵磁介質(zhì)中的磁致線雙折射稱為瓦格特效應。磁致線雙折射稱為瓦格特效應。B 磁致線雙折射效應磁致線雙折射效應磁線振二向色性是發(fā)生在光沿著垂直于磁化強度方向傳播磁線振二向色性是發(fā)生在光沿著垂直于磁化強度方向傳播的情況，鐵磁體對被分解成的兩個偏振光的吸收不同，兩的情況，鐵磁體對被分解成的兩個偏振光的吸收不同，兩個偏振光以不同的衰減通過鐵磁體，從而出現(xiàn)磁線振二向個偏振光以不同的衰減通過鐵磁體，從而出現(xiàn)

45、磁線振二向色性。色性。如圖當線偏振光垂直于磁化強度矢量如圖當線偏振光垂直于磁化強度矢量方向透射時，光波的電矢量將分成兩方向透射時，光波的電矢量將分成兩束，一束與磁化強度矢量平行，稱為束，一束與磁化強度矢量平行，稱為正常光波，另一束與磁化強度矢量垂正常光波，另一束與磁化強度矢量垂直，稱非正常光波。兩者之間有相位直，稱非正常光波。兩者之間有相位差差，這二者的折射率不同而有雙折，這二者的折射率不同而有雙折射現(xiàn)象，此稱為科頓射現(xiàn)象，此稱為科頓穆頓效應。穆頓效應。C 磁光克爾效應（重點）磁光克爾效應（重點）磁光克爾效應磁光克爾效應:線偏振光被磁化了的鐵磁體表面反射時線偏振光被磁化了的鐵磁體表面反射時,反

46、反射光將是橢圓偏振的射光將是橢圓偏振的,且以橢圓的長軸為標志的偏振面相對且以橢圓的長軸為標志的偏振面相對于入射線偏振光的偏振面轉(zhuǎn)過了一定角度于入射線偏振光的偏振面轉(zhuǎn)過了一定角度k，這種現(xiàn)象就，這種現(xiàn)象就是磁光克爾效應是磁光克爾效應, k稱為磁光克爾轉(zhuǎn)角。稱為磁光克爾轉(zhuǎn)角。磁光克爾效應包括三種情況磁光克爾效應包括三種情況:1)縱向克爾效應縱向克爾效應:即磁化強度既平行于介質(zhì)表面又平行于光即磁化強度既平行于介質(zhì)表面又平行于光線的入射面時的克爾效應線的入射面時的克爾效應;2)極向克爾效應極向克爾效應:即磁化強度與介質(zhì)表面垂直時發(fā)生的克爾即磁化強度與介質(zhì)表面垂直時發(fā)生的克爾效應效應;3)橫向克爾效應橫

47、向克爾效應,即磁化強度與介質(zhì)表面平行時發(fā)生的克爾即磁化強度與介質(zhì)表面平行時發(fā)生的克爾效應。效應。極向和縱向克爾效應的磁致旋光都正比于磁化強度，一般極向和縱向克爾效應的磁致旋光都正比于磁化強度，一般極向的效應最強，縱向次之，橫向則無明顯的磁致旋光。極向的效應最強，縱向次之，橫向則無明顯的磁致旋光?？藸栃钪匾膽檬怯^察鐵磁體的磁疇克爾效應最重要的應用是觀察鐵磁體的磁疇 近幾年近幾年,市場上出現(xiàn)了一種磁光盤市場上出現(xiàn)了一種磁光盤,它既具有光盤的巨大容量及它既具有光盤的巨大容量及信息存儲密度信息存儲密度,還同時能像普通磁盤那樣可擦重寫還同時能像普通磁盤那樣可擦重寫,因此受到普因此受到普遍的關(guān)注遍

48、的關(guān)注.磁光盤表面的信息存儲材料被稱為磁光介質(zhì)磁光盤表面的信息存儲材料被稱為磁光介質(zhì).評價磁評價磁光介質(zhì)性能的重要指標是它的磁光克爾轉(zhuǎn)角光介質(zhì)性能的重要指標是它的磁光克爾轉(zhuǎn)角 ,它直接反映磁光它直接反映磁光介質(zhì)的信息讀出性能介質(zhì)的信息讀出性能.磁光介質(zhì)寫入信息的方法是在激光照射下同時處在磁場當中的磁光介質(zhì)寫入信息的方法是在激光照射下同時處在磁場當中的熱磁寫入熱磁寫入.具體過程是具體過程是:將磁光介質(zhì)以薄膜形式附著在磁光盤表將磁光介質(zhì)以薄膜形式附著在磁光盤表面上面上,將激光聚焦后逐點照射在材料的表面將激光聚焦后逐點照射在材料的表面,使得該材料局部受使得該材料局部受熱而發(fā)生矯頑力降低熱而發(fā)生矯頑力

49、降低,這時利用外加磁場對該材料進行磁化這時利用外加磁場對該材料進行磁化.由由于磁光介質(zhì)都具有垂直表面各向異性于磁光介質(zhì)都具有垂直表面各向異性,在介質(zhì)上的點受熱而同在介質(zhì)上的點受熱而同時被磁化時時被磁化時,磁化方向可有兩種情況磁化方向可有兩種情況:垂直表面向上和垂直表面垂直表面向上和垂直表面向下向下(可稱為正向磁化和反向磁化可稱為正向磁化和反向磁化) ,通常將這兩種磁化情況分通常將這兩種磁化情況分別代表信息的別代表信息的 “0” 和和“1” .當激光光點移開剛才被磁化的點當激光光點移開剛才被磁化的點時時,那里的溫度迅速降低那里的溫度迅速降低,磁疇的磁化方向即固定下來磁疇的磁化方向即固定下來.因此

50、因此,逐點逐點磁化的過程也就是信息寫入的過程磁化的過程也就是信息寫入的過程.磁光盤上信息讀出的原理是利用磁光克爾效應磁光盤上信息讀出的原理是利用磁光克爾效應.對已寫入信息的磁光介質(zhì)對已寫入信息的磁光介質(zhì),要讀出所寫信息則要利用磁光克爾要讀出所寫信息則要利用磁光克爾效應。具體方法是效應。具體方法是:將一束單色偏振光聚焦后照射在介質(zhì)表面將一束單色偏振光聚焦后照射在介質(zhì)表面上的某點上的某點 ,通過檢測該點處磁疇的磁化方向來辨別信息的通過檢測該點處磁疇的磁化方向來辨別信息的 “0” 或或 “1” .例如例如 ,被照射的點為正向磁化被照射的點為正向磁化 ,則在該點的反射光磁光則在該點的反射光磁光克爾轉(zhuǎn)角

51、應為克爾轉(zhuǎn)角應為 +k ,相反被照射的點為反向磁化相反被照射的點為反向磁化 ,則在該點的則在該點的反射光磁光克爾轉(zhuǎn)角應為反射光磁光克爾轉(zhuǎn)角應為 - k. 因此因此 ,如果偏振分析器的軸向恰好調(diào)整為與垂直于記錄如果偏振分析器的軸向恰好調(diào)整為與垂直于記錄介質(zhì)的平面成介質(zhì)的平面成k 夾角夾角 ,那么在介質(zhì)上反向磁化點的反射光那么在介質(zhì)上反向磁化點的反射光線將不能通過偏振分析器線將不能通過偏振分析器 ,而在介質(zhì)的正向磁化處而在介質(zhì)的正向磁化處 ,反射光反射光則可以通過偏振分析器則可以通過偏振分析器.這表明反射光的偏振面旋轉(zhuǎn)了這表明反射光的偏振面旋轉(zhuǎn)了2k 的角度的角度. 這樣這樣 ,如果我們在經(jīng)過磁光

52、介質(zhì)表面反射的光線后如果我們在經(jīng)過磁光介質(zhì)表面反射的光線后方方 ,在通過偏振分析器后的光路上安放一光電檢測裝置在通過偏振分析器后的光路上安放一光電檢測裝置(例例如光電倍增管如光電倍增管) ,就可以很方便地辨認出反射點是正向磁化就可以很方便地辨認出反射點是正向磁化還是反向磁化還是反向磁化 ,也就是完成了也就是完成了 “0” 和和 “1” 的辨認的辨認.可見可見 ,磁磁光克爾轉(zhuǎn)角在磁光信息讀出時扮演著十分重要的角色光克爾轉(zhuǎn)角在磁光信息讀出時扮演著十分重要的角色.如果如果把磁光介質(zhì)附著在可旋轉(zhuǎn)的圓盤表面把磁光介質(zhì)附著在可旋轉(zhuǎn)的圓盤表面 ,就構(gòu)成了磁光盤就構(gòu)成了磁光盤.磁磁光盤旋轉(zhuǎn)時光盤旋轉(zhuǎn)時 ,如果

53、同時有單色偏振光聚焦在磁光盤表面如果同時有單色偏振光聚焦在磁光盤表面 ,就就可實現(xiàn)光線的逐點掃描可實現(xiàn)光線的逐點掃描 ,即信息被連續(xù)讀出即信息被連續(xù)讀出.磁光克爾轉(zhuǎn)角的測量方法磁光克爾轉(zhuǎn)角的測量方法磁光克爾轉(zhuǎn)角的測量裝置磁光克爾轉(zhuǎn)角的測量裝置在實際測量時在實際測量時 ,通常采用通常采用 He - Ne 激光做為光源激光做為光源 ,波長波長= 63218 nm. 磁光介質(zhì)樣品安放在電磁鐵建立的磁場之中磁光介質(zhì)樣品安放在電磁鐵建立的磁場之中 ,磁場的磁感應磁場的磁感應強度為強度為 4 000 Gs左右左右.在此條件下在此條件下 ,通過偏振分析器可順利地分析通過偏振分析器可順利地分析出磁光克爾轉(zhuǎn)角出

54、磁光克爾轉(zhuǎn)角k 的大小的大小 ,見圖見圖 3.由于測量時光信號十分微弱由于測量時光信號十分微弱 ,采用鎖相放大器可大大提高測量的精確度采用鎖相放大器可大大提高測量的精確度磁光介質(zhì)材料及其磁光介質(zhì)材料及其k 的大小的大小隨著磁光信息存儲技術(shù)的發(fā)展隨著磁光信息存儲技術(shù)的發(fā)展 ,目前已經(jīng)開發(fā)出多種磁光介質(zhì)材目前已經(jīng)開發(fā)出多種磁光介質(zhì)材料料.在這些材料中比較優(yōu)秀的有在這些材料中比較優(yōu)秀的有:非晶態(tài)稀土非晶態(tài)稀土 過渡金屬合金材料過渡金屬合金材料(例如例如 TbFe2Co) 、 非晶態(tài)錳鉍鋁硅非晶態(tài)錳鉍鋁硅(MnBiAlSi ) 合合 金材料和金材料和非晶態(tài)錳鉍稀土非晶態(tài)錳鉍稀土(MnBiRE)合金材料

55、等合金材料等. 這些材料通常是采用這些材料通常是采用真空蒸鍍、真空蒸鍍、 磁控濺射等方法將合金材料沉積于玻璃基底上磁控濺射等方法將合金材料沉積于玻璃基底上 ,磁光薄膜的厚度一般在幾百納米左右磁光薄膜的厚度一般在幾百納米左右.為了提高材料的磁光性為了提高材料的磁光性能能 ,采取多層膜技術(shù)十分有效采取多層膜技術(shù)十分有效. 磁光克爾轉(zhuǎn)角一般并不大磁光克爾轉(zhuǎn)角一般并不大 ,以鋱以鋱鐵鈷鐵鈷(TbFeC o)合金薄膜材料為例合金薄膜材料為例 ,在室溫下其磁光克爾轉(zhuǎn)角在室溫下其磁光克爾轉(zhuǎn)角僅為僅為0. 3左右左右.MnBiAlSi 的磁光克爾轉(zhuǎn)角可達的磁光克爾轉(zhuǎn)角可達2. 04.如果如果僅考慮磁光克爾轉(zhuǎn)角

56、的大小僅考慮磁光克爾轉(zhuǎn)角的大小 ,采用簡單工藝制備的采用簡單工藝制備的 MnBi 合金合金薄膜的磁光克爾轉(zhuǎn)角達到薄膜的磁光克爾轉(zhuǎn)角達到1. 6 左右并不困難左右并不困難.當然當然 ,在實際在實際制造磁光盤時制造磁光盤時 ,除了考慮磁光克爾轉(zhuǎn)角這一性能外除了考慮磁光克爾轉(zhuǎn)角這一性能外 ,還需要綜還需要綜合考慮其他性能合考慮其他性能.目前市場上做成磁光盤產(chǎn)品的磁光介質(zhì)以鋱鐵鈷目前市場上做成磁光盤產(chǎn)品的磁光介質(zhì)以鋱鐵鈷(TbFeC o)合合金薄膜材料為主金薄膜材料為主.磁光介質(zhì)的磁光介質(zhì)的k 受多種因素的影響受多種因素的影響.首先是溫度首先是溫度 ,通常情況下通常情況下 ,隨著溫度的升高隨著溫度的升

57、高k 將減小將減小;其次其次 ,k 與成分的配比有很大的關(guān)系與成分的配比有很大的關(guān)系 ,例如例如 ,同樣是同樣是 Mn2BiRE薄薄膜膜 ,在制備時在制備時 ,RE(稀土稀土)元素含量增加將可能使元素含量增加將可能使k 減小。減小。再次再次 ,與入射光的波長有密切的關(guān)系與入射光的波長有密切的關(guān)系.如果在測量時采用單色儀如果在測量時采用單色儀 ,就可以根據(jù)需要對磁光材料樣品入射不同波長的單色光就可以根據(jù)需要對磁光材料樣品入射不同波長的單色光 ,從而測從而測得得k與波長的關(guān)系曲線與波長的關(guān)系曲線 ,這一曲線被稱為磁光譜這一曲線被稱為磁光譜.在入射光的波在入射光的波長達到某一數(shù)值時長達到某一數(shù)值時

58、,k 有一峰值有一峰值.例如對例如對MnBiRE 薄膜材料而薄膜材料而言言 ,k 的峰值出現(xiàn)在波長的峰值出現(xiàn)在波長700 nm附近附近;第四第四 ,與制備的工藝有直接關(guān)系與制備的工藝有直接關(guān)系 ,比如退火的程序、比如退火的程序、 時間、時間、 環(huán)境環(huán)境等都能對等都能對k 產(chǎn)生一定的影響產(chǎn)生一定的影響.近些年近些年 ,人們傾向于采用波長更短人們傾向于采用波長更短的光的光(例如藍色激光例如藍色激光)作為光源來進行磁光信息存儲作為光源來進行磁光信息存儲 ,原因是波長原因是波長短的光其光子具有更高的能量短的光其光子具有更高的能量.塞曼效應塞曼效應 :置于磁場中的光源所發(fā)射的各譜線會受到磁場的影響而分置

59、于磁場中的光源所發(fā)射的各譜線會受到磁場的影響而分裂成幾條，分裂的各譜線間間隔的大小與磁場強度裂成幾條，分裂的各譜線間間隔的大小與磁場強度H成正比，成正比，這一磁光現(xiàn)象稱為塞曼效應。這一磁光現(xiàn)象稱為塞曼效應。其中譜線分裂為其中譜線分裂為2條條 （順著磁場方向觀察）或（順著磁場方向觀察）或3條（垂直于條（垂直于磁場方向觀察）的為正常塞曼效應；磁場方向觀察）的為正常塞曼效應；3條以上的為反常塞曼條以上的為反常塞曼效應。塞曼效應是由于外磁場對電子的軌道磁矩和自旋磁效應。塞曼效應是由于外磁場對電子的軌道磁矩和自旋磁矩的作用使能級分裂而產(chǎn)生的，分裂的條數(shù)隨能級的類別矩的作用使能級分裂而產(chǎn)生的，分裂的條數(shù)隨

60、能級的類別而不同。而不同。 D 塞曼效應塞曼效應E 磁激發(fā)光散射磁激發(fā)光散射 如圖，在如圖，在z方向施加一恒磁場，磁化強方向施加一恒磁場，磁化強度度Ms繞繞z軸進動，軸進動，Ms在在oz軸的分量軸的分量Mz常數(shù)，在常數(shù)，在xoy平面里的旋轉(zhuǎn)分量為平面里的旋轉(zhuǎn)分量為mk(k)，這個，這個mk(k)是被激發(fā)出的以是被激發(fā)出的以k為本征進動頻率的自旋波磁振子，為本征進動頻率的自旋波磁振子，此時則沿此時則沿oy軸有光傳播，則沿軸有光傳播，則沿ox軸有軸有電場強度電場強度E分量分量Ex()、Ex()與與mk(k)發(fā)生相互作用，結(jié)果是在發(fā)生相互作用，結(jié)果是在oz軸軸方向產(chǎn)生電極化強度分量方向產(chǎn)生電極化強度