磁光材料的典型效应及其应用

磁光材料的典型效应及其应用

章春香，殷海荣，刘立营

（陕西科技大学材料科学与工程学院，陕西西安７１００２１）

摘要：磁光材料是一类品种繁多、应用广泛的重要的功能材料．近年来，随着激光、计算机、信息，光纤通信等技术的发展，各种磁光材料——磁光玻璃、磁光薄膜，磁性液体、磁性光子晶体和磁光液晶等发展极为迅速．本文简介了磁光效应（包括法拉第效应、克尔效应、塞曼效应和磁致双折射效应等）的基本理论以及

各种磁光材料和磁光器件的研究新进展。

关键词：磁光效应；法拉第旋转；磁光材料；磁光器件

中图分类号：０４８２．５５

文献标识码：Ａ

文章编号：１００１．３８３０（２００８１０３．ｏ００８．０４

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１引言

光效应、磁光理论、磁光材料、磁光测量、磁光器１８４５年，英国物理学家Ｆａｒａｄａｙ首次发现了磁

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

致旋光效应。其后一百多年，人们又不断发现了新应用前景，并引起了人们浓厚的兴趣。

的磁光效应和建立了磁光理论，但磁光效应并未获得广泛应用。直到１９５０年代，磁光效应才被广泛２磁光效应基本理论

应用于磁性材料磁畴结构的观察和研究。近年来，２．１磁光效应的概念

随着激光、计算机、信息、光纤通信等新技术的发在磁场的作用下，物质的电磁特性（如磁导率、展，人们对磁光效应的研究和应用不断向深度和广磁化强度、磁畴结构等）会发生变化，使光波在其度发展，从而涌现出许多崭新的磁光材料和磁光器内部的传输特性（如偏振状态、光强、相位、传输件。磁光材料及器件的研究从此进入空前发展时方向等）也随之发生变化的现象称为磁光效应。磁期，并在许多高新技术领域获得了广泛的应用。近

光效应包括法拉第效应、克尔效应、塞曼效应、磁几十年来，一门新型分支学科——磁光学（包括磁

致双折射效应以及后来发现的磁圆振二向色性、磁

线振二向色性、磁激发光散射、磁场光吸收、磁离

收稿日期：２００８．０３．０６

修回日期：２００８—０４．１８

子体效应和光磁效应等，其中人们所熟悉的磁光效

基金项目：国家十一五科技支撑计划重大项目

应是前四种【１１。

（２００６ＢＡＦ０２Ａ２６）

作者通信：Ｅ—ｍｉｌ：ｘｉａｎｇｘｉａｎ９０３０ｌ＠１６３．ｃｏｍ

（１）法拉第效应

８

ＪＭ唱ｎＭａｔ盱Ｄｅｖｉｃ铭Ｖ矾３９

Ｎ０３

万　

方数据

介质

图１法拉第效应示意图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绋的现

象，如图ｌ所示。通常，材料中的法拉第转角绋

与样品长度三和磁场强度日有以下关系：

其中，矿为眦ｔ常数，是物质固有的比例系数，

岛＝皿矿

（１）单位是ｌｌｌｉ酬Ｏｅ・ｃｍ）。

（２）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巩，此现象称之为克尔效应，如图２所示。克尔效应分极向、纵向和横向三种，分别对应物质的磁化强度与反射面垂直、与反射面和入射面平行、与反射面平行而与入射面垂直三种情形。极向和纵向克尔效应的磁致旋光都正比于磁化强度，一般极向的效应

最强，纵向次之，横向则无明显的磁致旋光。克尔

效应最重要的应用是观察铁磁体的磁畴。

（３）塞曼效应

磁场作用下，发光体的光谱线发生分裂的现象称之为塞曼效应。其中谱线分裂为２条（顺磁场方向观察）或３条（垂直于磁场方向观察）的为正常塞曼效应；３条以上的为反常塞曼效应。塞曼效应是由于外磁场对电子的轨道磁矩和自旋磁矩的作用使能级分裂而产生的，分裂的条数随能级的类别而不同。

（４）磁致线双折射效应

当光以不同于磁场方向通过置于磁场中的介质时，会出现像单轴晶体那样的双折射现象，称为磁致线双折射效应。磁致线双折射效应包括科顿．穆顿效应和瓦格特效应。通常把铁磁和亚铁磁介质中的磁致线双折射称为科顿．穆顿效应，反铁磁介质中的磁致线双折射称为瓦格特效应。一般情况下，线偏振光通过各向同性介质或单

２００８年６月

万　

方数据光介质层

＿●一一

反射光

入射光

图２克尔效应示意图

轴晶体时，其光振动方向不改变。但在有些晶体中，单色线偏振光沿光轴方向通过晶体后，其振动面会转动，这就是晶体中的自然旋光效应，有些非晶体中也有这种旋光现象【２】。实验证明，由外加磁场引效应相比，主要有两点不同：，

（１）自然旋光与磁致旋光的旋转方向都与光的传播方向无关，但前者主要取决于物质的结构，后者是由磁场的方向决定的。

（２）磁致旋光效应是非互易性效应，而自然旋光效应是互易性效应。即线偏振光经样品介质往返一周时，前者总旋转角将倍增，而后者总旋转角为零。

自法拉第发现磁光效应以来，人们在许多固磁光玻璃因其在可见光和红外区具有很好的因而在磁光隔离器、磁光调制器和光纤电流传感器按其转角偏转方向的不同，磁光玻璃分两类：

了广泛而深入的研究，从揭示磁光效应的本质到寻

９

起的旋光效应与因介质本身结构引起的自然旋光

３磁致旋光材料及特性

体、液体、气体中观察到磁致旋光现象。到目前为止，应用最广泛的磁光材料有磁光玻璃、各种稀土元素掺杂的石榴石、稀土．过渡金属合金薄膜、磁性液体、磁性光子晶体和磁光液晶等材料。３．１磁光玻璃

透光性，且能够形成各种复杂的形状、拉制成光纤等磁光器件中有广泛的应用前景，并随着光纤通信和光纤传感的迅速发展越来越受人们重视。

２．２磁致旋光与自然旋光的区别

一类是含有ｎ３＋、Ｄｙ３＋和Ｐ，等稀土离子的顺磁玻

璃；另一类是含有极化率高的Ｂｉ”、Ｐｂ２＋和ｓｂ”等离子的逆磁玻璃。自１９６０年代以来，伴随着光纤通讯技术的发展，各国科研工作者对磁光玻璃进行求最大Ｖｅ比ｔ常数的玻璃系统，均已取得了显著成

果。祈学孟等［３】采用二次熔融法制备铽掺杂的ＳＰＡ

磁性材料及器件

系磁光玻璃，Ｖｅｌｒｄｅｔ常数高达一０．２６￣一Ｏ．３８

ｍｉ似Ｏｅ・ｃｍ），且玻璃性能稳定、不失透、具有优

良的拉丝性能，可用于可见光、近红外波段：周蓓明等【４１制备的ＴＧ２８磁光玻璃，Ｖｅｒｄｅｔ常数高达一０．３３５ＩＩｌｉｎ／ｆＯｅ・ｃｍ），比现有商业磁光玻璃（ＦＲ５，ＴＧ２０）提高２３％，是具有实用前景的新型磁光玻璃；Ｈａｙａｌ［ａｗａ等例以Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４、Ａｌ（ＯＣ４Ｈ９）３、Ｃ２Ｈ５０Ｈ和ＥｕＣｌ３・６Ｈ２０等为原料，采用溶胶．凝胶法制备铕磁光玻璃；此外，Ｈａｙａｌ（ａｗａ等【６】还采用熔融淬冷法制备了Ｔｂ２０３／Ｄｙ２０３共掺杂Ｂ２０３．Ｇａ２０３．Ｓｉ０２一Ｐ２０５系磁光玻璃，Ｖｅｒｄｅｔ常数最高达～Ｏ．６３６９ＩＩｌｉｎ／（０ｅ・ｃｍ），玻璃的综合性能优异。３．２晶体薄膜

１９７０年代初，液相外延石榴石薄膜的问世，标志磁光材料从块状晶体发展到薄膜材料，使磁光材料的应用领域扩展到磁泡存储、光纤通讯、激光陀螺、磁光传感器等尖端技术领域，开始了磁光材料与器件发展的新阶段。

１９８１年，．日本电气公司首次用（ＧｄⅥ３Ｆｅ５０１２

单晶薄膜制备了光纤隔离器，大大改进了光通信系统的质量。１９８３年，日本松下公司以Ｙｂ：ＹＩＧ单晶膜为磁光介质，研制成功光纤磁光电流测试仪。除了可进行高压大电流的精密监测外，也可用作一般的电流精密测试。Ｓｐｅｎｙ和Ｒ０ｃｋｗｅＵ公司用ａＬａ）３Ｆｅ５０１２和（ＹＢｉ）３Ｆｅ５０１２膜制成了磁光偏频元件，可用于导航系统【『７１。１９８０年代末，日本学者

Ｇｏｌｎｉ掣８悛现ｃｅ：ⅥＧ单晶薄膜具有巨磁光法拉第

效应，再次为磁光器件发展打下了坚实的基础。近年来，掺Ｂｉ和掺Ｃｅ系列稀土石榴石磁光薄膜是研究的热点。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。３．３磁性光子晶体

磁性光子晶体材料因其磁光效应强、Ｖｅｒｄｅｔ常数大、体积小，满足系统集成化的要求而得到了广泛的关注。一维磁性光子晶体的磁光效应较普通连续分布的磁光材料有明显的提高。为进一步提高

材料的磁光效应，人们在一维磁性光子晶体的周期

性结构中引入缺陷，相继提出了三明治结构和多缺陷结构等。这类材料磁光效应的增大源于不同介质周期性排列的人工结构有很强的光局域效应。张浩

的磁光特性，发现选择适当的材料结构可以使得材

万　

方数据料的法拉第旋转角大幅度增加。Ｙｏｓｈｉ‰ｉＩｋｅ捌ａ【１０】等利用多孔铝作为模板制作出了二维磁

性光子晶体。张守业等【ｌＩ】用高温熔盐法制备两种质

量较好的Ｂｉ替代稀土铁石榴石单晶Ｂｉ：Ｈ小ｍＩＧ和

Ｂｉ：ＧｄⅥＧ，法拉第旋转角较大，温度系数较小，

磁光性能优异。此外，他们采用助熔剂高温溶液法

成功地生长出块状Ｃｅ：ＹＩＧ单晶，与ＧｄＢｉＩＧ，ⅥＧ

等旋光材料相比，具有更大法拉第转角、小的温度系数和低廉成本等特点，广泛应用于磁致旋光．塞曼双频激光器、磁敏光纤和波导光隔离器等【１２】。３．４磁性液体

磁性液体（简称磁液）是由磁性纳米微粒均匀弥散于某种液体基液中所构成的高分子稳定胶体系统，可长期保持均匀状态。磁液的磁光特性包括

法拉第效应、圆双色性、双折射效应和线二向色性等（１３】。文献㈣报道，１９８２年，Ｌｌｅｗｅｌｌｙｎ教授研究了Ｃｏ、Ｆｅ３０２两种磁液在波长为０．３加．７“ｍ内磁光

效应的光谱特性，发现其磁致双折射系数不像普通的磁光材料（如ＹＩＧ）与波长成反比关系，而是呈上升趋势。１９８３年，日本的Ｔａｋｅｔｏｌｌｌｉ等研究了浓磁液薄膜的磁光效应，发现其磁致双折射系数比硝基苯等高ｌＯ７倍，与ⅥＧ晶体的旋光系数相当。并从理论上明确提出：磁粒沿外磁场方向链化是引起其磁光效应的根本原因。近年来，有关磁液磁光特性的研究正在不断地深入，如开展其低温磁光特性及磁液液晶合成物的研究等。

磁液具有良好的磁光特性，可用于制作磁光调制器、衰减器、隔离器、传感器等。此外，它还具有良好的红外透过特性，可用作新型红外磁光材料。

３．５磁光液晶

液晶是介于完全规则的晶体和各向同性的液体之间中间态的一种物质。在外磁场作用下，液晶

分子的排列会发生变化，即光轴发生旋转（旋转方

向与磁场的方向无关），从而产生磁致旋光效应（１５】。利用液晶的这些性质，可以制成光偏转器和光调制器等器件，同时为更好的研究液晶的特性以及为液晶器件的设计提供了有力的参考。

辱磁光材料的应用

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、

ＪＭａｇｎＭａｔｅｒＤｅ、，ｉｃ∞Ｖ柚３９

Ｎ０３

等一Ｊ应用状态方程分析了一维磁性光子晶体结构

１０

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。本文以磁光存储、磁光调制器、光纤电流传感器和磁光开关为例，介绍磁光器件的应用及发展。４．１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【１６】：

（１）锰铋系合金薄膜：ＭｎＢｉ薄膜是研究最早的磁光存储材料之一。但因其存在居里温度高（３６０℃）、磁光旋转角偏小、信噪比低、存在强烈

的晶界散射等缺点而使其应用与发展受到大大的

限制。

（２）稀土．过渡金属非晶膜（ＲＥ．ＴＭ）：ＲＥ．ＴＭ是近期研究比较多的磁光存储材料之一。ＲＥ—ＴＭ信噪比较高，且易于在各种衬底上制备大面积均匀’膜。但其存在磁光效应不够大、易氧化、化学稳定性和热稳定性差等缺点，不利于信息的长期可靠存储。

（３）稀土铁石榴石：稀土铁石榴石被公认为

是最有应用前景的新一代磁光存储介质。此类晶体的物理化学性能稳定，耐腐蚀，耐高温，磁光偏转

角太，且在近红外波段透明，可制成多层膜磁光盘。

４．２磁光调制器

磁光调制器是利用偏振光通过磁光介质发生偏振面旋转来调制光束的。磁光调制器可用作红外检测器的斩波器、红外辐射高温计、高灵敏度偏振计，还可用于显示电视信号的传输、测距装置以及

各种光学检测和传输系统。早先用来做磁光调制器的是磁光玻璃，后来出现了钇铁石榴石（ⅥＧ），

在１．１～５．５ｐｍ波长区有高的透明度和比法拉第角。

掺Ｇａ的ⅥＧ单晶外延薄膜式磁光材料的比法拉第

角高达１０３～１０４ｍ讹ｍ，且对可见光也有一定透明

度，更适宜制作磁光调制器【１７】。４．３光纤电流传感器

利用Ｆ撒ｄａｙ效应可以制成光纤电流传感器，

与传统的电磁式电流传感器相比，具有绝缘性能优良、动态范围大、频率响应宽、抗电磁干扰能力强、

磁性材料及器件２００８年６月

万　

方数据体积小、重量轻、易与数字设备接口等优点ｌｌ引。但由于传感光纤绕成环形会引起线性双折射，降低传感器的精度，同时使信号输出随温度的变化而失真，因此克服光纤内线性双折射问题是十分关键的技术。目前，国外在这方面的研究已取得很大进展，

如日本东芝公司和电力公司最近研制出的扭转型

光纤对消除线性双折射效果显著。为了提高磁光效应的灵敏度，开始考虑采用顺磁性玻璃，尤其是

ｎ”掺杂法拉第磁光玻璃，因其Ｖｅｒｄｅｔ常数大，光

透过率高，具有广阔的应用前景。４．４磁光开关

磁光开关采用的物理机理是法拉第效应，通过控制磁光晶体的磁化强度进而控制传输光偏振面的旋转。通过外加磁场的改变来改变磁光晶体

对入射偏振光偏振面的作用，从而达到切换光路

的效果‘１９＇２们。磁光开关有块状、薄膜状和光纤型三种。相对其他非机械式光开关而言，磁光开关具有

速度快、磁滞小、耗能小、稳定性好、驱动电压低、

串扰小、体积小、易于高度集成等优点，并且其整体结构柔性可弯曲，可卷成光纤圈，灵敏度相对提

高。但是，磁光开关的不足之处在于磁光材料的性能有待于进一步的改善和优化，以增高透光率和降

低损耗【引Ｊ。

５结语

磁光材料和磁光器件大多涉及高技术领域，是技术密集、知识密集型的尖端项目，又是具有显著

经济和社会效益的项目，有着诱人的发展前景。因此，对磁光材料和磁光器件的深入研究显得尤为重要和迫切。近年来，对磁光特性的研究也日益深入，新的磁光材料不断发现。目前，相对于材料实验研究的进展，理论研究方面还有待加强，如进一步研

究磁光效应产生的物理机制和磁光材料光吸收的

本质，以便更好地运用理论来指导和解决生产和实

践中遇到的问题，以制备出适合于器件要求的高性

能磁光材料和磁光器件。参考文献：

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【３】

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（下转１６页）

１１

表４不同机理函数时各转化率下Ｏｚａｗａ法求得指前因子爿和初始反应速率常数冀乃

转化率口初始反应速率常数指前因子』

初始反应速率常数

指前因子彳初始反应速率常数指前因子』

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Ｓｅｌｆ二Ｐｒ叩ａｇＨｉ曲－ＴｅｍｐＳｙｎ也’作者简介：席国喜（１９５９一），男，河南盂州人，汉族，教授，长期从事固体废物再资源化研究工作。

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２００４．２７２：１６９０－１６９１．

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ｃａｔｉ∞ｓｉｇ∞ｌｓ【Ｊ］．ＰｒｏｃＳＰＩＥ，２０００，４０８９：２９７・３０３．

【２０】ｈＶｉｌｌｅＳＥ，ＥｌｅｚｚａｂｉＡＹ．Ｂｒｏａｄｂ醐ｄ叩ｔｉｃａｌｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ

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２００３．５２６０：５８０－５８４．

【２１】瓮梓华．基于磁光光纤和高速磁场的全光纤磁光开关

研究【Ｄ】．杭州：浙江大学，２００５，４．１３．

【１ｌ】赵渭忠，张守业，黄敏．用于光纤电流传感器的掺Ｂｉ

稀土铁石榴石单晶生长与磁光性能叨．光学学报，２００２，

２０（１２）：１６９４－１６９８．

作者简介：章春香，女，硕士研究生。

１６

ＪＭａｇｎＭａｔｅｒＤｅｖｉｃ鹤Ｖｂｌ３９

Ｎ０３

万方数据　

磁光材料的典型效应及其应用

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：

章春香， 殷海荣， 刘立营， ZHANG Chun-xiang， YIN Hai-rong， LIU Li-ying陕西科技大学,材料科学与工程学院,陕西西安,710021磁性材料及器件

JOURNAL OF MAGNETIC MATERIALS AND DEVICES2008，39(3)0次

参考文献(21条)

1. 周蓓明;王标;毛涵芬 TG28磁光玻璃 19962. 祈学孟 一种高弗尔德常数磁敏旋光玻璃 19963. 赵建林 光学 2005

4. 周静;王选章;谢文广 磁光效应及其应用 2005(05)5. 张浩 磁致旋光-塞曼双频激光器的理论及实验研究 2007

6. Gomi M;Satoh K;Abe M Giant Faraday rotation of Ce-substituted YIG films epitaxially grown by RFsputtering 1988(08)

7. Shamonin M;Lohmeyer M;Hertel P Radiatively coupled magneto-optic waveguides 1996

8. Hayakawa T;Nogam M;Nishi N Faraday rotation effect of highly Tb2O3/Dy2O3 concentrated B2O3-Ga2O3-SiO2-P2O5 glass 2002

9. Hayakawa T;Nogam M Dynamical Faraday rotation effects of sol-gel derived Al2O3-SiO2 glasscontaining Eu2+ ions 2000(2)

10. 徐明祥 磁性液体复合体的磁光效应[期刊论文]-红外与毫米波学报 1999(03)

11. 黄敏;张守业 掺Ce稀土铁石榴石块状单晶生长及磁光性能研究[期刊论文]-材料科学与工程 2000(01)12. 赵渭忠;张守业;黄敏 用于光纤电流传感器的掺Bi稀土铁石榴石单晶生长与磁光性能[期刊论文]-光学学报2002(12)

13. Ikezawa Y;Nishimura K;Uchida H Preparation of two-dimensional magneto-optical crystals of bismussubstitute yttrium iron garnet materials 2004

14. 瓮梓华 基于磁光光纤和高速磁场的全光纤磁光开关研究[学位论文] 2005

15. Irvine S E;Elezzabi A Y Broadband optical modulation using magneto-optic Bi-YIG thin films 200316. Pierpaolo B;Davide P;Andrea T Polarization independent bidirectional optical switch for communi-cation signals 2000

17. 徐时清;杨中民;戴世勋 Tb掺杂Faraday磁光玻璃的研究进展[期刊论文]-硅酸盐学报 2003(04)18. 艾延宝;金永君 法拉第磁致旋光效应及应用[期刊论文]-物理与工程 2002(05)19. 黄敏;张守业 石榴石型磁光存储材料 1997(04)

20. 任广军;姚建铨;王鹏 液晶磁致旋光的研究[期刊论文]-物理学报 2007(02)21. 潘应天;刘贤德;李再光 磁性液体磁光特性及其应用研究 1992(05)

相似文献(10条)

1.学位论文 高裕 统计消除磁光效应及其对螺度参数的影响分析 2008

太阳矢量磁场测量是太阳物理研究中的一个基本问题，由于观测原理和仪器制作等方面的制约，测量受到各种因素的影响，磁光效应(Faraday旋转)是其中的一种。该效应主要影响横场方位角的测量精度。这使得利用矢量磁场资料计算各种非势参量时存在一定的不准确性。然而，由于Faraday旋转效应与其他众多的复杂因素共同包含于所观测的磁图中，所以在磁图中寻找Faraday旋转效应的分布一直是很困难的问题。最近的一些工作给出了单个黑子磁图中Faraday旋转效应导致的方位角误差的分布趋势，该论文的主要成果是在此基础上从不同黑子磁图中找出了方位角差分布的共同定量特征，并通

过与偏振辐射转移方程的数值解作对比，给出统计消除常规测量磁图中磁光效应影响的方法。这一方法的提出对采用怀柔太阳矢量磁场资料作统计研究时消除磁光效应影响具有重要意义，也为其它同类仪器资料的相关处理提供了重要启示。将这种方法应用于第22和23太阳活动周984个活动区的矢量磁图中，通过分析这一大样本矢量磁图的统计结果，发现口面螺度和磁场的最大值出现的时间先后与从Parker发电机方程导出的螺度与磁场相位关系截然不同，这将给发电机理论提出新的挑战。
　　 主要成果详细表述如下：
　　

1.比较怀柔太阳观测基地视频矢量磁像仪在工作谱线FeI λ5324.19 A线心和线翼-0.12 A处获得的三个活动区(NOAA AR 10325、10484、10377)的矢量磁图，发现在剔除方位角相关性较弱的像素点后，不同活动区线心线翼方位角差在相同纵场间隔中的平均值呈现定量的一致性，并且与Suand Zhang(2004b)推得的Faraday旋转效应导致的方位角差值相吻合。
　　

2.进一步考虑了Faraday旋转引起的方位角差随纵场和倾角的二维分布，把纵场(Bz)和倾角(ψ)分别以100 G和30划分间隔。结果显示方位角差显然随Bz增大而增加，随ψ增大而减小，并且在B每100 G间隔中方位角差的幅度变化非常小。可以用方位角差与纵场的多项式拟合关系定量描述Faraday旋转在磁图中的分布，其关系由式(1)△δφo= 0.0114×IBzI表示。另一方面，利用偏振辐射转移方程数值解得出的Faraday旋转在线心和线翼(-0.12 A)处引起的方位角差与纵场的分布关系，由式(2)△δφt=0.0149×｜Bz｜-1.455×10-6×Bz2表示，并且与式(1)所描述的观测结果进行比较，获得两者定量的一致性。采用观测和理论结果对三个活动区非势参数(纵向电流、部分电流螺度、平均无力场因子)的改正表明，从单个活动区的线心观测磁图获得的各参数平均值在改正后非常接近线翼观测值。也给出由偏振辐射转移方程数值解得出的在线心处Faraday旋转引起的方位角差值与纵场的分布关系，由式(3) δφ0.00=0.0254×｜Bz｜ - 3.975×10-6×Bz2表示。将三个公式应用到393幅矢量磁图并计算其中的强纵场(｜Bz｜> 500 G)电流，结果表明公式(1)、(2)可以消除磁图中Faraday旋转效应所导致的部分伪电流，而公式(3)几乎消除其中全部伪电流。
　　

3.在上述工作的基础上，分析了磁光效应对于984个活动区中螺度参数(部分电流螺度、平均无力场因子)统计计算的影响，尤其是对两个太阳活动周期半球螺度符号手征性的影响。通过对每一周期相应半球所选活动区中Faraday旋转效应的具体分析，展示了为什么Faraday旋转效应对部分电流螺度的影响比平均无力场因子显著。而且Faraday旋转效应增强(减弱)22 (23)周半球螺度符号的反对称性，改正Faraday旋转效应后部分电流螺度、平均无力场因子遵守半球螺度法则的活动区比例接近60％。在此基础上，研究了这一大样本矢量磁图随日面纬度的分布和太阳活动周的演化。将这种演化与黑子蝴蝶图相对照，发现日面螺度和磁场的最大值出现的时间与从Parker发电机方程给出的结果截然不同。为太阳发电机理论提供了新的观测挑战。

2.期刊论文 胡华安. 何华辉. 梅延玲. 高雁军. Hu Huaan. He Huahui. Mei Yanling. Gao Yanjun Ce∶YIG磁光薄膜法拉第旋转谱的理论计算 -华中科技大学学报(自然科学版)2001,29(1)

考虑到Ce3+的5 d，4f以及Fe3+的3 d电子轨道形成具有较大自旋-轨道相互作用的耦合轨道（Ce4f+Ce5d+Fe 3d），将Ce3+离子的含量与耦合轨道联系起来，并给出了Ce3+离子的含量与跃迁中心数之间的定量关系式.在 ω=0.8～3.2?eV 的范围内，计算了x=0.3 和 x=0.7时Y3-xCexFe5O12 的法拉第旋转谱.结果表明，Ce∶YIG 的法拉第旋转角的增加主要是由于Ce3+ 的掺入形成耦合轨道，使其自旋-轨道劈裂增加所导致.

3.学位论文 巨晓华 磁光克尔和法拉第效应的原理与应用研究 2003

该论文的工作侧重于磁光效应的基本理论的研究与应用,包括磁光克尔效应在磁光存储材料中的应用以及在光通信无源器件方面的应用研究.论文分为三章,下面对各部分的内容做简要的介绍.在第一章中,主要阐述了有关磁光效应克尔效应及法拉第效应的一些主要原理及应用.在第二章中,我们用光学传播矩阵的方法来计算光在多层膜系统中的传播.矩阵方法主要包括介质边界矩阵和介质传播矩阵.介质边界矩阵含有多层膜的边界系统问题,而介质传播矩阵主要用来处理光在每一层膜之间的光传播及光强问题.通过光学转移矩阵的方法,我们可以获得和理解多层磁光膜系统中每一层的光的复数反射率、透射率、克尔转角、椭偏率、电磁场分布,以及焦耳损失热等性质.在第三章中,我们主要研究了磁光光隔离器的主要原理及其应用,并成功设计和研制了1310nm和1350nm两个通讯波段的偏振无关和偏振有关两种光隔离器.光纤隔离器是一种光非互易传输光无源器件,正向传输的光具有较低的插入损耗,而对反向传输光产生很大的衰减作用,是全光通信中的关键器件之一.该器件可用于光纤放大器、光纤激光器和高速DFB激光器等方面,用来消除或抑制光纤信道中光信号的逆向传输.

4.学位论文 张宁杲 石榴石磁光效应的量子理论和法拉第旋转的交流特性 1994

5.期刊论文 李婧. 欧阳雪琼. 卢安贤. LI Jing. OUYANG Xueqiong. LU Anxian 磁光玻璃的研究进展 -材料导报2008,22(z3)

高Verdet常数磁光玻璃在光学隔离器、小型激光器、光纤通信和光纤传感等方面都有重要应用.从磁光效应的基本原理出发,系统地综述了逆磁性和顺磁性玻璃的研究发展状况,详细地分析了影响磁光玻璃Verdet常数的主要因素,探讨了磁光玻璃的发展方向.

6.学位论文 李永安 稀土铁石榴石系列新型功能复合薄膜的制备与性能研究 2004

该论文以稀土石榴石为主全面回顾了磁光材料、磁光器件的发展和磁光性能测试方法;针对当前磁光器件宽温、宽带和小型化、集成化的要求,首次提出并实施了将两种温度系数和波长系数相反的磁光薄膜材料复合以提高磁光特性的构想和实验方案.该论文工作包括对YBiIG、YbIG系列石榴石薄膜制备的实验构想、相图分析、制备工艺分析和配方设置,搭建了液相外延设备;比较系统地研究了YBiIG、YbIG系列石榴石薄膜的生长、测试,首次成功制备了YbIG/YBiIG、YBiIG/YbIG/GGG系列复合膜,并采用XRD、SEM、EPMA等方法对所得样品进行了结构、组分和微区形貌分析,用紫外/可见光光谱仪测试了其在可见~近红外波段光吸收.通过自组搭建的CGX-1型磁光法拉第旋转测试系统,对样品在可见光波段磁光性能进行了测试分析.YBiIG、YbIG系列石榴石薄膜的生长、测试结果表明,晶格失配度对LPE外延成功与否起重要作用.而对于确定R值的熔液,则主要表现为过冷度的选取,也即生长温度的选取.温度过高时薄膜质量差,不易生长或容易脱落;温度过低,则不但会促进Pb离子进入薄膜而增大薄膜光吸收系数,而且容易因为生长速度过大而导致薄膜的不均匀性甚至开裂.反复实验结果表明,YBiIG薄膜的最佳外延温度区间比YbIG薄膜的低约10℃以上,因此,根据实验结果选择合适的温度,我们先在GGG上外延生长YbIG薄膜,然后在YbIG上再外延YBiIG薄膜,成功制成了YBiIG/YbIG/GGG复合膜结构;为了进一步提高性能,我们还将以前生长的YBiIG单晶定向切割制为基底,在其上进行复合外延.磁光测试结果表明,YBiIG/YbIG/GGG复合膜比同样条件下所制备的YBiIG/GGG薄膜光吸收系数小、磁光优值大、温度稳定性好,可以有效改善材料的磁光性能.

7.学位论文 郑志磊 脉冲强磁场下顺磁性材料中的磁光效应研究 2007

磁光效应是光与具有磁矩的物质相互作用的产物，法拉第效应是一种最重要、应用最广的磁光效应。本文主要理论阐述和分析顺磁性氟化物（ ）在低温、脉冲强磁场条件下的磁特性，以及法拉第磁光效应的双峰现象和随脉冲磁场变化的特性。

Dai Imaizumi等人在低温脉冲磁场条件下在对含 离子的磁光玻璃（ ）的磁性和磁光特性进行了系统的实验研究，发现这类顺磁性磁光材料在低温脉冲磁场下存在异常的磁性和法拉第磁光效应增强的现象。本文运用量子理论，对顺磁性材料在低温高脉冲磁场下的磁特性进行了理论计算，理论分析表明脉冲磁场中顺磁性材料的法拉第旋转具有温度特性，并且随着脉冲强度而变化。同时，在顺磁性材料中法拉第旋转的“三能级模型”的基础上，本文成功地解释了脉冲磁场下顺磁性氟化物（ ）中的法拉第磁光效应随磁场和温度变化的规律。结果显示，当热能 接近有效场能 （ ）时，顺磁性材料中的法拉第磁光效应呈明显的双峰现象；在同一强度磁场下，低温下的磁光效应更强更明显，法拉第旋转呈明显的温度特征。

已有文献在理论上证明，在铁磁性和亚铁磁性等强磁性磁光材料中应存在较大的法拉第磁光效应，但认为在一般磁场下，顺磁性等弱磁性介质中的磁化强度达到饱和，因而法拉第旋转将不再变化。本文对极端条件下顺磁性介质的Faraday 磁光效应进行了理论研究，结果表明：（1）在极强的磁场和低温下，弱磁性物质中可以获得较大的法拉第旋转；（2）法拉第旋转将随着有效场 ( )的增大而增大，而不再和磁化强度相关 。

磁光效应在磁场测量和信息记录等诸多领域，都有重要的应用，通过理论研究将获知如何实现对其控制和操作。本文将就磁光效应在这些领域的应用，进行讨论和展望。

8.学位论文 黄喜庆 高磁场下顺磁性氟化物的磁性和磁光特性的研究 2005

磁光效应是光与具有磁矩的物质相互作用的产物，法拉第效应是一种最重要、应用最广的磁光效应。本文主要理论阐述和分析顺磁性NdF在低温、高磁场条件下的磁特性，以及法拉第磁光效应的非线性和互易性。

本文运用半经典理论，对顺磁性氟化物在低温、高磁场下的磁特性进行了理论计算。理论分析表明，顺磁性NdF的分子场系数vT 的一段温度区域内，随着温度的上升，NdF介质的磁化率χ会发生急剧变化，理论与实验结果符合得很好。结果还表明，NdF等氟化物在顺磁状态下

存在两个或两个以上磁次晶格，磁次晶格结构会随温度而有所变化，从而导致了异乎寻常的磁化和磁饱和特性，以及磁光效应的温度特性。

本文对极端条件下顺磁性介质的Faraday磁光效应进行了理论研究，结果表明:(l)在低温、高磁场情况下，顺磁性氟化物的Faraday磁光效应存在十分明显的非线性特性。(2)在极端条件下，顺磁性介质的Faraday磁光效应不单单有非互易特性，而且还存在一定量的互易特性。(3)顺磁性氟化钦的Faraday磁光效应的非线性特性与介质磁化率χ在不同的温度区域有关，在高温区域，Faraday磁光效应的非线性特性减弱。

9.学位论文 黄敏 复合稀土铁石榴石单晶及磁光性能研究 2000

该文综述了磁光材料特别是稀土铁石榴石材料的发展历史和研究现状。对掺Bi及掺Ce两个系列复合稀土铁石榴石块状单晶的生长条件及磁光性能进行了研究,并用自行组建的CGX-1型磁光拉第旋转测试仪,对所生长各单晶样品进行了磁光性能测试,测试结果表明：将两种法拉第旋转θ温度及波长系数符号相反的石榴石型材料进行复合是改善稀土铁石榴石晶体法拉第旋转温度、波长特性一种行之有效的办法。最后对Bi、Ce离子极大地增强铁石榴石磁光效应的微观机制进行了研究,用磁光量子理论计算了这些晶体中Bi、Ce等离子的晶场能级,波函数、电偶极跃迁几率及晶体的法拉第旋转谱,得到了与实验符合较好的理论结果。该文得到如下一些主要结果：一、首次用改进的助熔剂法成功制备了HpYbBiIG、TbYbBiIG、

YYbBiIG等块状单晶体。二、采用高温助溶剂缓冷法,成功地生长出块状Ce:YIG、CeYb:YIG、CeEu;YIG单晶,并分析了晶体结构,测试了近红外波段磁光性能。三、用磁光量子理论,对Bi、Ce离子极大地增强铁石榴磁光效应的微观机制进行了研究。

10.期刊论文 黄敏. 赵渭忠. 张守业. HUANG Min. ZHAO Wei-zhong. ZHANG Shou-ye Bi3+、Ce3+离子极大增强铁石榴石磁光法拉第效应微观机制研究 -材料科学与工程2001,19(1)

采用单离子晶格模型，以磁光量子理论计算了Bi 3+、Ce3+离子替代的稀土铁石榴石晶体中Bi3+、Ce3+离子的晶场能级，波函数及能态间电偶极跃迁几率，进而计算了Bi3+、Ce3+离子对法拉第旋转角θF的贡献，获得了与实验符合较好的计算结果，加深了对Bi3+、Ce 3+离子极大增强铁石榴石磁光效应微观机制的认识。

本文链接：http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical_cxcljqj200803002.aspx

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