Laten we samen het toepassingsprincipe van magneto-optische kristalmaterialen leren!

Met de ontwikkeling van optische communicatie en krachtige lasertechnologie is het onderzoek en de toepassing van magneto-optische isolatoren steeds uitgebreider geworden, wat de ontwikkeling van magneto-optische materialen direct heeft bevorderd, vooralMagneto-optisch kristal. Onder hen hebben magneto-optische kristallen zoals zeldzame aarde-orthoferriet, zeldzame aarde-molybdaat, zeldzame aarde-wolframaat, yttrium-ijzer-granaat (YIG), terbium-aluminium-granaat (TAG) hogere Verdet-constanten, wat unieke magneto-optische prestatievoordelen en brede toepassingsmogelijkheden laat zien.

Magneto-optische effecten kunnen in drie typen worden onderverdeeld: het Faraday-effect, het Zeeman-effect en het Kerr-effect.

Faraday-effect of Faraday-rotatie, ook wel magneto-optisch Faraday-effect (MOFE) genoemd, is een fysisch magneto-optisch fenomeen. De polarisatierotatie veroorzaakt door het Faraday-effect is evenredig met de projectie van het magnetische veld in de voortplantingsrichting van het licht. Formeel is dit een speciaal geval van gyro-elektromagnetisme dat wordt verkregen wanneer de diëlektrische constante tensor diagonaal is. Wanneer een straal vlak gepolariseerd licht door een magneto-optisch medium gaat dat in een magnetisch veld is geplaatst, roteert het polarisatievlak van het vlak gepolariseerde licht met het magnetische veld evenwijdig aan de richting van het licht, en de afbuigingshoek wordt de Faraday-rotatiehoek genoemd.

Het Zeeman-effect (/ˈzeɪmən/, Nederlandse uitspraak [ˈzeːmɑn]), genoemd naar de Nederlandse natuurkundige Pieter Zeeman, is het effect van het splitsen van het spectrum in verschillende componenten in de aanwezigheid van een statisch magnetisch veld. Het is vergelijkbaar met het Stark-effect, dat wil zeggen dat het spectrum zich onder invloed van een elektrisch veld in verschillende componenten splitst. Ook vergelijkbaar met het Stark-effect hebben de overgangen tussen verschillende componenten meestal verschillende intensiteiten, en sommige ervan zijn volledig verboden (onder de dipoolbenadering), afhankelijk van de selectieregels.

Het Zeeman-effect is de verandering in de frequentie en polarisatierichting van het spectrum dat door het atoom wordt gegenereerd als gevolg van de verandering van het baanvlak en de bewegingsfrequentie rond de kern van het elektron in het atoom door het externe magnetische veld.

Het Kerr-effect, ook bekend als het secundaire elektro-optische effect (QEO), verwijst naar het fenomeen dat de brekingsindex van een materiaal verandert met de verandering van het externe elektrische veld. Het Kerr-effect verschilt van het Pockels-effect omdat de geïnduceerde verandering van de brekingsindex evenredig is met het kwadraat van het elektrische veld, in plaats van een lineaire verandering. Alle materialen vertonen het Kerr-effect, maar sommige vloeistoffen vertonen dit sterker dan andere.

Zeldzame aardferriet ReFeO3 (Re is een zeldzaam aardelement), ook bekend als orthoferriet, werd ontdekt door Forestier et al. in 1950 en is een van de vroegst ontdekte magneto-optische kristallen.

Dit soortMagneto-optisch kristalis moeilijk gericht te groeien vanwege de zeer sterke smeltconvectie, ernstige niet-stationaire oscillaties en hoge oppervlaktespanning. Het is niet geschikt voor groei met behulp van de Czochralski-methode, en de kristallen verkregen met behulp van de hydrothermische methode en de co-oplosmiddelmethode hebben een slechte zuiverheid. De huidige relatief effectieve groeimethode is de optische zwevende zone-methode, dus het is moeilijk om grote, hoogwaardige zeldzame-aarde-orthoferriet-monokristallen van hoge kwaliteit te laten groeien. Omdat orthoferrietkristallen van zeldzame aardmetalen een hoge Curietemperatuur hebben (tot 643 K), een rechthoekige hysteresislus en een kleine coërcitiefkracht (ongeveer 0,2 emu/g bij kamertemperatuur), hebben ze het potentieel om te worden gebruikt in kleine magneto-optische isolatoren wanneer de transmissie hoog is (meer dan 75%).

Van de zeldzame aardmolybdaatsystemen zijn de meest bestudeerde tweevoudig molybdaat van het scheeliettype (ARe(MoO4)2, A is een niet-zeldzaam aardmetaalion), drievoudig molybdaat (Ｒe2(MoO4)3), viervoudig molybdaat (A2Re2(MoO4)4) en zevenvoudig molybdaat (A2Ｒe4(MoO4)7).

De meeste hiervanMagneto-optische kristallenzijn gesmolten verbindingen met dezelfde samenstelling en kunnen worden gekweekt volgens de Czochralski-methode. Vanwege de vervluchtiging van MoO3 tijdens het groeiproces is het echter noodzakelijk om het temperatuurveld en het materiaalvoorbereidingsproces te optimaliseren om de invloed ervan te verminderen. Het groeidefectprobleem van zeldzame aardmolybdaat onder grote temperatuurgradiënten is niet effectief opgelost, en kristalgroei van grote omvang kan niet worden bereikt, zodat het niet kan worden gebruikt in magneto-optische isolatoren van grote omvang. Omdat de Verdet-constante en de transmissie relatief hoog zijn (meer dan 75%) in de zichtbaar-infraroodband, is deze geschikt voor geminiaturiseerde magneto-optische apparaten.