磁光效应的各向异性和非线性特性

9.
10. “Spin Dynamics in Confined Magnetic Structures III”, by Burkard Hillebrands (Editor), Andre Thiaville (Editor), $225.00, 350 pages, Springer-Verlag; (September 15, 2004), ISBN: 3540201084
2c
Re(n− − n+ ) ≈
ω
2c ε
⋅ z0 ⋅ B
α F = V ⋅ l0 ⋅ B αF = K ⋅ l0 ⋅ M
V：Verdet constant，非磁性介质 K：Kundt constant，磁性介质
线偏振
M
O/E 椭圆偏振 光电转换 YIG
l0 石英玻璃 4.35 2.39 苯 9.25 5.06
右旋圆偏振光
1 E0 e − iω t 2
tan 2α =
' 1 E0 e − iω (t − n+l / c ) 2
2 Ex 0 E y 0 E −E
2 x0 2 y0
cos δ
E+ =
α= δ
1 2
磁光Faraday效应
Faraday旋转角αF：（l0为样品厚度 ）α =
F
法拉第效应2
ω z0
法拉第效应3
α F = V ⋅ l0 ⋅ B αF = K ⋅ l0 ⋅ M
磁光Kerr效应
Magnetic Optical Kerr Effect (MOKE)
1876年，Reverend J. C. Kerr Kerr J. C., J. Rep. Brit. Assoc. 5, (1876) 所有介质

第17卷　第10期光　学　学　报V ol.17,No.10　1997年10月ACT A O PT ICA SIN IC A O ctober,1997磁光效应的各向异性和非线性特性刘公强　梁　波(上海交通大学应用物理系,上海200030)卫邦达(上海工程技术大学基础部,上海200335)摘　要　应用经典电磁场理论和(间接)交换作用有效场概念,推导了顺磁性、铁磁性、反铁磁性和亚铁磁性介质中的磁光效应及其温度特性。

理论分析表明,法拉第磁光效应具有各向异性特性;法拉第旋转不仅与顺磁性和铁磁性介质中的磁化强度M或反铁磁性和亚铁磁性介质中的次晶格磁化强度M i的线性项有关,而且还应与M或M i的高次项有关。

(间接)交换作用是导致磁光效应、磁光效应各向异性以及它们的复杂温度特性的重要原因。

理论较为圆满地解释了实验结果。

关键词　磁光各向异性,　法拉第旋转,　交换作用,　经典理论。

1　引 言随着磁光测量技术不断提高和新型磁光材料的大量涌现,一些新的磁光性质被相继发现。

80年代以来,在一些顺磁性、铁磁性和亚铁磁性介质中发现了磁光效应的各向异性[1]和非线性现象[2]。

迄今为止,磁光经典理论还无法解释这些新的磁光性质。

众所周知,在顺磁性、铁磁性和亚铁磁性介质中存在着(间接)交换作用。

作者认为,这种电子间的电相互作用对磁光效应有着极为重要的贡献。

基于这一点,应用经典和量子理论较为成功地解释了上述各种磁性介质中的磁光效应及其复杂温度特性[3～5]。

本文将应用经典场论和(间接)交换作用有效场概念,进一步解释各种介质中磁光效应的各向异性和非线性性质。

计算表明,(间接)交换作用亦是导致这些磁光性质的重要因素。

2　磁光效应的基本关系式在弱磁性介质中,电子运动方程为m r=-m k20r+e(E+P/3ε0)-ζr+e_0H i r×h(1)等式右边第一项为正电中心对电子的作用力,k0为电子运动的固有频率,第二项为介质中电子受区域电场的作用力。

详细描述
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。

⑶ 铁磁性：Fe，Co，Ni，Gd，Tb 等 ⑷ 反铁磁性：过度族的盐类化合物 ⑸ 亚铁磁性：铁氧体（如 TbFe2 ， PrFe2） 3. 磁畴的分类及观察方法 分类：⑴磁通开放式：单轴磁晶各向异性磁体（片形畴，波纹畴，棋盘畴，蜂窝畴） ⑵磁通封闭式：多轴磁晶各向异性磁体（树枝畴，匕首畴） ⑶磁通旋转式：磁晶各向异性常数 K≈0 观察方法：⒈粉纹法 ⒉磁光克尔效应法 ⒊磁力显微镜法 ⒋X 射线衍射法 ⒌电镜法 4. 畴壁的分类 第一种：根据畴壁两侧磁畴的自发磁化强度方向之间的关系可将畴壁划分为 180°畴壁 和 90°畴壁 第二种：根据畴壁中磁的国度方式可将畴壁划分为布洛赫壁和奈尔壁 180°畴壁： 畴壁两侧磁畴的自发磁化强度的方向成 180°， 这样两刺手的畴壁称为 180° 畴壁。 90°畴壁：畴壁两侧磁畴的自发磁化方向不为 180°，而是 90°，109°或 71°等一律 称为 90°畴壁。 布洛赫壁：在铁磁材料中，大块晶体材料内的畴壁属于布洛赫壁，在布洛赫壁中，磁矩 的过度方式是始终保持平行畴壁平面，因而在畴壁面上无自由磁极出现，这 样就保证了畴壁不会产生退磁场，也能保持畴壁能量为极小，但是在晶体的 上下表面却会出现磁极。 奈尔壁:在极薄的磁性薄膜中，存在一种不同于布洛赫壁的畴壁模型，在这种畴壁中，磁 矩围绕薄膜平面的法线改变方向，并且是平行于薄膜表面而逐渐过渡的。 5. 铁磁材料的基本特征： ⒈ 铁磁性物质内存在按磁畴分布的自发磁化 ⒉ 铁磁性物质的磁化率很强 ⒊ 铁磁性物质的磁化强度与磁化磁场强度间不是单值函数关系，显示磁滞现象具有剩 余磁化强度其磁化率是磁场强度的函数 ⒋ 铁磁性物质有一个磁性转变温度—居里温度，以 Tc 表示 ⒌ 铁磁性物质在磁化过程中，表现出磁晶各向异性，磁致伸缩和具有静磁能量现象 6．磁畴结构形成原因 铁磁体内有五种相互作用能:FH Fd Fex FK 根据热力学平衡原理， ，稳定的磁状态，其总自由能 必定极小，产生磁畴也就是 Ms 平衡分布要满足此条件的结果，若无 H 作用时，Ms 应分布 在由 Fd Fex FK，三者所决定的总自由能极小的方向，但由于铁磁体有一定的几何尺寸，Ms 的 一直均匀分布必将导致表面磁极的出现而产生 Hd ，从而使总能量增大，不再处于能量极小 的状态，因此必须降低 Fd ，故只有改变其 Ms 矢量分布方向，从而形成多磁畴，因此 Fd 最 小要求是形成磁畴的根本原因 6. 技术磁化 技术磁化阐述的是关于铁磁质在整个磁化过程中磁化行为的机理，即阐明了在 外磁场作用下，磁畴是通过何种机制逐渐趋向外磁场方向的。 技术磁化的过程可分为三个阶段：起始磁化阶段，急剧磁化阶段以及缓慢磁化并 趋于磁饱和阶段。 8．磁性起源

轴不够重合，检偏棱镜，透镜聚焦位置不好，抑或是测量时噪音过大，影像数据的读取。
四、
参考文献
[1]. Qiu Z Q , Bader S D. Surface magneto-optic Kerreffect [J ] . Journal of Magnetism and Magnetic Materials , 1999 ,200 :664～678. [2]. 赵凯华. 新概念物理教程·光学[M] . 北京:高等教育出版社,2004. [3]. 刘公强，乐志强，沈德芳。磁光学。 上海科学技术出版社，2002. [4]. 廖延彪. 偏振光学[M] . 北京:科学出版社,2005. [5]. 吴思诚 王祖铨. 近代物理实验 高等教育出版社，2005. [6]. M. Faraday, Trans. Roy. Soc. (London) 5 (1846) 592. [7]. J. Kerr, Philos. Mag. 3 (1877) 339. [8]. J. Kerr, Philos. Mag. 5 (1878) 161. [9]. E.R. Moog, S.D. Bader, Superlattices Microstruct. 1 (1985) [10]. 543. [11]. S.D. Bader, E.R. Moog, P. GruK nberg, J. Magn. Magn. [12]. Mater. 53 (1986) L295. [13]. S.D. Bader, J. Magn. Magn. Mater. 100 (1991) 440. [14]. J.C. Maxwell, A Treatise on Electricity and Magnetism, [15]. Vol. II, chap. XXI, Clarendon Press, Oxford, 1873, pp.399-417. [16]. Z.Q. Qiu, S.D. Bader / Journal of Magnetism and Magnetic Materials 200 (1999) 664}678 677

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。

实验题目：磁光克尔效应测量磁各向异性
指导老师：吴义政
一、实验目的、意义和要求
利用磁光克尔效应测量磁性薄膜的磁信号和磁滞回线，同时确定磁性薄膜的磁各向异性随薄膜厚度的影响。

希望通过实验，学生能够了解磁光效应的原理以及实验装置，同时掌握测量各向异性的方法，对特定材料体系了解决定磁各向异性的因素。

二、参考书籍与材料
1 《凝聚态磁性物理》，姜寿亭等，科学出版社
三、实验前需了解的相关知识
原理方面的问题：
1 检偏器，1/4波片等光学元件的原理。

2法拉第效应和磁光克尔效应的原理。

实验方面的问题：
1光学光路搭建
2 光探测器原理。

四、实验室可提供的器材
磁光测量所属的光学元件、磁铁和计算机。

五、实验内容和要求
1 原理上，了解磁光测量的三种配置，了解利用磁光效应测量各向异性的原理。

2. 实验上能够搭建磁光克尔效应所用的光路，并能够调试实验到最佳状态，并探索
提高实验精度的方法。

3. 能够分析不同方向的磁矩对于磁光克尔效应的影响。

六、实验报告的要求
1实验原理；
2 介绍所组装仪器的实验原理及实验方法；
3 记录实验中出现的各种实验现象，对其进行分析、讨论；
4 记录实验数据，并对结果进行分析讨论；
5 写出本实验的总结、收获和体会。

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
目录
磁光效应原理
• 法拉第效应基本概述
磁光材料介电常数各向异性
• 对各向同性材料外加磁场 • 材料本身的铁磁性
磁光效应当今具体应用
• 光纤电流传感器优点 • 具体的操作
引言
自然界中存在一些物质，当线偏振光沿光轴方向通过这些物质后，其偏振面会 发生旋转，即发生旋光现象，称之为自然旋光。 旋光现象最早由阿拉果在石英晶体中发现，随后毕奥发现一些各向同性的气体 和液体也具备该特性；而一些不具备自然旋光本领的晶体在磁场的作用下，偏 振面产生偏转的现象称为磁光效应，该现象由法拉第首次发现，也称为法拉第 效应。
将各向同性吸收体放入磁场：
光纤式电流传感器（OFCT） 主要由传感头 、输送与接收光纤 、电子回路 等三部分组成 , 如图 1 所示 ：
各向异性吸收体的磁光第效应：
H1是金 H2是连续的电介质层，介电常数为2 H3是掺铋钇铁石榴石Bi-substituted yttrium iron garnet M是玻璃，介电常数为2.13
参考文献——张昊. 环形结构全光纤电流传感器研究[D]. 福建师范大学, 2014.
在自然旋光晶体中,对应左右旋圆偏振光的折射率不同，而光在磁场的作用下， 同样也会有这样的效应产生。磁场作用下，经过一定长度的传播后,两种圆偏 振光转过的角度将大小不同，如图2.3。
二、磁光效应介电常数
一般的，在没有外加磁场的情况下，二氧化硅为各向同性吸收材料，相对介电 常数值取一个常数：
谢谢！
参考文献——Lei C, Li D, Chen L, et al. Enhancement of magneto-optical Faraday effects and extraordinary optical transmission in a tri-layer structure with rectangular annular arrays[J]. Optics Letters, 2016, 41(4):729.

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• 法拉第旋转效应的应用
法拉第效应可以应用于测量 仪器。例如，法拉第效应被用于 测量旋光度、或光波的振幅调变 、或磁场的遥感。在自旋电子学 里，法拉第效应被用于研究半导 体内部的电子自旋的极化。法拉 第旋转器（Faraday rotator）可 以用于光波的调幅，是光隔离器 与光循环器（optical circulator ）的基础组件，在光通讯与其它 激光领域必备组件。
克尔磁光效应的应用
克尔磁光效应主要应 用与磁光光盘存储系统中。 人们很早就知道光信息的记 录和再生技术----照相技术 。激束发明后，照相技术有 了很大的发展。光盘就是用 激光非接触式高密度地记录 图像，声音，数据等信息的 圆板状媒体。
参考资料
李国栋 -《 磁性材料及器件》 都有为 - 《功能材料》 牛永宾，许丽萍等 - 《红外与激光工程》
• 克尔磁光效应
线偏振光入射到磁化媒
质表面反射出去时，偏振面
发生旋转的现象。也叫克尔
磁光效应或克尔磁光旋转。
这是继法拉第效应发现
后，英国科学家J.克尔于
图一
1876年发现的第二个重要
的磁光效应。
按磁化强度和入射面的相对取向，克尔磁光效应分极向 克尔磁光效应、横向克尔磁光效应和纵向克尔磁光效应 （图一）。极向和纵向克尔磁光旋转都正比于样品的磁 化强度。通常极向克尔旋转最大、纵向次之。
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5)光子效应是指单个光子的性质对产生的光电子起直接作用，其主要特点有：光子能量的大小能直接影响内部电子状态改变的大小。
6)光电二极管是指以光导模式工作的结型光伏探测器常见的光电二极管有Si光电二极管、PIN光电二极管、雪崩光电二极管等类型（写出两种）。
7)光热探测器由热敏元件、热链回路、大热容量的散热器三部分构成，常见的光热探测器有热敏电阻、热释电探测器（写出两种）。
缺点：显示视角小 响应速度慢 非主动发光
7)比较TN－LCD和STN－LCD的特点。
答：TN-LCD利用扭曲向列相液晶的旋光特性，液晶分子的扭曲角为90度，电光特性曲线不够陡峻，由于交叉效应，在采用无源矩阵驱动时，限制了其多路驱动能力。
STN-LCD的扭曲角在180-240度范围内，曲线陡度的提高允许器件工作在较多的扫描行数下，利用了超扭曲和双折射两个效应，是基于光学干涉的显示器件。
3)等离子体是以电子、离子及未电离的中性粒子的集合组成，整体呈中性的物质形态，是固、液、气外，物质的第4态。
4)试说明注入电致发光和高场电致发光的基本原理。
答：注入：利用少数载流子流入PN结直接将电能转换为光能
高场：将发光材料粉末与介质的混合体或单晶薄膜夹持于透明电极板之间，外施电压，由电场直接激励电子与空穴复合而发光。
4)光纤色散的主要危害是使脉冲信号展宽，限制了光纤的宽带或传输容量，多模光纤的色散主要有模色散、材料色散、波导色散
1)光束调制按其调制的性质可分为调幅，调频，调相，强度调制。要实现脉冲编码调制，必须进行三个过程：抽样、量化、编码。
2)光束扫描根据其应用的目的来可以分为模拟扫描、数字扫描两种；前者主要应用各种显示，后者主要应用于光存储。
2)磁光效应是指外加磁场作用所引起的材料光学各项异性，法拉第磁光效应的规律（1）对于给定的介质，光振动面的旋转角与样品的长度和外加的磁感应强度成正比（2）光的传播方向反转时，法拉第旋转的左右方向互换。

稀土材料的磁光性质与光存储应用研究1. 磁光性质的概述磁光性质是指磁场对材料的光学性质产生影响的现象。

稀土材料是一类特殊的材料，具有良好的磁光性质。

磁光性质的研究对于光存储应用具有重要意义。

本文将介绍稀土材料的磁光效应及其在光存储应用中的研究进展。

2. 稀土材料的磁光效应稀土材料具有丰富的磁光性质，包括法拉第效应、克尔效应、光学各向异性等。

其中，法拉第效应是指材料在外加磁场作用下产生的旋光现象。

克尔效应是指材料在外加磁场作用下的双折射现象。

光学各向异性是指材料在外加磁场作用下的吸收、透射和反射等光学性质发生变化。

这些磁光效应为稀土材料在光存储应用中的研究提供了丰富的可能性。

3. 稀土材料在光存储应用中的研究进展稀土材料在光存储应用中的研究主要集中在以下几个方面：3.1 磁光记录介质磁光记录介质是一种利用磁光效应记录信息的介质。

稀土材料作为磁光记录介质具有较高的灵敏度和稳定性，可以实现高密度的信息存储。

研究人员通过调控稀土材料的组成和结构，提高了磁光存储介质的性能，并取得了一系列突破性的成果。

3.2 磁光传感器磁光传感器是通过测量磁场对材料的光学性质的影响来实现磁场的探测和测量的装置。

稀土材料作为磁光传感器具有较高的灵敏度和动态范围，可以用于磁场的高精度测量。

研究人员通过对稀土材料的制备和调控，提高了磁光传感器的性能，并成功应用于磁场测量领域。

3.3 磁光信息处理稀土材料的磁光性质也被应用于磁光信息处理领域。

研究人员利用稀土材料的磁光非线性效应，开发了一系列磁光逻辑门、磁光计算单元等器件，实现了光与磁场的交互转换和信息处理。

这为光存储和光计算等领域的应用提供了新的思路和方法。

4. 结论稀土材料具有丰富的磁光性质，包括法拉第效应、克尔效应、光学各向异性等。

这些磁光效应为稀土材料在光存储应用中的研究提供了丰富的可能性。

研究人员通过对稀土材料的制备和调控，提高了磁光存储介质、磁光传感器和磁光信息处理器件的性能，并取得了一系列突破性的成果。

第1篇一、引言磁光晶体是一种具有特殊磁光性质的晶体材料，近年来在光电子领域得到了广泛关注。

磁光晶体利用晶体内部的光学和磁学相互作用，实现光波在晶体中的传播和调制。

本文将详细介绍磁光晶体的原理、特性及其应用。

二、磁光晶体原理1. 磁光效应磁光效应是指当晶体受到外磁场作用时，其折射率发生变化的现象。

这种现象是由晶体内部电子的磁矩在外磁场作用下发生进动所引起的。

根据磁光效应的机理，磁光晶体可以分为两类：一类是法拉第磁光效应，另一类是磁光克尔效应。

2. 法拉第磁光效应法拉第磁光效应是指当线偏振光通过具有磁光性质的晶体时，其偏振面发生旋转的现象。

这种现象是由晶体内部电子的磁矩在外磁场作用下发生进动所引起的。

法拉第磁光效应的原理可以用以下公式表示：Δn = (1/2)γBv其中，Δn表示折射率的变化量，γ表示电子的旋磁比，B表示外磁场强度，v表示光波在晶体中的传播速度。

3. 磁光克尔效应磁光克尔效应是指当线偏振光通过具有磁光性质的晶体时，光波在晶体中传播过程中，部分光波被分解为正交的两个偏振分量，其中一个分量在晶体中传播速度减慢，另一个分量传播速度加快。

这种现象是由晶体内部电子的磁矩在外磁场作用下发生进动所引起的。

磁光克尔效应的原理可以用以下公式表示：Δn = (1/2)γB^2v其中，Δn表示折射率的变化量，γ表示电子的旋磁比，B表示外磁场强度，v表示光波在晶体中的传播速度。

三、磁光晶体的特性1. 磁光克尔效应的强度与外磁场强度、晶体厚度、光波波长等因素有关。

2. 磁光克尔效应具有方向性，即只有当外磁场方向与光波传播方向一致时，磁光克尔效应才明显。

3. 磁光克尔效应具有非线性特性，即当外磁场强度增大时，磁光克尔效应的强度也随之增大。

4. 磁光克尔效应具有温度依赖性，即当温度升高时，磁光克尔效应的强度降低。

四、磁光晶体的应用1. 光通信：磁光晶体可用于光通信系统中，实现光信号的调制、解调、放大等功能。

2. 光存储：磁光晶体可用于光存储系统中，实现数据的高速读写。

φ = αL
π πδ α = (n+ − n− ) ≈ λ0 n0 λ0
这就是法拉第旋转现象， 为磁致旋光率。 这就是法拉第旋转现象，α 为磁致旋光率。
(2.4-12) (2.4-13)
当磁化强度较弱， 与 为线性关系 为线性关系， 为常量。因而旋 当磁化强度较弱，B与H为线性关系，即µ=µ0为常量。因而旋 光率α 与外加磁场强度成正比, 可写成: 与外加磁场强度成正比 可写成
χ ( z ) = tan (α z )
(2.4-7)
即z处的线偏振光相对初始位置旋转了一个角度：
ϕ = αz
α即为磁致旋光率，与磁感应强度B成正比。 同样的：
α =V ⋅H
(2.4-8)
V称为韦尔德（Verdet）常数。 有关V的讨论： 有关 的讨论： 的讨论 （1）一般物质的维尔德常数都很小 液体中V （2）液体中V 较大的有 CS 2 ，V = 0.042' / cm ⋅ Gs （3）固体中的某些重火石玻璃可达 V = 0.09' / cm ⋅ Gs
=
χ (0) cos sz − i
∆k ω δ sin sz + A2 (0 )sin sz 2s c 2n2 s ∆k ω δ cos sz + i sin sz − χ (0 ) sin sz 2s c 2n1s
A2 (0 ) χ (0 ) = A1 (0 )
(2.4-5)
v v δ ( B ) = −δ ( − B )
(2.4-4)
假设磁场沿z轴方向， 假设磁场沿 轴方向，取磁光介质中传播的平面波为 : 轴方向
v v v v v E ( r , t ) = E exp[ i (ω t − k ⋅ r )] v = E{i[ω t − k 0 n (l x x + l y y + l z z )]}

《材料物理性能》测试题1、利用热膨胀曲线确定组织转变临界点通常采取的两种方法是： 、2、列举三种你所知道的热分析方法： 、 、3、磁各向异性一般包括 、 、 等。

4、热电效应包括 效应、 效应、 效应，半导体制冷利用的是 效应。

5、产生非线性光学现象的三个条件是 、 、 。

6、激光材料由 和 组成，前者的主要作用是为后者提供一个合适的晶格场。

7、压电功能材料一般利用压电材料的 功能、 功能、 功能、 功能或 功能。

8、拉伸时弹性比功的计算式为 ，从该式看，提高弹性比功的途径有二： 或 ，作为减振或储能元件，应具有 弹性比功。

9、粘着磨损的形貌特征是 ，磨粒磨损的形貌特征是 。

10、材料在恒变形的条件下，随着时间的延长，弹性应力逐渐 的现象称为应力松弛，材料抵抗应力松弛的能力称为 。

1、导温系数反映的是温度变化过程中材料各部分温度趋于一致的能力。

（ ）2、只有在高温且材料透明、半透明时，才有必要考虑光子热导的贡献。

（ ）3、原子磁距不为零的必要条件是存在未排满的电子层。

（ ）4、量子自由电子理论和能带理论均认为电子随能量的分布服从FD 分布。

（ ）5、由于晶格热振动的加剧，金属和半导体的电阻率均随温度的升高而增大。

（ ）6、直流电位差计法和四点探针法测量电阻率均可以消除接触电阻的影响。

（ ）7、 由于严格的对应关系，材料的发射光谱等于其吸收光谱。

（ ）8、 凡是铁电体一定同时具备压电效应和热释电效应。

（ ）9、 硬度数值的物理意义取决于所采用的硬度实验方法。

（ ）10、对于高温力学性能，所谓温度高低仅具有相对的意义。

（ ）1、关于材料热容的影响因素，下列说法中不正确的是 （ ）A 热容是一个与温度相关的物理量，因此需要用微分来精确定义。

B 实验证明，高温下化合物的热容可由柯普定律描述。

C 德拜热容模型已经能够精确描述材料热容随温度的变化。

D 材料热容与温度的精确关系一般由实验来确定。

磁光记录 磁光记录是近十几年迅速发展起来 的最先进的信息存储技术， 它兼有磁盘和光盘两者 的优点。磁光盘广泛应用于国家管理、军事、公安、航 空航天、天文、气 象 、水 文 、地 质 、石 油 矿 产 、邮 电 通 讯 、交 通 、统 计 规 划 等 需 要 大 规 模 数 据 实 时 收 集 、记
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

磁光克尔效应研究摘要当光电子技术日益在新兴高科技领域获得广泛应用的同时，以磁光效应原理为背景的磁光器件显示了其独特的性能和广阔的应用前景，引起了人们的浓厚兴趣。

表面磁光克尔效应，作为测量材料磁光特性特别是薄膜材料的物性的一种有效方法，已被广泛应用于磁有序、磁各向异性、多层膜中的层间耦合以及磁性超薄膜的相变行为等问题的研究。

本文简单介绍了什么是磁光克尔效应、磁光克尔效应的发展、以及表面磁光克尔效应作为一种测量方法的原理、实验装置和发展。

关键词磁光克尔效应磁光特性表面磁光克尔效应一、引言1845年，Michael Faraday发现当给玻璃样品加一磁场时，透射光的偏振面将发生旋转，首次发现磁光效应。

随后他在处于外加磁场中的金属表面做反射实验，但由于他所谓的表面不够平整，因而实验结果不能使人信服。

1877年John Kerr在观察偏振光从抛光过的电磁铁磁极反射出来时，发现了磁光克尔效应(magneto-optic Kerr effect)[]1。

1985年Moog和Bade r两位学者对铁超薄膜磊晶成长在金单晶(100)面上的磁光克尔效应做了大量实验，成功得到一原子层厚度磁性物质的磁滞回线，并提出SMOKE作为表面磁光克尔效应(surface magneto-optic Kerr effect)的缩写，用以表示应用磁光克尔效应在表面磁学上的研究。

由于此方法磁性测量灵敏度达一原子层厚度，且此装置可配置于超高真空系统上面工作，所以成为表面磁学的重要研究方法。

二、光学中的磁光克尔效应当一束单色线偏振光照射在磁光介质薄膜表面时，透射光线的偏振面与入射θ)[]2。

反射光线的光的偏振面相比有一转角，这个转角被称作磁光法拉第转角(F偏振面与入射光线的偏振面相比也有一转角，这个转角被叫做磁光克尔转角θ)，这种效应叫做磁光克尔效应。

(K磁光克尔效应包括三种情况[]3：(1)纵向磁光克尔效应，即磁化强度方向即平行于介质表面又平行于光线的入射面时的磁光克尔效应；(2)极向磁光克尔效应，即磁化强度方向与介质表面垂直时发生的磁光克尔效应；(3)横向磁光克尔效应，即磁化强度方向与介质表面平行与反射面垂直时的磁光克尔效应。