1.4.1.3 Фарадеевское вращение.

Введение диамагнитных ионов в феррит-гранаты в общем случае влияет на магнитные и магнитооптические свойства за счет разбавления соответствующих подрешеток.

В удельное фарадеевское вращение самый большой вклад вносят ионы Bi³⁺. Он в несколько раз выше, чем вклад наиболее магнитооптически активных редкоземельных ионов Рг³⁺ и Nd³⁺. Все остальные редкоземельные ионы дают одинаковый по порядку величины вклад в θ_F (табл. 1.1), причем другого знака, чем Bi³⁺, Рг³⁺ и Nd³⁺. В связи с этим удельное фарадеевское вращение в Bi-содержащих МПФГ слабо зависит от типа редкоземельного иона.

Таблица 1.1. Фарадеевское вращение и МО коэффициенты

Состав	λ, мкм	θF ,град/см	A, град/µв	D, град/µв	C, град/µв
Y3Fe5О12	1,152	245	50±3	29 ± 2	0
Eu3Fe5О12	1,152	202	55±3	33 ±2	0
Gd3Fe5О12	1,152	70	42,4 ±1,8	27,1 ±1,3	1 ±0,2
Tm3Fe5О12	1,152	110	23 ±7	12 ± 6	20±4
Tb3Fe5О12	1,152	440	9 ± 15	10± 11	84,4 ±2,5
Y3Fe5О12	0,633	835	493,9	321,3	0
Y3Fe3,07Ga1,93 О12	0,633	0	300,1	203,1	0
Y2,35Bi0,65Fe5 О12	0,633	12 600	419,5	799,5	0
Y1,97Bi1,03Fe5 О12	0,633	19 300	876,3	1394,1	0

Рис. 1.21. Спектры удельного фарадеевского вращения МПФГ системы R_3-хBi_хFe₅O₁₂ с различным содержанием висмута

Спектры θ_F (λ) для МПФГ (R, Bi)₃Fe₅O₁₂ при T = 295 К приведены на рис. 1.21, откуда видно, что в области λ<0,450 мкм (где знак эффекта Фарадея положительный) в отличие от области λ> 0,450 мкм значения θ_F при большом содержании Bi достигают нескольких сотен тысяч градусов на сантиметр, т. е. сравнимы со значениями θ_F в металлических ферромагнетиках. Спектры θ_F для поликристаллических пленок, полученных катодным распылением, практически совпадают со спектрами МПФГ идентичного состава. Индуцированный висмутом вклад в θ_F имеет независимо от его содержания одинаковую спектральную зависимость (рис. 1.22), описываемую соотношением θ_F~λ²λ₀²/(λ²-λ₀²)², характерным для переходов с диамагнитной формой линии.

Рис. 1.22. Спектры удельного фарадеевского вращения Bi-содержащих МПФГ: 1 –Gd_1,35Bi_1,65Fe₅O₁₂(χ=10); 2 – Lu_1,29Bi_1,71Fe₄Ga₁O₁₂(χ=6,8); 3 - Lu_1,91Bi_1,09Fe_3,95Ga_1,05O₁₂ (χ=4).

1.4.1.4 Магнитооптическая добротность.

Для большинства магнитооптических устройств требуются материалы одновременно с сильным фарадеевским вращением и низким оптическим поглощением, т. е. с высокой МО добротностью.

Спектральная зависимость Ψ для Bi-содержащих МПФГ обнаруживает максимумы вблизи значений 0,560; 0,780 и 1,1 мкм в соответствии со спектральной зависимостью α на рис. 1.23. Введение в состав МПФГ диамагнитных ионов (Ga³⁺, Аl³⁺) приводит к одновременному снижению θ_F и а, в результате чего параметр Ψ слабо зависит от таких замещений. Присутствие примесей свинца ведет к появлению дополнительного поглощения в области коротких длин волн (λ<0,8 мкм), в результате чего максимум Ψ в области λ = 0,56 мкм исчезает. С другой стороны, в ближней ИК области дополнительное поглощение Pb-содержащих пленок близко к нулю, в результате чего параметр достигает в этом диапазоне рекордно высоких значений (50 град/дБ при λ = 0,8 мкм и более 300 град/дБ при λ = 1,3 мкм).

Рис. 1.23. Спектры поглощения α, удельного фарадеевского вращения θ_F и магнитооптической добротности Ψ для МПФГ составов Lu₂Bi₁Fe₄Ga₁O₁₂ (а) и Lu_1,5Bi_1,5Fe₄Ga₁O₁₂ (б), содержащих (1, 3) и не содержащих (2, 4) свинец.