4.5. Магнитооптические эффекты

Воздействие магнитного поля на свет, распространяющийся в прозрачном веществе, приводит к линейным и нелинейным эффектам, называемым соответственно эффектами первого и второго порядка.

Эффект I порядка:

Воздействие магнитного поля на свет, распространяющийся в прозрачном веществе, приводит к эффекту Фарадея, проявляющемуся во вращение плоскости поляризации света.

Эффекты II порядка: Эффект Керра проявляется в изменении поляризации отраженного света.

Эффект Котона-Мутона приводит к появлению двулучепреломления (ДЛП) в кристалле под действием магнитного поля напряженностью H.

Рассмотрим подробнее эффект Фарадея.

В ферромагнетиках (ферритах) для поворота плоскости поляризации на угол 45º (p/4) требуется поле 1…2 А/м. В железо-иттриевом гранате с присадкой висмута (ЖИГ + Bi) для поворота на 45º требуется в 100 раз меньшая напряженность магнитного поля.

В парамагнетиках и диамагнетиках требуется поле в 10 и 100 раз большее.

Магнитооптические эффекты связаны с изменением тензора диэлектрической проницаемости среды.

Если магнитное поле направлено вдоль оси z в изотропном кубическом кристалле, то изменяется тензор диэлектрической проницаемости:

(4.26)

где ,g_z проекционная ось z вектора гирации , определяемого из уравнения:

(4.27)

На пути L, возникает фазовая задержка:

. (4.28)

Между двумя круговыми поляризациями разность фаз равна

или

,

где C - постоянная Верде.

Постоянная Верде C: для воды составляет 0,019, для кварца 0,025, для Y₃Fe₅O₁₂ 25.

Чувствительность максимальна, когда поляризаторы установлены под углом 45⁰.

Частота модуляции ограниченная частотой модулятора (катушкой) на Y₃Fe₅O₁₂ при А/м,F = 100 кГц при 20 %.

В радиочастотной катушке получаем F = 2 МГц при на.

В тонкой пленке толщиной мкм ЖИГ +Bi формируется спонтанная доменная структура. Домены переключаются за время и изменяют состояние поляризации луча.

На рис. 4.5 показана структура светоклапанных магнитооптических элементов на отражение (а) и на просвет (б) с использованием пленки ЖИГ + Bi. Обозначения следующие: 1- пучок света, 2- поляризатор, 3- ЖИГ + Bi ячейка, 4- зеркальная поверхность, 5- поляризатор-анализатор. На ячейки подается управляющее магнитное поле напряженностью Н.

Рис. 4.5 Светоклапанные магнитооптические элементы на отражение (а) и на просвет (б) с использованием ЖИГ + Bi

Поляризаторы устанавливают под углом 45⁰. В этом случае при одном направлении магнитного поля светопропускание увеличивается. При подаче магнитного поля обратного направления светопропускание уменьшается (ячейка затемняется).

Используются также пространственные модуляторы с монодоменной структурой бистабильного типа с пленками Y₂BiFe_3,8GdGa_1,2O₁₂.

4.6. Акустооптическая модуляция

4.6.1. Явление фотоупругости

При приложении силы (давления) в кристалле появляются деформации, приводящие к анизотропии:

. (4.29)

Чем больше n₀, тем больше (желательно).

Большими коэффициентами обладает параллурид, LiNb, GdMb, AsS и др.

Деформации индуцируются акустической волной, возбуждаемой пьезоэлектрическим датчиком. При этом возникают бегущие или стоячие волны сжатия и разряжения. Сжатие материала приводит к увеличению показателя преломления, а разряжение к его уменьшению. В результате образуется фазовая дифракционная решетка с полосами замедления и ускорения фазы луча. Работает такая решетка аналогично щелевой или отражательной дифракционной решетке.