Редкоземни магнитооптични материали
Магнитооптичните материали се отнасят до оптични информационни функционални материали с магнитооптични ефекти в ултравиолетовите до инфрачервените ленти. Редкоземните магнитооптични материали са нов тип функционални материали за оптична информация, които могат да бъдат направени в оптични устройства с различни функции чрез използване на техните магнитооптични свойства и взаимодействието и преобразуването на светлина, електричество и магнетизъм. Като модулатори, изолатори, циркулатори, магнитооптични превключватели, дефлектори, фазови превключватели, оптични информационни процесори, дисплеи, памети, лазерни жироскопични огледала, магнитометри, магнитооптични сензори, печатни машини, видеорекордери, машини за разпознаване на образи, оптични дискове , оптични вълноводи и др.
Източникът на редкоземна магнитна оптика
Theредкоземен елементгенерира некоригиран магнитен момент поради незапълнения 4f електронен слой, който е източник на силен магнетизъм; В същото време може да доведе и до електронни преходи, което е причина за светлинно възбуждане, водещо до силни магнитооптични ефекти.
Чистите редкоземни метали не проявяват силни магнитооптични ефекти. Само когато редкоземните елементи се легират в оптични материали като стъкло, сложни кристали и филми от сплави, ще се появи силният магнитооптичен ефект на редкоземните елементи. Често използваните магнитооптични материали са елементи от преходна група като (REBi) 3 (FeA) 5O12 кристали гранат (метални елементи като A1, Ga, Sc, Ge, In), RETM аморфни филми (Fe, Co, Ni, Mn ) и редкоземни очила.
Магнитооптичен кристал
Магнитооптичните кристали са кристални материали с магнитооптични ефекти. Магнитооптичният ефект е тясно свързан с магнетизма на кристалните материали, особено със силата на намагнитване на материалите. Следователно, някои отлични магнитни материали често са магнитооптични материали с отлични магнитооптични свойства, като итриев железен гранат и кристали от редкоземен железен гранат. Най-общо казано, кристали с по-добри магнитооптични свойства са феромагнитни и феримагнитни кристали, като EuO и EuS са феромагнетици, итриев железен гранат и редкоземен железен гранат, легиран с бисмут, са феримагнетици. Понастоящем се използват главно тези два вида кристали, особено железни магнитни кристали.
Магнитооптичен материал от редкоземен железен гранат
1. Структурни характеристики на магнитооптични материали от редкоземен железен гранат
Феритните материали тип гранат са нов тип магнитни материали, които бързо се развиват в съвременните времена. Най-важният от тях е редкоземен железен гранат (известен също като магнитен гранат), обикновено наричан RE3Fe2Fe3O12 (може да бъде съкратен като RE3Fe5O12), където RE е итриев йон (някои също са легирани с Ca, Bi плазма), Fe йони в Fe2 могат да бъдат заменени с In, Se, Cr плазма, а Fe йони в Fe могат да бъдат заменени с A, Ga плазма. Има общо 11 вида единичен редкоземен железен гранат, който е произведен досега, като най-типичният е Y3Fe5O12, съкратено YIG.
2. Магнитооптичен материал от итриев железен гранат
Итриев железен гранат (YIG) е открит за първи път от Bell Corporation през 1956 г. като монокристал със силни магнитооптични ефекти. Магнетизираният итриев железен гранат (YIG) има магнитна загуба с няколко порядъка по-ниска от всеки друг ферит в ултрависокочестотното поле, което го прави широко използван като материал за съхранение на информация.
3. Силно легирани магнитни оптични материали от серията Bi от редкоземни железни гранати
С развитието на оптичните комуникационни технологии нараснаха и изискванията за качество и капацитет на предаване на информация. От гледна точка на изследването на материалите е необходимо да се подобри работата на магнитооптичните материали като сърцевина на изолатори, така че тяхното въртене на Фарадей да има малък температурен коефициент и голяма стабилност на дължината на вълната, за да се подобри стабилността на изолацията на устройството срещу промени в температурата и дължината на вълната. Монокристалите и тънките филми от редкоземни железни гранати от серията Bi йони с висока добавка се превърнаха в центъра на изследванията.
Bi3Fe5O12 (BiG) монокристален тънък филм носи надежда за разработването на интегрирани малки магнитооптични изолатори. През 1988 г. T Kouda et al. получи Bi3FesO12 (BiIG) монокристални тънки филми за първи път, използвайки метода на отлагане чрез реактивно плазмено разпрашване RIBS (реакционно разпръскване на lon bean). Впоследствие Съединените щати, Япония, Франция и други успешно получиха Bi3Fe5O12 и магнитооптични филми от железен гранат с високо съдържание на Bi, използвайки различни методи.
4. Магнитооптични материали с добавка Ce, редкоземен железен гранат
В сравнение с често използвани материали като YIG и GdBiIG, легираният Ce редкоземен железен гранат (Ce: YIG) има характеристиките на голям ъгъл на въртене на Фарадей, нисък температурен коефициент, ниска абсорбция и ниска цена. В момента това е най-обещаващият нов тип магнитооптичен материал с въртене на Фарадей.
Приложение на редкоземни магнитооптични материали
Магнитооптическите кристални материали имат значителен чист ефект на Фарадей, нисък коефициент на поглъщане при дължини на вълните и висока магнетизация и пропускливост. Използва се главно в производството на оптични изолатори, оптични нереципрочни компоненти, магнитооптична памет и магнитооптични модулатори, оптична комуникация и интегрирани оптични устройства, компютърно съхранение, логически операции и предавателни функции, магнитооптични дисплеи, магнитооптичен запис, нови микровълнови устройства , лазерни жироскопи и т.н. С непрекъснатото откриване на магнитооптични кристални материали, гамата от устройства, които могат да бъдат приложени и произведени, също ще се увеличи.
(1) Оптичен изолатор
В оптични системи като оптична комуникация има светлина, която се връща към лазерния източник поради отразяващите повърхности на различни компоненти в оптичния път. Тази светлина прави интензитета на изходната светлина на лазерния източник нестабилен, причинявайки оптичен шум и силно ограничавайки капацитета на предаване и комуникационното разстояние на сигналите при оптична комуникация, което прави оптичната система нестабилна при работа. Оптичният изолатор е пасивно оптично устройство, което пропуска само еднопосочна светлина и неговият принцип на работа се основава на нереципрочността на въртенето на Фарадей. Светлината, отразена през ехото от оптични влакна, може да бъде добре изолирана чрез оптични изолатори.
(2) Тестер за магнитооптичен ток
Бързото развитие на съвременната индустрия постави по-високи изисквания за пренос и откриване на електрически мрежи и традиционните методи за измерване на високо напрежение и висок ток ще бъдат изправени пред сериозни предизвикателства. С развитието на оптичната технология и науката за материалите, магнито-оптични тестери за ток спечелиха широко внимание поради отличната им изолация и способности против смущения, висока точност на измерване, лесна миниатюризация и липса на потенциални опасности от експлозия.
(3) Микровълново устройство
YIG има характеристиките на тясна феромагнитна резонансна линия, плътна структура, добра температурна стабилност и много малка характерна електромагнитна загуба при високи честоти. Тези характеристики го правят подходящ за създаване на различни микровълнови устройства като високочестотни синтезатори, лентови филтри, осцилатори, драйвери за настройка на AD и т.н. Той се използва широко в микровълновата честотна лента под рентгеновата лента. В допълнение, магнитооптични кристали могат също да бъдат направени в магнитооптични устройства като пръстеновидни устройства и магнитооптични дисплеи.
(4) Магнитна оптична памет
В технологиите за обработка на информация магнитооптичните носители се използват за запис и съхраняване на информация. Магнитното оптично съхранение е лидерът в оптичното съхранение с характеристиките на голям капацитет и свободна смяна на оптично съхранение, както и предимствата на изтриваемото презаписване на магнитно съхранение и средна скорост на достъп, подобна на магнитните твърди дискове. Съотношението цена-производителност ще бъде ключът към това дали магнитооптичните дискове могат да бъдат водещи.
(5) TG монокристал
TGG е кристал, разработен от Fujian Fujing Technology Co., Ltd. (CASTECH) през 2008 г. Неговите основни предимства: монокристалът TGG има голяма магнитооптична константа, висока топлопроводимост, ниска оптична загуба и висок праг на лазерно увреждане, и се използва широко в лазери за многостепенно усилване, пръстени и инжекционни лазери като YAG и Т-легиран сапфир
Време на публикуване: 16 август 2023 г