Magnetooptické materiály vzácných zemin
Magnetooptické materiály označují optické informační funkční materiály s magnetooptickými efekty v ultrafialovém až infračerveném pásmu. Magnetooptické materiály vzácných zemin jsou novým typem optických informačních funkčních materiálů, které mohou být vyrobeny do optických zařízení s různými funkcemi využitím jejich magnetooptických vlastností a interakce a přeměny světla, elektřiny a magnetismu. Jako jsou modulátory, izolátory, cirkulátory, magnetooptické spínače, deflektory, fázové posuvníky, optické informační procesory, displeje, paměti, laserová gyroskopická zrcátka, magnetometry, magnetooptické senzory, tiskařské stroje, videorekordéry, stroje na rozpoznávání vzorů, optické disky , optické vlnovody atd.
Zdroj magnetooptiky vzácných zemin
Theprvek vzácných zemingeneruje nekorigovaný magnetický moment díky nenaplněné 4f elektronové vrstvě, která je zdrojem silného magnetismu; Současně může také vést k elektronovým přechodům, což je příčinou excitace světla, což vede k silným magnetooptickým efektům.
Čisté kovy vzácných zemin nevykazují silné magnetooptické efekty. Pouze když jsou prvky vzácných zemin dopovány do optických materiálů, jako je sklo, složené krystaly a slitinové filmy, objeví se silný magnetooptický efekt prvků vzácných zemin. Běžně používanými magnetooptickými materiály jsou prvky přechodových skupin, jako jsou krystaly granátu (REBi) 3 (FeA) 5O12 (kovové prvky jako A1, Ga, Sc, Ge, In), amorfní vrstvy RETM (Fe, Co, Ni, Mn ) a brýle ze vzácných zemin.
Magnetooptický krystal
Magnetooptické krystaly jsou krystalové materiály s magnetooptickými efekty. Magnetooptický efekt úzce souvisí s magnetismem krystalických materiálů, zejména s magnetizační silou materiálů. Některé vynikající magnetické materiály jsou proto často magnetooptické materiály s vynikajícími magnetooptickými vlastnostmi, jako je yttriový železný granát a krystaly železného granátu vzácných zemin. Obecně řečeno, krystaly s lepšími magnetooptickými vlastnostmi jsou feromagnetické a ferimagnetické krystaly, jako EuO a EuS jsou feromagnetika, yttriový železný granát a vizmutem dopovaný železný granát ze vzácných zemin jsou ferimagnetika. V současné době se používají především tyto dva typy krystalů, zejména železné magnetické krystaly.
Magnetooptický materiál granát ze vzácných zemin
1. Strukturní charakteristiky magnetooptických materiálů ze železa a granátu vzácných zemin
Feritové materiály granátového typu jsou novým typem magnetických materiálů, které se v moderní době rychle vyvinuly. Nejdůležitější z nich je železný granát vzácných zemin (také známý jako magnetický granát), běžně označovaný jako RE3Fe2Fe3O12 (může být zkrácen jako RE3Fe5O12), kde RE je iont yttria (některé jsou také dotovány Ca, Bi plazmou), Fe ionty v Fe2 mohou být nahrazeny plazmatem In, Se, Cr a ionty Fe ve Fe mohou být nahrazeny plazmatem A, Ga. Dosud bylo vyrobeno celkem 11 druhů jednotlivých granátů ze vzácných zemin, z nichž nejtypičtější je Y3Fe5O12, zkráceně YIG.
2. Magnetooptický materiál yttrium-železný granát
Yttriový železný granát (YIG) byl poprvé objeven společností Bell Corporation v roce 1956 jako monokrystal se silnými magnetooptickými efekty. Magnetizovaný yttrium-železný granát (YIG) má magnetickou ztrátu o několik řádů nižší než jakýkoli jiný ferit v ultravysokofrekvenčním poli, díky čemuž je široce používán jako materiál pro ukládání informací.
3. Vysoce dopované Bi Series vzácné zeminy Granátové magnetooptické materiály
S rozvojem optické komunikační technologie se zvýšily i požadavky na kvalitu a kapacitu přenosu informací. Z hlediska materiálového výzkumu je nutné zlepšit výkon magnetooptických materiálů jako jádra izolátorů tak, aby jejich Faradayova rotace měla malý teplotní koeficient a velkou stabilitu vlnové délky, aby se zlepšila stabilita izolace zařízení proti změny teploty a vlnové délky. Vysoce dopované Bi iontové monokrystaly a tenké vrstvy železného granátu ze vzácných zemin se staly středem zájmu výzkumu.
Bi3Fe5O12 (BiG) monokrystalický tenký film přináší naději na vývoj integrovaných malých magnetooptických izolátorů. V roce 1988 T Kouda a spol. poprvé získali tenké vrstvy monokrystalu Bi3FesO12 (BiIG) pomocí metody reaktivního plazmového naprašování RIBS (reaction lon bean sputtering). Následně Spojené státy, Japonsko, Francie a další pomocí různých metod úspěšně získaly magnetooptické filmy Bi3Fe5O12 a vysoce Bi dopované železné granáty ze vzácných zemin.
4. Magnetooptické materiály ze železa a granátu ze vzácných zemin dopovaných Ce
Ve srovnání s běžně používanými materiály, jako jsou YIG a GdBiIG, má granát ze vzácných zemin dopovaný Ce (Ce: YIG) vlastnosti velkého úhlu Faradayovy rotace, nízký teplotní koeficient, nízkou absorpci a nízkou cenu. V současnosti je to nejslibnější nový typ Faradayova rotačního magnetooptického materiálu.
Aplikace magnetooptických materiálů vzácných zemin
Magnetooptické krystalové materiály mají výrazný čistý Faradayův efekt, nízký absorpční koeficient na vlnových délkách a vysokou magnetizaci a permeabilitu. Používá se hlavně při výrobě optických izolátorů, optických nerecipročních komponent, magnetooptických pamětí a magnetooptických modulátorů, optických vláken a integrovaných optických zařízení, počítačových úložišť, logických operací a přenosových funkcí, magnetooptických displejů, magnetooptických záznamů, nových mikrovlnných zařízení , laserové gyroskopy atd. S neustálým objevováním materiálů magneto-optických krystalů se bude rozšiřovat i nabídka zařízení, která lze aplikovat a vyrábět.
(1) Optický izolátor
V optických systémech, jako je komunikace s optickými vlákny, existuje světlo, které se vrací do laserového zdroje díky odrazovým plochám různých součástí v optické dráze. Toto světlo způsobuje, že výstupní intenzita světla laserového zdroje je nestabilní, způsobuje optický šum a značně omezuje přenosovou kapacitu a komunikační vzdálenost signálů v komunikaci s optickými vlákny, což činí optický systém nestabilním v provozu. Optický izolátor je pasivní optické zařízení, které umožňuje průchod pouze jednosměrnému světlu a jeho pracovní princip je založen na nereciprocitě Faradayovy rotace. Světlo odražené přes optická vlákna lze dobře izolovat optickými izolátory.
(2) Magnetooptický tester proudu
Rychlý rozvoj moderního průmyslu klade vyšší požadavky na přenos a detekci elektrických sítí a tradiční metody měření vysokého napětí a vysokého proudu budou čelit vážným problémům. S rozvojem technologie optických vláken a vědy o materiálech si magnetooptické testery proudu získaly širokou pozornost díky svým vynikajícím izolačním schopnostem a schopnostem proti rušení, vysoké přesnosti měření, snadné miniaturizaci a žádnému potenciálnímu nebezpečí výbuchu.
(3) Mikrovlnné zařízení
YIG má vlastnosti úzké feromagnetické rezonance, hustou strukturu, dobrou teplotní stabilitu a velmi malé charakteristické elektromagnetické ztráty při vysokých frekvencích. Díky těmto vlastnostem je vhodný pro výrobu různých mikrovlnných zařízení, jako jsou vysokofrekvenční syntezátory, pásmové filtry, oscilátory, budiče AD ladění atd. Je široce používán v mikrovlnném frekvenčním pásmu pod rentgenovým pásmem. Kromě toho lze z magnetooptických krystalů vyrobit magnetooptická zařízení, jako jsou zařízení ve tvaru prstence a magnetooptické displeje.
(4) Magnetooptická paměť
V technologii zpracování informací se magnetooptická média používají pro záznam a ukládání informací. Magnetooptické úložiště je lídrem v oblasti optických úložišť, vyznačuje se velkou kapacitou a možností bezplatného swapování optického úložiště, stejně jako výhodami vymazatelného přepisování magnetického úložiště a průměrnou rychlostí přístupu podobnou magnetickým pevným diskům. Poměr ceny a výkonu bude klíčem k tomu, zda mohou magnetooptické disky vést.
(5) TG monokrystal
TGG je krystal vyvinutý společností Fujian Fujiing Technology Co., Ltd. (CASTECH) v roce 2008. Jeho hlavní výhody: TGG monokrystal má velkou magnetooptickou konstantu, vysokou tepelnou vodivost, nízkou optickou ztrátu a vysoký práh poškození laserem a je široce používán ve víceúrovňových amplifikačních, prstencových a semenových injekčních laserech, jako je YAG a T-dopovaný safír
Čas odeslání: 16. srpna 2023