Materiales magnetoópticos de tierras raras.
Los materiales magnetoópticos se refieren a materiales funcionales de información óptica con efectos magnetoópticos en las bandas de ultravioleta a infrarroja. Los materiales magnetoópticos de tierras raras son un nuevo tipo de materiales funcionales de información óptica que pueden convertirse en dispositivos ópticos con diversas funciones utilizando sus propiedades magnetoópticas y la interacción y conversión de luz, electricidad y magnetismo. Tales como moduladores, aisladores, circuladores, interruptores magnetoópticos, deflectores, desfasadores, procesadores de información óptica, pantallas, memorias, espejos de polarización giroscópica láser, magnetómetros, sensores magnetoópticos, máquinas de impresión, grabadoras de vídeo, máquinas de reconocimiento de patrones, discos ópticos. , guías de ondas ópticas, etc.
La fuente de la magnetoóptica de tierras raras
Elelemento de tierras rarasgenera un momento magnético no corregido debido a la capa de electrones 4f vacía, que es la fuente de un fuerte magnetismo; Al mismo tiempo, también puede provocar transiciones electrónicas, que son la causa de la excitación de la luz y provocan fuertes efectos magnetoópticos.
Los metales puros de tierras raras no presentan fuertes efectos magnetoópticos. Sólo cuando los elementos de tierras raras se dopan en materiales ópticos como vidrio, cristales compuestos y películas de aleaciones, aparecerá el fuerte efecto magnetoóptico de los elementos de tierras raras. Los materiales magnetoópticos comúnmente utilizados son elementos de grupos de transición como cristales de granate (REBi) 3 (FeA) 5O12 (elementos metálicos como A1, Ga, Sc, Ge, In), películas amorfas RETM (Fe, Co, Ni, Mn ) y vasos de tierras raras.
Cristal magnetoóptico
Los cristales magnetoópticos son materiales cristalinos con efectos magnetoópticos. El efecto magnetoóptico está estrechamente relacionado con el magnetismo de los materiales cristalinos, especialmente con la fuerza de magnetización de los materiales. Por lo tanto, algunos materiales magnéticos excelentes son a menudo materiales magnetoópticos con excelentes propiedades magnetoópticas, como el granate de itrio y hierro y los cristales de granate de hierro de tierras raras. En términos generales, los cristales con mejores propiedades magnetoópticas son los cristales ferromagnéticos y ferrimagnéticos, como EuO y EuS que son ferromagnetos, el granate de itrio y hierro y el granate de hierro de tierras raras dopado con bismuto que son ferrimagnetos. En la actualidad se utilizan principalmente estos dos tipos de cristales, especialmente cristales magnéticos ferrosos.
Material magnetoóptico de granate de hierro de tierras raras
1. Características estructurales de los materiales magnetoópticos de granate de hierro de tierras raras.
Los materiales de ferrita tipo granate son un nuevo tipo de materiales magnéticos que se han desarrollado rápidamente en los tiempos modernos. El más importante de ellos es el granate de hierro de tierras raras (también conocido como granate magnético), comúnmente conocido como RE3Fe2Fe3O12 (puede abreviarse como RE3Fe5O12), donde RE es un ion itrio (algunos también están dopados con plasma Ca, Bi), Fe Los iones en Fe2 pueden ser reemplazados por plasma de In, Se, Cr y los iones de Fe en plasma pueden ser reemplazados por plasma de A, Ga. Hasta ahora se han producido un total de 11 tipos de granates de hierro de tierras raras, siendo el más típico el Y3Fe5O12, abreviado como YIG.
2. Material magnetoóptico del granate de hierro itrio
El granate de itrio y hierro (YIG) fue descubierto por primera vez por Bell Corporation en 1956 como un cristal único con fuertes efectos magnetoópticos. El granate de itrio y hierro magnetizado (YIG) tiene una pérdida magnética varios órdenes de magnitud menor que cualquier otra ferrita en el campo de frecuencia ultraalta, lo que lo hace ampliamente utilizado como material de almacenamiento de información.
3. Materiales magnetoópticos de granate de hierro de tierras raras de la serie Bi altamente dopados
Con el desarrollo de la tecnología de comunicación óptica, también han aumentado los requisitos de calidad y capacidad de transmisión de información. Desde la perspectiva de la investigación de materiales, es necesario mejorar el rendimiento de los materiales magnetoópticos como núcleo de aisladores, de modo que su rotación de Faraday tenga un coeficiente de temperatura pequeño y una gran estabilidad de longitud de onda, para mejorar la estabilidad del aislamiento del dispositivo contra cambios de temperatura y longitud de onda. Los monocristales y películas delgadas de granate de hierro de tierras raras de la serie Bi ion altamente dopados se han convertido en el foco de la investigación.
La película delgada de monocristal Bi3Fe5O12 (BiG) brinda esperanza para el desarrollo de pequeños aisladores magnetoópticos integrados. En 1988, T Kouda et al. obtuvo películas delgadas de monocristal de Bi3FesO12 (BiIG) por primera vez utilizando el método de deposición por pulverización catódica de plasma reactivo RIBS (reacción de pulverización catódica de frijoles). Posteriormente, Estados Unidos, Japón, Francia y otros obtuvieron con éxito películas magnetoópticas de Bi3Fe5O12 y granate de hierro de tierras raras dopadas con Bi utilizando diversos métodos.
4. Materiales magnetoópticos de granate de hierro de tierras raras dopados con Ce
En comparación con materiales comúnmente utilizados como YIG y GdBiIG, el granate de hierro de tierras raras dopado con Ce (Ce: YIG) tiene las características de un gran ángulo de rotación de Faraday, un bajo coeficiente de temperatura, una baja absorción y un bajo costo. Actualmente es el nuevo tipo más prometedor de material magnetoóptico de rotación de Faraday.
Aplicación de materiales magnetoópticos de tierras raras
Los materiales de cristal magnetoóptico tienen un importante efecto Faraday puro, un bajo coeficiente de absorción en longitudes de onda y una alta magnetización y permeabilidad. Se utiliza principalmente en la producción de aisladores ópticos, componentes ópticos no recíprocos, memoria magnetoóptica y moduladores magnetoópticos, comunicación de fibra óptica y dispositivos ópticos integrados, almacenamiento informático, funciones de transmisión y operación lógica, pantallas magnetoópticas, grabación magnetoóptica, nuevos dispositivos de microondas. , giroscopios láser, etc. Con el continuo descubrimiento de materiales de cristal magnetoópticos, también aumentará la gama de dispositivos que se pueden aplicar y fabricar.
(1) Aislador óptico
En sistemas ópticos como las comunicaciones por fibra óptica, hay luz que regresa a la fuente láser debido a las superficies reflectantes de varios componentes en el camino óptico. Esta luz hace que la intensidad de la luz de salida de la fuente láser sea inestable, lo que provoca ruido óptico y limita en gran medida la capacidad de transmisión y la distancia de comunicación de las señales en la comunicación por fibra óptica, lo que hace que el sistema óptico sea inestable en funcionamiento. Un aislador óptico es un dispositivo óptico pasivo que solo permite el paso de luz unidireccional y su principio de funcionamiento se basa en la no reciprocidad de la rotación de Faraday. La luz reflejada a través de los ecos de fibra óptica puede aislarse bien mediante aisladores ópticos.
(2) Probador de corriente magnetoóptica
El rápido desarrollo de la industria moderna ha planteado mayores requisitos para la transmisión y detección de redes eléctricas, y los métodos tradicionales de medición de alto voltaje y alta corriente enfrentarán severos desafíos. Con el desarrollo de la tecnología de fibra óptica y la ciencia de los materiales, los probadores de corriente magnetoópticos han ganado una amplia atención debido a su excelente aislamiento y capacidades antiinterferentes, su alta precisión de medición, su fácil miniaturización y su ausencia de riesgos potenciales de explosión.
(3) Dispositivo de microondas
YIG tiene las características de una línea de resonancia ferromagnética estrecha, una estructura densa, una buena estabilidad de temperatura y una pérdida electromagnética característica muy pequeña a altas frecuencias. Estas características lo hacen adecuado para fabricar diversos dispositivos de microondas, como sintetizadores de alta frecuencia, filtros de paso de banda, osciladores, controladores de sintonización AD, etc. Se ha utilizado ampliamente en la banda de frecuencia de microondas por debajo de la banda de rayos X. Además, los cristales magnetoópticos también se pueden convertir en dispositivos magnetoópticos, como dispositivos en forma de anillo y pantallas magnetoópticas.
(4) Memoria magnetoóptica
En la tecnología de procesamiento de información, los medios magnetoópticos se utilizan para registrar y almacenar información. El almacenamiento magnetoóptico es líder en almacenamiento óptico, con las características de gran capacidad e intercambio gratuito de almacenamiento óptico, así como las ventajas de reescritura borrable del almacenamiento magnético y velocidad de acceso promedio similar a la de los discos duros magnéticos. La relación coste-rendimiento será la clave para determinar si los discos magnetoópticos pueden marcar el camino.
(5) monocristal TG
TGG es un cristal desarrollado por Fujian Fujing Technology Co., Ltd. (CASTECH) en 2008. Sus principales ventajas: el monocristal TGG tiene una gran constante magnetoóptica, alta conductividad térmica, baja pérdida óptica y un alto umbral de daño por láser, y Se utiliza ampliamente en láseres de amplificación multinivel, de anillo y de inyección de semillas, como YAG y zafiro dopado con T.
Hora de publicación: 16 de agosto de 2023