Matériaux magnéto-optiques de terres rares
Les matériaux magnéto-optiques font référence à des matériaux fonctionnels d'information optique avec des effets magnéto-optiques dans les bandes ultraviolettes à infrarouges. Les matériaux magnéto-optiques de terres rares sont un nouveau type de matériaux fonctionnels d'information optique qui peuvent être transformés en dispositifs optiques dotés de diverses fonctions en utilisant leurs propriétés magnéto-optiques ainsi que l'interaction et la conversion de la lumière, de l'électricité et du magnétisme. Tels que modulateurs, isolateurs, circulateurs, commutateurs magnéto-optiques, déflecteurs, déphaseurs, processeurs d'informations optiques, écrans, mémoires, miroirs de polarisation gyroscopiques laser, magnétomètres, capteurs magnéto-optiques, machines d'impression, enregistreurs vidéo, machines de reconnaissance de formes, disques optiques. , guides d'ondes optiques, etc.
La source de la magnéto-optique des terres rares
Leélément de terre raregénère un moment magnétique non corrigé en raison de la couche d'électrons 4f non remplie, qui est la source d'un fort magnétisme ; Dans le même temps, cela peut également conduire à des transitions électroniques, qui sont à l’origine d’une excitation lumineuse, conduisant à de forts effets magnéto-optiques.
Les métaux des terres rares pures ne présentent pas de forts effets magnéto-optiques. Ce n'est que lorsque les éléments de terres rares sont dopés dans des matériaux optiques tels que le verre, les cristaux composés et les films d'alliage que le fort effet magnéto-optique des éléments de terres rares apparaît. Les matériaux magnéto-optiques couramment utilisés sont des éléments du groupe de transition tels que les cristaux de grenat (REBi) 3 (FeA) 5O12 (éléments métalliques tels que A1, Ga, Sc, Ge, In), les films amorphes RETM (Fe, Co, Ni, Mn ), et des verres de terres rares.
Cristal magnéto-optique
Les cristaux magnéto-optiques sont des matériaux cristallins ayant des effets magnéto-optiques. L'effet magnéto-optique est étroitement lié au magnétisme des matériaux cristallins, en particulier à la force de magnétisation des matériaux. Par conséquent, certains excellents matériaux magnétiques sont souvent des matériaux magnéto-optiques dotés d'excellentes propriétés magnéto-optiques, tels que le grenat d'yttrium et de fer et les cristaux de grenat de fer et de terres rares. D'une manière générale, les cristaux ayant de meilleures propriétés magnéto-optiques sont les cristaux ferromagnétiques et ferrimagnétiques, tels que EuO et EuS étant des ferromagnétiques, le grenat de fer à l'yttrium et le grenat de fer aux terres rares dopé au bismuth étant des ferrimagnétiques. A l'heure actuelle, ces deux types de cristaux sont principalement utilisés, notamment les cristaux magnétiques ferreux.
Matériau magnéto-optique grenat de fer de terres rares
1. Caractéristiques structurelles des matériaux magnéto-optiques de grenat de fer et de terres rares
Les matériaux ferrites de type grenat sont un nouveau type de matériaux magnétiques qui se sont rapidement développés dans les temps modernes. Le plus important d'entre eux est le grenat de fer aux terres rares (également connu sous le nom de grenat magnétique), communément appelé RE3Fe2Fe3O12 (peut être abrégé en RE3Fe5O12), où RE est un ion yttrium (certains sont également dopés au plasma Ca, Bi), Fe les ions dans Fe2 peuvent être remplacés par du plasma In, Se, Cr et les ions Fe dans Fe peuvent être remplacés par du plasma A, Ga. Il existe au total 11 types de grenats de fer de terres rares uniques qui ont été produits jusqu'à présent, le plus typique étant Y3Fe5O12, en abrégé YIG.
2. Matériau magnéto-optique grenat de fer yttrium
Le grenat d'yttrium et de fer (YIG) a été découvert pour la première fois par Bell Corporation en 1956 sous la forme d'un monocristal doté de puissants effets magnéto-optiques. Le grenat d'yttrium et de fer magnétisé (YIG) présente une perte magnétique inférieure de plusieurs ordres de grandeur à celle de toute autre ferrite dans le domaine des ultra-hautes fréquences, ce qui le rend largement utilisé comme matériau de stockage d'informations.
3. Matériaux magnéto-optiques de grenat de fer de terres rares de série Bi hautement dopés
Avec le développement de la technologie de communication optique, les exigences en matière de qualité et de capacité de transmission des informations ont également augmenté. Du point de vue de la recherche sur les matériaux, il est nécessaire d'améliorer les performances des matériaux magnéto-optiques en tant que noyau des isolateurs, de sorte que leur rotation de Faraday ait un faible coefficient de température et une grande stabilité de longueur d'onde, afin d'améliorer la stabilité de l'isolation du dispositif contre changements de température et de longueur d’onde. Les monocristaux et les films minces de grenat de fer de terres rares de la série Bi-ion hautement dopés sont devenus le centre de la recherche.
Le film mince monocristallin Bi3Fe5O12 (BiG) apporte de l'espoir pour le développement de petits isolateurs magnéto-optiques intégrés. En 1988, T. Kouda et al. obtenu pour la première fois des films minces monocristallins de Bi3FesO12 (BiIG) en utilisant la méthode de dépôt par pulvérisation réactive au plasma RIBS (pulvérisation par réaction de haricot). Par la suite, les États-Unis, le Japon, la France et d’autres ont réussi à obtenir du Bi3Fe5O12 et des films magnéto-optiques de grenat de fer aux terres rares fortement dopés au Bi en utilisant diverses méthodes.
4. Matériaux magnéto-optiques de grenat de fer aux terres rares dopés Ce
Comparé aux matériaux couramment utilisés tels que YIG et GdBiIG, le grenat de fer aux terres rares dopé au Ce (Ce : YIG) présente les caractéristiques d'un grand angle de rotation de Faraday, d'un faible coefficient de température, d'une faible absorption et d'un faible coût. Il s’agit actuellement du nouveau type de matériau magnéto-optique à rotation de Faraday le plus prometteur.
Application des matériaux magnéto-optiques de terres rares
Les matériaux à cristaux magnéto-optiques ont un effet Faraday pur significatif, un faible coefficient d'absorption aux longueurs d'onde et une magnétisation et une perméabilité élevées. Principalement utilisé dans la production d'isolateurs optiques, de composants optiques non réciproques, de mémoire magnéto-optique et de modulateurs magnéto-optiques, de communication par fibre optique et de dispositifs optiques intégrés, de stockage informatique, de fonctions d'opération et de transmission logiques, d'affichages magnéto-optiques, d'enregistrement magnéto-optique, de nouveaux appareils à micro-ondes. , gyroscopes laser, etc. Avec la découverte continue de matériaux cristallins magnéto-optiques, la gamme de dispositifs pouvant être appliqués et fabriqués augmentera également.
(1) Isolateur optique
Dans les systèmes optiques tels que les communications par fibre optique, de la lumière revient à la source laser en raison des surfaces réfléchissantes de divers composants du chemin optique. Cette lumière rend l'intensité lumineuse de sortie de la source laser instable, provoquant un bruit optique et limitant considérablement la capacité de transmission et la distance de communication des signaux dans la communication par fibre optique, rendant le fonctionnement du système optique instable. Un isolateur optique est un dispositif optique passif qui ne laisse passer que la lumière unidirectionnelle et son principe de fonctionnement est basé sur la non réciprocité de la rotation de Faraday. La lumière réfléchie par les échos des fibres optiques peut être bien isolée par des isolateurs optiques.
(2) Testeur de courant magnéto-optique
Le développement rapide de l'industrie moderne a imposé des exigences plus élevées en matière de transmission et de détection des réseaux électriques, et les méthodes traditionnelles de mesure de haute tension et de courant élevé seront confrontées à de sérieux défis. Avec le développement de la technologie des fibres optiques et de la science des matériaux, les testeurs de courant magnéto-optiques ont attiré une grande attention en raison de leurs excellentes capacités d'isolation et anti-interférence, de leur grande précision de mesure, de leur miniaturisation facile et de leur absence de risque d'explosion potentiel.
(3) Appareil à micro-ondes
YIG présente les caractéristiques d'une ligne de résonance ferromagnétique étroite, d'une structure dense, d'une bonne stabilité en température et d'une très faible perte électromagnétique caractéristique à hautes fréquences. Ces caractéristiques le rendent adapté à la fabrication de divers dispositifs micro-ondes tels que des synthétiseurs haute fréquence, des filtres passe-bande, des oscillateurs, des pilotes de réglage AD, etc. Il a été largement utilisé dans la bande de fréquences micro-ondes située en dessous de la bande des rayons X. De plus, les cristaux magnéto-optiques peuvent également être transformés en dispositifs magnéto-optiques tels que des dispositifs en forme d'anneau et des écrans magnéto-optiques.
(4) Mémoire magnéto-optique
Dans les technologies de traitement de l’information, les supports magnéto-optiques sont utilisés pour enregistrer et stocker des informations. Le stockage magnéto-optique est le leader du stockage optique, avec les caractéristiques d'une grande capacité et d'un échange libre du stockage optique, ainsi que les avantages de la réécriture effaçable du stockage magnétique et d'une vitesse d'accès moyenne similaire à celle des disques durs magnétiques. Le rapport coût/performance sera la clé pour savoir si les disques magnéto-optiques peuvent ouvrir la voie.
(5) monocristal TG
TGG est un cristal développé par Fujian Fujing Technology Co., Ltd. (CASTECH) en 2008. Ses principaux avantages : le monocristal TGG a une grande constante magnéto-optique, une conductivité thermique élevée, une faible perte optique et un seuil de dommage laser élevé, et est largement utilisé dans les lasers à amplification multi-niveaux, en anneau et à injection de graines tels que le saphir dopé YAG et T
Heure de publication : 16 août 2023