Zeldzame aardmagneto-optische materialen
Magneto-optische materialen verwijzen naar optische informatie-functionele materialen met magneto-optische effecten in de ultraviolette tot infrarode banden. Zeldzame aardmagneto-optische materialen zijn een nieuw type optische informatie-functionele materialen waarvan optische apparaten met verschillende functies kunnen worden gemaakt door gebruik te maken van hun magneto-optische eigenschappen en de interactie en conversie van licht, elektriciteit en magnetisme. Zoals modulators, isolatoren, circulatoren, magneto-optische schakelaars, deflectors, faseverschuivers, optische informatieverwerkers, beeldschermen, geheugens, lasergyro bias-spiegels, magnetometers, magneto-optische sensoren, drukmachines, videorecorders, patroonherkenningsmachines, optische schijven , optische golfgeleiders, enz.
De bron van zeldzame-aarde-magneto-optica
Dezeldzame aarde-elementgenereert een ongecorrigeerd magnetisch moment als gevolg van de ongevulde 4f-elektronenlaag, die de bron is van sterk magnetisme; Tegelijkertijd kan het ook leiden tot elektronenovergangen, wat de oorzaak is van lichtexcitatie, wat leidt tot sterke magneto-optische effecten.
Zuivere zeldzame aardmetalen vertonen geen sterke magneto-optische effecten. Alleen wanneer zeldzame aardelementen worden gedoteerd in optische materialen zoals glas, samengestelde kristallen en legeringsfilms, zal het sterke magneto-optische effect van zeldzame aardelementen optreden. De algemeen gebruikte magneto-optische materialen zijn overgangsgroepelementen zoals (REBi) 3 (FeA) 5O12 granaatkristallen (metaalelementen zoals A1, Ga, Sc, Ge, In), RETM amorfe films (Fe, Co, Ni, Mn ), en zeldzame-aardeglazen.
Magneto optisch kristal
Magneto-optische kristallen zijn kristalmaterialen met magneto-optische effecten. Het magneto-optische effect hangt nauw samen met het magnetisme van kristalmaterialen, vooral de magnetisatiesterkte van de materialen. Daarom zijn sommige uitstekende magnetische materialen vaak magneto-optische materialen met uitstekende magneto-optische eigenschappen, zoals yttrium-ijzergranaat en zeldzame aardijzergranaatkristallen. In het algemeen gesproken zijn kristallen met betere magneto-optische eigenschappen ferromagnetische en ferrimagnetische kristallen, zoals EuO en EuS als ferromagneten, yttrium-ijzer-granaat en met bismut gedoteerde zeldzame aardmetalen-ijzer-granaat als ferrimagneten. Momenteel worden deze twee soorten kristallen voornamelijk gebruikt, vooral ferro-magnetische kristallen.
Zeldzaam aardijzer-granaat magneto-optisch materiaal
1. Structurele kenmerken van magneto-optische materialen van zeldzame aarde-ijzer-granaat
Ferrietmaterialen van het granaattype zijn een nieuw type magnetische materialen die zich in de moderne tijd snel hebben ontwikkeld. De belangrijkste daarvan is zeldzaam aardijzergranaat (ook bekend als magnetisch granaat), gewoonlijk RE3Fe2Fe3O12 genoemd (kan worden afgekort als RE3Fe5O12), waarbij RE een yttriumion is (sommige zijn ook gedoteerd met Ca, Bi-plasma), Fe ionen in Fe2 kunnen worden vervangen door In-, Se-, Cr-plasma, en Fe-ionen in Fe kunnen worden vervangen door A-, Ga-plasma. Er zijn tot nu toe in totaal 11 soorten zeldzaam aardijzer-granaat geproduceerd, waarvan Y3Fe5O12, afgekort als YIG, de meest typische is.
2. Magneto-optisch materiaal van yttrium-ijzer-granaat
Yttrium-ijzergranaat (YIG) werd voor het eerst ontdekt door Bell Corporation in 1956 als een enkel kristal met sterke magneto-optische effecten. Gemagnetiseerd yttrium-ijzer-granaat (YIG) heeft een magnetisch verlies dat enkele ordes van grootte lager is dan enig ander ferriet in het ultrahoge frequentieveld, waardoor het op grote schaal wordt gebruikt als materiaal voor informatieopslag.
3. Hooggedoteerde Bi-serie zeldzame aardmetalen ijzeren granaatmagneto-optische materialen
Met de ontwikkeling van optische communicatietechnologie zijn ook de eisen aan de kwaliteit en capaciteit van informatieoverdracht toegenomen. Vanuit het perspectief van materiaalonderzoek is het noodzakelijk om de prestaties van magneto-optische materialen als de kern van isolatoren te verbeteren, zodat hun Faraday-rotatie een kleine temperatuurcoëfficiënt en grote golflengtestabiliteit heeft, om de stabiliteit van de apparaatisolatie tegen temperatuur- en golflengteveranderingen. Hooggedoteerde Bi-ion-serie zeldzame aardijzer-granaat enkele kristallen en dunne films zijn de focus van onderzoek geworden.
Bi3Fe5O12 (BiG) dunne film met één kristal biedt hoop voor de ontwikkeling van geïntegreerde kleine magneto-optische isolatoren. In 1988 hebben T Kouda et al. heeft voor het eerst Bi3FesO12 (BiIG) monokristallijne dunne films verkregen met behulp van de reactieve plasmasputterdepositiemethode RIBS (reaction lon bean sputtering). Vervolgens hebben de Verenigde Staten, Japan, Frankrijk en anderen met behulp van verschillende methoden met succes Bi3Fe5O12 en hoog Bi-gedoteerde zeldzame-aarde-ijzer-granaat magneto-optische films verkregen.
4. Ce-gedoteerde magneto-optische materialen van zeldzame aarde-ijzer-granaat
Vergeleken met veelgebruikte materialen zoals YIG en GdBiIG heeft Ce-gedoteerd zeldzaam aardijzer-granaat (Ce: YIG) de kenmerken van een grote Faraday-rotatiehoek, lage temperatuurcoëfficiënt, lage absorptie en lage kosten. Het is momenteel het meest veelbelovende nieuwe type Faraday-rotatiemagneto-optisch materiaal.
Toepassing van zeldzame aardmagneto-optische materialen
Magneto-optische kristalmaterialen hebben een aanzienlijk puur Faraday-effect, een lage absorptiecoëfficiënt bij golflengten en een hoge magnetisatie en permeabiliteit. Hoofdzakelijk gebruikt bij de productie van optische isolatoren, optische niet-wederkerige componenten, magneto-optisch geheugen en magneto-optische modulatoren, glasvezelcommunicatie en geïntegreerde optische apparaten, computeropslag, logische bediening en transmissiefuncties, magneto-optische displays, magneto-optische opname, nieuwe microgolfapparaten , lasergyroscopen, enz. Met de voortdurende ontdekking van magneto-optische kristalmaterialen zal ook het aantal apparaten dat kan worden toegepast en vervaardigd toenemen.
(1) Optische isolator
In optische systemen zoals glasvezelcommunicatie is er licht dat terugkeert naar de laserbron vanwege de reflectieoppervlakken van verschillende componenten in het optische pad. Dit licht maakt de uitgangslichtintensiteit van de laserbron onstabiel, waardoor optische ruis ontstaat en de transmissiecapaciteit en communicatieafstand van signalen bij glasvezelcommunicatie aanzienlijk worden beperkt, waardoor het optische systeem instabiel wordt tijdens gebruik. Een optische isolator is een passief optisch apparaat dat alleen unidirectioneel licht doorlaat, en het werkingsprincipe ervan is gebaseerd op de niet-wederkerigheid van Faraday-rotatie. Het door glasvezel-echo's gereflecteerde licht kan goed worden geïsoleerd door optische isolatoren.
(2) Magneto-optische stroomtester
De snelle ontwikkeling van de moderne industrie heeft hogere eisen gesteld aan de transmissie en detectie van elektriciteitsnetwerken, en traditionele meetmethoden voor hoogspanning en hoge stroom zullen met ernstige uitdagingen worden geconfronteerd. Met de ontwikkeling van glasvezeltechnologie en materiaalkunde hebben magneto-optische stroomtesters brede aandacht gekregen vanwege hun uitstekende isolatie- en anti-interferentiemogelijkheden, hoge meetnauwkeurigheid, gemakkelijke miniaturisatie en geen potentieel explosiegevaar.
(3) Magnetronapparaat
YIG heeft de kenmerken van een smalle ferromagnetische resonantielijn, een dichte structuur, goede temperatuurstabiliteit en een zeer klein karakteristiek elektromagnetisch verlies bij hoge frequenties. Deze eigenschappen maken het geschikt voor het maken van verschillende microgolfapparaten, zoals hoogfrequente synthesizers, banddoorlaatfilters, oscillatoren, AD-afstemdrivers, enz. Het wordt veel gebruikt in de microgolffrequentieband onder de röntgenband. Bovendien kunnen magneto-optische kristallen ook worden verwerkt tot magneto-optische apparaten zoals ringvormige apparaten en magneto-optische displays.
(4) Magneto-optisch geheugen
In de informatieverwerkingstechnologie worden magneto-optische media gebruikt voor het opnemen en opslaan van informatie. Magneto optische opslag is toonaangevend op het gebied van optische opslag, met de kenmerken van grote capaciteit en het gratis verwisselen van optische opslag, evenals de voordelen van uitwisbaar herschrijven van magnetische opslag en een gemiddelde toegangssnelheid vergelijkbaar met magnetische harde schijven. De kosten-prestatieverhouding zal bepalend zijn voor de vraag of magneto-optische schijven het voortouw kunnen nemen.
(5) TG-eenkristal
TGG is een kristal ontwikkeld door Fujian Fujing Technology Co., Ltd. (CASTECH) in 2008. De belangrijkste voordelen: TGG-eenkristal heeft een grote magneto-optische constante, hoge thermische geleidbaarheid, laag optisch verlies en een hoge laserschadedrempel, en wordt veel gebruikt in multi-level amplificatie-, ring- en zaadinjectielasers zoals YAG en T-gedoteerde saffier
Posttijd: 16 augustus 2023