Magnetooptické materiály vzácnych zemín
Magnetooptické materiály označujú optické informačné funkčné materiály s magnetooptickými efektmi v ultrafialovom až infračervenom pásme. Magnetooptické materiály vzácnych zemín sú novým typom optických informačných funkčných materiálov, z ktorých sa dajú vyrobiť optické zariadenia s rôznymi funkciami využitím ich magnetooptických vlastností a interakcie a konverzie svetla, elektriny a magnetizmu. Ako sú modulátory, izolátory, cirkulátory, magnetooptické spínače, deflektory, fázové posúvače, optické informačné procesory, displeje, pamäte, laserové gyroskopické zrkadlá, magnetometre, magnetooptické senzory, tlačiarenské stroje, videorekordéry, stroje na rozpoznávanie vzorov, optické disky , optické vlnovody atď.
Zdroj magnetooptiky vzácnych zemín
Theprvok vzácnych zemíngeneruje nekorigovaný magnetický moment vďaka nenaplnenej 4f elektrónovej vrstve, ktorá je zdrojom silného magnetizmu; Zároveň môže viesť aj k prechodom elektrónov, čo je príčinou excitácie svetla, čo vedie k silným magnetooptickým efektom.
Čisté kovy vzácnych zemín nevykazujú silné magnetooptické efekty. Až keď sa prvky vzácnych zemín dopujú do optických materiálov, ako je sklo, zložené kryštály a zliatinové filmy, objaví sa silný magnetooptický efekt prvkov vzácnych zemín. Bežne používanými magnetooptickými materiálmi sú prvky prechodových skupín, ako sú kryštály granátu (REBi) 3 (FeA) 5O12 (kovové prvky ako A1, Ga, Sc, Ge, In), amorfné filmy RETM (Fe, Co, Ni, Mn ) a okuliare zo vzácnych zemín.
Magnetooptický kryštál
Magnetooptické kryštály sú kryštálové materiály s magnetooptickými efektmi. Magnetooptický efekt úzko súvisí s magnetizmom kryštálových materiálov, najmä so silou magnetizácie materiálov. Preto sú niektoré vynikajúce magnetické materiály často magnetooptické materiály s vynikajúcimi magnetooptickými vlastnosťami, ako sú ytriový železný granát a kryštály železného granátu vzácnych zemín. Všeobecne povedané, kryštály s lepšími magnetooptickými vlastnosťami sú feromagnetické a ferimagnetické kryštály, ako napríklad EuO a EuS sú feromagnety, ytriový železný granát a bizmutom dopovaný železný granát vzácnych zemín sú ferimagnety. V súčasnosti sa používajú najmä tieto dva druhy kryštálov, najmä železné magnetické kryštály.
Magnetooptický materiál granát zo vzácnych zemín
1. Štrukturálne charakteristiky magnetooptických materiálov so železom zo vzácnych zemín
Feritové materiály granátového typu sú novým typom magnetických materiálov, ktoré sa v modernej dobe rýchlo vyvinuli. Najdôležitejší z nich je železný granát vzácnych zemín (tiež známy ako magnetický granát), bežne označovaný ako RE3Fe2Fe3O12 (môže byť skrátený ako RE3Fe5O12), kde RE je ytriový ión (niektoré sú dopované aj Ca, Bi plazmou), Fe ióny v Fe2 môžu byť nahradené plazmou In, Se, Cr a ióny Fe vo Fe môžu byť nahradené A, Ga plazmou. Celkovo bolo doteraz vyrobených 11 druhov jediného železného granátu zo vzácnych zemín, pričom najtypickejší je Y3Fe5O12, skrátene YIG.
2. Magnetooptický materiál ytriový železný granát
Železný granát ytria (YIG) bol prvýkrát objavený spoločnosťou Bell Corporation v roku 1956 ako monokryštál so silnými magnetooptickými efektmi. Magnetizovaný ytriový železný granát (YIG) má magnetickú stratu o niekoľko rádov nižšiu ako ktorýkoľvek iný ferit v ultravysokofrekvenčnom poli, vďaka čomu je široko používaný ako materiál na ukladanie informácií.
3. Vysoko dopované Bi Series magnetooptické materiály so železom zo vzácnych zemín a granátom
S rozvojom optickej komunikačnej techniky sa zvýšili aj požiadavky na kvalitu a kapacitu prenosu informácií. Z hľadiska materiálového výskumu je potrebné zlepšiť výkon magnetooptických materiálov ako jadra izolátorov tak, aby ich Faradayova rotácia mala malý teplotný koeficient a veľkú stabilitu vlnovej dĺžky, aby sa zlepšila stabilita izolácie zariadenia proti zmeny teploty a vlnovej dĺžky. Vysoko dopované bi iónové monokryštály železného granátu a tenké filmy série vzácnych zemín sa stali stredobodom výskumu.
Bi3Fe5O12 (BiG) monokryštálový tenký film prináša nádej na vývoj integrovaných malých magnetooptických izolátorov. V roku 1988 T Kouda a spol. získali Bi3FesO12 (BiIG) monokryštálové tenké filmy po prvýkrát pomocou reaktívneho plazmového naprašovania nanášacej metódy RIBS (reaction lon bean sputtering). Následne Spojené štáty, Japonsko, Francúzsko a ďalšie úspešne získali magnetooptické filmy Bi3Fe5O12 a vysoko Bi dopované železné granáty zo vzácnych zemín pomocou rôznych metód.
4. Magnetooptické materiály so železom a granátom zo vzácnych zemín dopovaných Ce
V porovnaní s bežne používanými materiálmi, ako sú YIG a GdBiIG, Ce dopovaný železný granát (Ce: YIG) má vlastnosti veľkého Faradayovho uhla rotácie, nízky teplotný koeficient, nízku absorpciu a nízke náklady. V súčasnosti je to najsľubnejší nový typ Faradayovho rotačného magnetooptického materiálu.
Aplikácia magnetooptických materiálov vzácnych zemín
Magnetooptické kryštálové materiály majú výrazný čistý Faradayov efekt, nízky absorpčný koeficient pri vlnových dĺžkach a vysokú magnetizáciu a permeabilitu. Používa sa hlavne pri výrobe optických izolátorov, optických nerecipročných komponentov, magnetooptických pamätí a magnetooptických modulátorov, optických komunikačných a integrovaných optických zariadení, počítačových úložísk, logických operácií a prenosových funkcií, magnetooptických displejov, magnetooptických záznamov, nových mikrovlnných zariadení , laserové gyroskopy atď. S neustálym objavovaním materiálov magneto-optických kryštálov sa bude rozširovať aj rozsah zariadení, ktoré je možné použiť a vyrobiť.
(1) Optický izolátor
V optických systémoch, ako je komunikácia z optických vlákien, existuje svetlo, ktoré sa vracia do laserového zdroja v dôsledku odrazových plôch rôznych komponentov v optickej dráhe. Toto svetlo spôsobuje, že výstupná intenzita svetla laserového zdroja je nestabilná, čo spôsobuje optický šum a výrazne obmedzuje prenosovú kapacitu a komunikačnú vzdialenosť signálov v komunikácii s optickými vláknami, čím sa optický systém stáva nestabilným v prevádzke. Optický izolátor je pasívne optické zariadenie, ktoré prepúšťa iba jednosmerné svetlo a jeho pracovný princíp je založený na nereciprocite Faradayovej rotácie. Svetlo odrazené cez ozveny z optických vlákien môže byť dobre izolované optickými izolátormi.
(2) Magnetooptický tester prúdu
Rýchly rozvoj moderného priemyslu kladie vyššie požiadavky na prenos a detekciu energetických sietí a tradičné vysokonapäťové a vysokoprúdové metódy merania budú čeliť vážnym výzvam. S rozvojom technológie optických vlákien a materiálovej vedy si magnetooptické testery prúdu získali širokú pozornosť vďaka svojej vynikajúcej izolácii a schopnostiam proti rušeniu, vysokej presnosti merania, ľahkej miniaturizácii a bez potenciálneho nebezpečenstva výbuchu.
(3) Mikrovlnné zariadenie
YIG má vlastnosti úzkej feromagnetickej rezonančnej línie, hustú štruktúru, dobrú teplotnú stabilitu a veľmi malú charakteristickú elektromagnetickú stratu pri vysokých frekvenciách. Vďaka týmto vlastnostiam je vhodný na výrobu rôznych mikrovlnných zariadení, ako sú vysokofrekvenčné syntetizátory, pásmové filtre, oscilátory, budiče AD ladenia atď. Široko sa používa v mikrovlnnom frekvenčnom pásme pod röntgenovým pásmom. Okrem toho možno z magnetooptických kryštálov vyrobiť aj magnetooptické zariadenia, ako sú zariadenia v tvare prstenca a magnetooptické displeje.
(4) Magnetooptická pamäť
V technológii spracovania informácií sa magnetooptické médiá používajú na záznam a ukladanie informácií. Magnetooptické úložisko je lídrom v oblasti optických úložísk s charakteristikami veľkej kapacity a voľnej výmeny optického úložiska, ako aj výhodami vymazateľného prepisovania magnetického úložiska a priemernou rýchlosťou prístupu podobnou magnetickým pevným diskom. Pomer ceny a výkonu bude kľúčom k tomu, či môžu magnetooptické disky viesť.
(5) TG monokryštál
TGG je kryštál vyvinutý spoločnosťou Fujian Fujian Technology Co., Ltd. (CASTECH) v roku 2008. Jeho hlavné výhody: TGG monokryštál má veľkú magnetooptickú konštantu, vysokú tepelnú vodivosť, nízku optickú stratu a vysoký prah poškodenia laserom a je široko používaný vo viacúrovňových amplifikačných, prstencových a semenových vstrekovacích laseroch, ako je YAG a T-dopovaný zafír
Čas odoslania: 16. augusta 2023