磁光材料及其在磁光开关中的应用

磁光材料具有种类繁多、应用广泛的特点。随着激光、光纤通信等领域的发展,各类磁光材料如磁光玻璃、磁光薄膜、磁光光子晶体和磁性液体等的发展也极为迅猛,使得应用于全光网络中的磁光开关的实现与应用成为可能。主要介绍各类磁光材料的研究进展及磁光石榴石薄膜在磁光开关中的应用进展。     

磁光材料的典型效应及其应用

磁光材料是一类品种繁多、应用广泛的重要的功能材料.近年来,随着激光、计算机、信息、光纤通信等技术的发展,各种磁光材料--磁光玻璃、磁光薄膜、磁性液体、磁性光子晶体和磁光液晶等发展极为迅速.本文简介了磁光效应(包括法拉第效应、克尔效应、塞曼效应和磁致双折射效应等)的基本理论以及各种磁光材料和磁光器件的研究新进展.     

光学浮区法生长的GdFeO3单晶

正交钙钛矿结构GdFeO3材料是一种新型的磁光材料。采用光学浮区法生长磁光晶体GdFeO3,通过多次试验,生长出的晶体直径达到8mm,长度为50~80mm,晶体截面抛光后未发现明显的夹杂物等缺陷。测试结果证明光学浮区法是生长GdFeO3磁光晶体的有效方法。     

磁光开关工作原理和设计方法

文章介绍了磁光开关的性能,探讨了磁光开关的未来竞争力和发展前景;介绍了设计磁光开关的三种方法以及具体的光路磁路设计,并对其设计方案进行了综合的测试.结果表明,磁光开关不仅具有开关速度快,稳定性高等优势,而且相对于其他非机械式光开关,它又具有驱动电压低、串扰小等优势.磁光开关将成为一种极具竞争力的光开关.     

几种稀土铁石榴石晶体的磁光性能

采用助熔剂法生长稀土铁石榴石单晶Ｙ３Ｆｅ５Ｏ１２，（ＢｉＣａ）３（ＦｅＶ）５Ｏ１２和（ＧｄＢｉ）３Ｆｅ５Ｏ１２，在近红外波段以磁光调制倍频法测量晶体的法拉第磁光旋转谱，同其它几种材料相比，（ＧｄＢｉ）３Ｆｅ５Ｏ１２晶体磁光优值大，是制作非互易光学器件较为理想的法拉第旋转晶体．     

高温结晶Ce:YIG晶体磁光性能的计算

用量子理论计算了在900℃结晶下Ce0.6Y2.4Fe5O12晶体中,Ce3+离子经晶场和交换作用劈裂后的能级和波函数,以及该晶体的法拉第旋转角,计算结果与实验符合较好.计算表明,在900℃结晶的Ce:YIG晶体的微结构与500℃结晶的有所不同,Ce3+离子的5d晶场参数发生了明显改变,电子间的超交换作用有效场减小28%.适当控制结晶温度,可改变晶体的磁光性能.     

基于微波磁光效应的射频相关处理研究

根据磁光微扰理论研究了小信号情形下携有信息的静磁前向体波与导波光的作用,分析了基于磁光效应的空间积分相关过程,给出了相关输出结果与磁光衍射效率的定量关系,可为空间积分磁光相关器的优化设计提供理论指导.对单极性归零码的磁光相关过程进行了仿真,计算表明:(1)增加射频信号的峰值功率,可以增加相关检测电流;(2)增加入射光功率,在一定范围内增大偏置磁场或降低射频频率有助于增大接收射频信号的动态范围;(3)减小微带线宽度可以增加磁光器件的处理增益.     

重掺杂Bi:YIG溅射薄膜的磁和磁光性能

用磁控溅射 快速退火晶化处理在YAG、Al2O3基片上制备了重掺杂Bi:YIG磁光薄膜,利用X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)、磁光克尔仪/光学分度计、振动样品磁强计(VSM)分别研究了薄膜的微结构、磁光性能和磁性能.薄膜的饱和磁化强度为135～139 kA/m,不同基片上制备的薄膜的矫顽力不同,薄膜的法拉第角在450～610nm的光波段范围内约为3～5°/μm;当退火温度在600℃时,在两种基片上制备的薄膜透射率谱非常相似,当退火温度为800℃时,在Al2O3基片上的薄膜透射率谱将出现一个台阶.     

基于磁光克尔效应的磁畴观测与处理系统

磁铁物质的基本特征是自发磁化和磁畴,磁畴的观测在磁学和磁性材料研究中具有重要作用。基于磁光克尔效应,采用自制的磁光克尔系统观测磁畴。采用先进的电荷耦合(CCD)数码成像技术,结合计算机图像处理技术(灰度处理、边缘检测等)获得磁畴图像。以铁氧体薄膜为研究对象,观测了不同外磁场作用下材料磁畴的变化情况。表明使用本系统观测磁畴方便、直观和先进。     

多频微波信号对导波光脉冲的磁光衍射研究

根据磁光微扰理论,研究了小信号情形下多频静磁波信号对脉冲导波光的磁光Bragg衍射过程,给出了它们相互作用的耦合模方程,此方程也适用于多频静磁波与连续导波光以及单频静磁波与脉冲导波光的作用。计算表明,衍射光脉冲的峰值强度随入射导波光脉冲宽度的增加逐渐接近连续导波光情形;当入射导波光脉冲宽度大于1.1ps时,可按多频静磁波对连续导波光的作用来处理。多频静磁波的频率间隔增大,衍射光脉冲之间的均衡性变差,对应的-3dB均衡带宽约为40MHz。本文结论可为基于磁光Bragg衍射的频谱分析器件设计提供理论指导。     

基于磁光波导的YIG薄膜材料研究进展

首先介绍了磁性石榴石的晶体结构和元素替代理论,然后重点介绍了Bi:YIG与Ce:YIG薄膜的制备方法和磁光特性。降低吸收损耗和增大Ce、Bi离子含量可以增大石榴石薄膜的磁光优值。薄膜良好的磁光性能依赖于合理的制备工艺。Ce-,Bi-YIG是制备磁光波导器件的良好材料。     

水基Fe3O4磁流体动态法拉第磁光特性的研究

为研究在交变磁场作用下铁磁流体动态法拉第磁光特性,设计了一套用于研究铁磁流体磁光效应的实验平台,分析研究了交变磁场作用下所含Fe3O4颗粒的质量分数分别为2%、5%、10%、15%、20%、31.2%等质量分数的水基Fe3O4磁流体动态法拉第磁光特性。实验结果表明:铁磁流体对工频交变磁场的响应线性度达到0.9946;与块状玻璃磁光介质相比,铁磁流体所展示的法拉第磁光特性有很大差异;质量分数对铁磁流体法拉第磁光特性的影响明显,其趋势是先随着铁磁流体质量分数的降低,其对磁场的响应程度反而缓慢增强,到质量分数为10%时达到最大值,其后随着质量分数的降低而急剧减弱。分析表明:铁磁流体的这种磁光特性与其在磁场作用下形成平行于磁场方向的线状链有密切关系;质量分数对铁磁流体法拉第磁光特性的影响主要是因其黏度变化导致。     

Ferroelectric Based Photonic Crystal Cavity by Liquid Crystal Infiltration

A novel type of two-dimensional photonic crystal is investigated for it optical properties as a core-shell-type ferroelectric nanorod infiltrated with nematic liquid crystals. Using the plane wave expansion method and finite-difference time-domain method, the photonic crystal structure, which is composed of a photonic crystal in a core-shell-type ferroelectric nanorod, is designed for the square lattice and the hexagonal lattice. It has been used 5CB as a photonic crystal core, and LiNbO₃ as a ferroelectric material. The photonic crystal with a core-shell-type LiNbO₃ nanorod infiltrated with nematic liquid crystals is compared with the photonic crystal with solid LiNbO₃ rods and the photonic crystal with hollow LiNbO₃ rods.     

SmTbFeCo磁光记录材料温度特性的平均场理论研究

基于平均场理论，提出重稀土－轻稀土－过渡族非晶薄膜温度特性的计算方法，详细讨论了薄膜成分对薄膜磁学和磁光性能的影响。研究表明，用适量的轻稀土元素替代重稀土元素，室温下饱和磁化强度增大，克尔角有所提高，薄膜的补偿点温度下降，恧大里点温度基本保持不变，并且饱和磁化强度和矫顽力随温变化趋向缓慢，从而可以拓宽磁光介质的使用温度范围。     

Thin Film Capacitor Cut from Single Crystals Using Focused Ion Beam Milling

The focused ion beam microscope (FIB) has been used to fabricate thin parallel-sided ferroelectric capacitors from single crystals of BaTiO₃ and SrTiO₃. A series of nano-sized capacitors ranging in thickness from ～660 nm to ～300 nm were made. Cross-sectional high resolution transmission electron microscopy (HRTEM) revealed that during capacitor fabrication, the FIB rendered around 20 nm of dielectric at the electrode-dielectric interface amorphous, associated with local gallium impregnation. Such a region would act electrically in series with the single crystal and would presumably have a considerable negative influence on the dielectric properties. However, thermal annealing prior to gold electrodes deposition was found to fully recover the single crystal capacitors and homogenise the gallium profile. The dielectric testing of the STO ultra-thin single crystal capacitors was performed yielding a room temperature dielectric constant of ～300, as is the case in bulk. Therefore, there was no evidence of a collapse in dielectric constant associated with thin film dimensions.     

MnBi永磁合金研究进展

Mn Bi合金具有显著的铁磁性及磁光效应,可用作永磁和磁光存储材料。Mn Bi磁性合金具有高的室温单轴磁各向异性和反常的正的矫顽力温度系数,有希望成为高温应用(~200℃)磁性材料而引起了广泛关注。但由于其相转变的复杂性,制备高纯度、高磁性能的Mn Bi合金仍存在一定的难度。近年来许多研究者对Mn Bi磁性合金的热处理工艺、制备工艺以及复合磁体等方面进行了一系列的研究。截至目前,已经基本可以批量化生产高纯高性能Mn Bi磁粉,同时所制备Mn Bi单相合金的最大磁能积(BH)max已经达到了8.4 MGOe,所制备Mn Bi复合磁体的最大磁能积(BH)max也达到了最高的18 MGOe。这些研究极大地促进了Mn Bi磁体的发展,为Mn Bi永磁体的工业化生产应用奠定了基础。本文综述了近年来高性能Mn Bi永磁材料的研究进展。     

Application of spark plasma sintering for growing dense Pb(Mg1/3Nb2/3)O3–35 mol% PbTiO3 single crystal by solid-state crystal growth

This study examined the effect of spark plasma sintering (SPS) on the densification behavior and resulting dielectric and piezoelectric properties of Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃–35 mol% PbTiO₃ ceramics with a 5 mol% excess of PbO. Through normal sintering at 1200^∘C, the density of the specimen reached only 92% of the theoretical density (TD). However, with the SPS treatment, the density of the PMN-PT ceramics increased to more than 99% of the TD at 900^∘C, and maintained over 98% of the TD during subsequent heat-treatment at 1200^∘C for 10 h. The increased density of the Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃–35 mol% PbTiO₃ ceramics resulted in an improvement in the dielectric and piezoelectric properties. The SPS treatment was also successfully applied to the densification of a PMN-PT single crystal grown on a BaTiO₃ seed crystal using a solid-state crystal growth (SSCG) process.     

高矫顽力CoFe2O4薄膜的研究进展及矫顽力机理分析

矫顽力是钴铁氧体薄膜作为高密度磁记录以及磁光记录介质的重要指标.本文综述了激光脉冲沉积法和磁控溅射法制备的高矫顽力(大于400kA/m)钴铁氧体薄膜材料的国内外研究进展,并对其高矫顽力的产生机理进行了分析.