磁光效應(yīng)

　　法拉第效應(yīng)

　　線偏振光透過(guò)放置磁場(chǎng)中的物質(zhì)，沿著磁場(chǎng)方向傳播時(shí)，光的偏振面發(fā)生旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。也稱法拉第旋轉(zhuǎn)或磁圓雙折射效應(yīng),簡(jiǎn)記為MCB。一般材料中，法拉第旋轉(zhuǎn)（用旋轉(zhuǎn)角θF表示）和樣品長(zhǎng)度l、磁感應(yīng)強(qiáng)度B有以下關(guān)系 θF=VlB,

　　V是與物質(zhì)性質(zhì)、光的頻率有關(guān)的常數(shù),稱為費(fèi)爾德常數(shù)。

　　因?yàn)榇艌?chǎng)下電子的運(yùn)動(dòng)總附加有右旋的拉莫爾進(jìn)動(dòng)，當(dāng)光的傳播方向相反時(shí)，偏振面旋轉(zhuǎn)角方向不倒轉(zhuǎn)，所以法拉第效應(yīng)是非互易效應(yīng)。這種非互易的本質(zhì)在微波和光的通信中是很重要的。許多微波、光的隔離器、環(huán)行器、開關(guān)就是用旋轉(zhuǎn)角大的磁性材料制作的。圖1是隔離器的原理。利用法拉第效應(yīng)，還可實(shí)現(xiàn)光的顯示、調(diào)制等許多重要應(yīng)用。

　　磁光效應(yīng)

　　當(dāng)左、右旋圓偏振光在置于磁場(chǎng)中的媒質(zhì)內(nèi)傳播而有不同的吸收系數(shù)時(shí)，入射的線偏振光傳播一段距離后會(huì)變?yōu)闄E圓偏振光，這個(gè)效應(yīng)叫法拉第橢圓度效應(yīng)或磁圓二向色性效應(yīng),簡(jiǎn)記為MCD。法拉第橢圓度和法拉第旋轉(zhuǎn)均由媒質(zhì)的介電張量非對(duì)角組元的實(shí)部和虛部決定。

　　科頓－穆頓效應(yīng)

　　又稱磁雙折射效應(yīng)，簡(jiǎn)記為MLB。是1907年A.科頓和H.穆頓發(fā)現(xiàn)的。W.佛克脫對(duì)它進(jìn)行了較仔細(xì)的研究，故也稱佛克脫效應(yīng)。當(dāng)光的傳播方向與磁場(chǎng)垂直時(shí)，平行于磁場(chǎng)方向的線偏振光的相速不同于垂直于磁場(chǎng)方向的線偏振光的相速而產(chǎn)生的雙折射現(xiàn)象。其相位差正比于兩種線偏振光的折射率之差，同磁場(chǎng)強(qiáng)度大小的二次方成正比

　　墹=(np－ns)d/λ=DdH,

　　np與ns分別是垂直和平行于外磁場(chǎng)的線偏振光的折射率，d是樣品厚度，λ是光波長(zhǎng)，D是科頓-穆頓常數(shù)。

　　當(dāng)光的傳播方向與外磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，媒質(zhì)對(duì)偏振方向不同的兩種光的吸收系數(shù)也可不同。這就是磁的線偏振光的二向色性，稱磁線二向色性效應(yīng)，簡(jiǎn)記為MLD。

　　MCD、MLB、MLD的物理起因、宏觀表述及量子力學(xué)處理都與法拉第效應(yīng)類同(實(shí)際上可同時(shí)完成)。MLB和MLD通常比MCB和MCD要弱得多，但它們與磁場(chǎng)強(qiáng)度（磁化強(qiáng)度）的二次方成正比。因此對(duì)這些效應(yīng)的測(cè)量除能得到物質(zhì)中能級(jí)結(jié)構(gòu)的信息外，還能用于微弱磁性變化（單原子層的磁性）的研究。

　　克爾磁光效應(yīng)

　　線偏振光入射到磁化媒質(zhì)表面反射出去時(shí)，偏振面發(fā)生旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。也叫克爾磁光效應(yīng)或克爾磁光旋轉(zhuǎn)。這是繼法拉第效應(yīng)發(fā)現(xiàn)后，英國(guó)科學(xué)家J.克爾于1876年發(fā)現(xiàn)的第二個(gè)重要的磁光效應(yīng)。

　　按磁化強(qiáng)度和入射面的相對(duì)取向，克爾磁光效應(yīng)分極向克爾磁光效應(yīng)、橫向克爾磁光效應(yīng)和縱向克爾磁光效應(yīng)（圖2）。極向和縱向克爾磁光旋轉(zhuǎn)都正比于樣品的磁化強(qiáng)度。通常極向克爾旋轉(zhuǎn)最大、縱向次之。偏振面旋轉(zhuǎn)的方向與磁化強(qiáng)度方向有關(guān)。橫向克爾磁光效應(yīng)中實(shí)際上沒(méi)有偏振面的旋轉(zhuǎn)，只是反射率有微小的變化，變化量也正比于樣品的磁化強(qiáng)度。1898年P(guān).塞曼等人證實(shí)了橫向克爾磁光效應(yīng)的存在。克爾磁光效應(yīng)的物理基礎(chǔ)和理論處理與法拉第效應(yīng)的相同，只是前者發(fā)生在物質(zhì)表面，后者發(fā)生在物質(zhì)體內(nèi)；前者出現(xiàn)于僅在有自發(fā)磁化的物質(zhì)（鐵磁、亞鐵磁材料）中，后者在一般順磁介質(zhì)中也可觀察到。它們都與介電張量非對(duì)角組元的實(shí)部、虛部有關(guān)。

　　克爾磁光效應(yīng)的最重要應(yīng)用就是觀察鐵磁材料中難以捉摸的磁疇。因不同磁疇區(qū)的磁化強(qiáng)度的不同取向使入射偏振光產(chǎn)生方向、大小不同的偏振面旋轉(zhuǎn)，再經(jīng)過(guò)檢偏器后就出現(xiàn)了與磁疇相應(yīng)的明暗不同的區(qū)域。利用現(xiàn)代技術(shù),不但可進(jìn)行靜態(tài)觀察,還可進(jìn)行動(dòng)態(tài)研究。這些都導(dǎo)致一些重要發(fā)現(xiàn)和關(guān)于磁疇、磁學(xué)參數(shù)的有效測(cè)量。

　　塞曼效應(yīng)

　　發(fā)光體放在磁場(chǎng)中時(shí)，光譜線發(fā)生分裂的現(xiàn)象。是由于外磁場(chǎng)對(duì)電子的軌道磁矩和自旋磁矩的作用，或使能級(jí)分裂才產(chǎn)生的。其中譜線分裂為2條(順磁場(chǎng)方向觀察)或3條（垂直于磁場(chǎng)方向觀察）的叫正常塞曼效應(yīng)；3條以上的叫反常塞曼效應(yīng)（見塞曼效應(yīng)）。

　　光磁效應(yīng)

　　光照射物質(zhì)后,物質(zhì)磁性（如磁化率、磁晶各向異性、磁滯回線等）發(fā)生變化的現(xiàn)象。早在1931年就有光照引起磁化率變化的報(bào)道，但直到1967年R.W.蒂爾等人在摻硅的釔鐵石榴石 (YIG)中發(fā)現(xiàn)紅外光照射引起磁晶各向異性變化之后才引起人們的重視。這些效應(yīng)多與非三價(jià)離子的代換有關(guān)，這種代換使亞鐵磁材料中出現(xiàn)了二價(jià)鐵離子，光照使電子在二、三價(jià)鐵離子間轉(zhuǎn)移，從而引起磁性的變化。因此，光磁效應(yīng)是光感生的磁性變化，也稱光感效應(yīng)。當(dāng)然這只是一種機(jī)制，其他機(jī)制的光磁效應(yīng)在光存儲(chǔ)、光檢測(cè)、光控器件方面的應(yīng)用還在研究之中。