Materiały magnetooptyczne z metali ziem rzadkich
Materiały magnetooptyczne odnoszą się do materiałów funkcjonalnych z informacją optyczną, wykazujących efekty magnetooptyczne w pasmach od ultrafioletu do podczerwieni.Materiały magnetooptyczne z metali ziem rzadkich to nowy typ optycznych materiałów funkcjonalnych, z których można wytwarzać urządzenia optyczne o różnych funkcjach, wykorzystując ich właściwości magnetooptyczne oraz interakcję i konwersję światła, elektryczności i magnetyzmu.Takie jak modulatory, izolatory, cyrkulatory, przełączniki magnetooptyczne, deflektory, przesuwniki fazowe, optyczne procesory informacji, wyświetlacze, pamięci, laserowe zwierciadła żyroskopowe, magnetometry, czujniki magnetooptyczne, maszyny drukarskie, magnetowidy, maszyny do rozpoznawania wzorów, dyski optyczne , falowody optyczne itp.
Źródło magnetooptyki ziem rzadkich
Thepierwiastek ziem rzadkichgeneruje nieskorygowany moment magnetyczny dzięki niewypełnionej warstwie elektronów 4f, która jest źródłem silnego magnetyzmu;Jednocześnie może również prowadzić do przejść elektronowych, co jest przyczyną wzbudzenia światła, co prowadzi do silnych efektów magnetooptycznych.
Czyste metale ziem rzadkich nie wykazują silnych efektów magnetooptycznych.Dopiero gdy pierwiastki ziem rzadkich zostaną dodane do materiałów optycznych, takich jak szkło, kryształy złożone i folie stopowe, pojawi się silny efekt magnetooptyczny pierwiastków ziem rzadkich.Powszechnie stosowanymi materiałami magnetooptycznymi są pierwiastki grup przejściowych, takie jak kryształy granatu (REBi) 3 (FeA) 5O12 (pierwiastki metalowe takie jak A1, Ga, Sc, Ge, In), folie amorficzne RETM (Fe, Co, Ni, Mn ) i okulary z metali ziem rzadkich.
Kryształ magnetooptyczny
Kryształy magnetooptyczne to materiały krystaliczne z efektami magnetooptycznymi.Efekt magnetooptyczny jest ściśle powiązany z magnetyzmem materiałów krystalicznych, zwłaszcza z siłą magnesowania materiałów.Dlatego niektóre doskonałe materiały magnetyczne to często materiały magnetooptyczne o doskonałych właściwościach magnetooptycznych, takie jak granat itrowo-żelazowy i kryształy granatu żelazowo-metalowego ziem rzadkich.Ogólnie rzecz biorąc, kryształy o lepszych właściwościach magnetooptycznych to kryształy ferromagnetyczne i ferrimagnetyczne, takie jak EuO i EuS będące ferromagnetykami, granat itrowo-żelazowy i granat żelazny domieszkowany bizmutem jako ferrimagnetyki.Obecnie stosuje się głównie te dwa rodzaje kryształów, zwłaszcza kryształy magnetyczne żelaza.
Materiał magnetooptyczny z granatu z żelaza ziem rzadkich
1. Charakterystyka strukturalna materiałów magnetooptycznych z granatów żelaznych ziem rzadkich
Materiały ferrytowe typu granatu to nowy rodzaj materiałów magnetycznych, który szybko rozwinął się w czasach współczesnych.Najważniejszym z nich jest granat żelazny ziem rzadkich (znany również jako granat magnetyczny), potocznie określany jako RE3Fe2Fe3O12 (można w skrócie RE3Fe5O12), gdzie RE to jon itru (niektóre są również domieszkowane plazmą Ca, Bi), Fe jony w Fe2 można zastąpić plazmą In, Se, Cr, a jony Fe w Fe można zastąpić plazmą A, Ga.Do tej pory wyprodukowano w sumie 11 rodzajów pojedynczego granatu żelaznego ziem rzadkich, z których najbardziej typowym jest Y3Fe5O12, w skrócie YIG.
2. Materiał magnetooptyczny z granatu itrowo-żelazowego
Granat itrowo-żelazowy (YIG) został po raz pierwszy odkryty przez firmę Bell Corporation w 1956 roku jako pojedynczy kryształ o silnych efektach magnetooptycznych.Namagnesowany granat itrowo-żelazowy (YIG) charakteryzuje się stratą magnetyczną o kilka rzędów wielkości mniejszą niż jakikolwiek inny ferryt w polu ultrawysokiej częstotliwości, co czyni go powszechnie stosowanym jako materiał do przechowywania informacji.
3. Wysoko domieszkowane materiały magnetooptyczne z serii Bi z żelazem ziem rzadkich i granatem
Wraz z rozwojem technologii komunikacji optycznej wzrosły także wymagania dotyczące jakości i przepustowości transmisji informacji.Z punktu widzenia badań materiałowych konieczne jest udoskonalenie właściwości materiałów magnetooptycznych jako rdzenia izolatorów, tak aby ich rotacja Faradaya miała mały współczynnik temperaturowy i dużą stabilność długości fali, w celu poprawy stabilności izolacji urządzenia względem zmiany temperatury i długości fali.Przedmiotem badań stały się monokryształy i cienkie warstwy granatu żelaza o wysokiej zawartości jonów Bi z serii metali ziem rzadkich.
Cienka folia monokrystaliczna Bi3Fe5O12 (BiG) daje nadzieję na rozwój zintegrowanych małych izolatorów magnetooptycznych.W 1988 T. Kouda i in.po raz pierwszy uzyskano cienkie warstwy monokryształu Bi3FesO12 (BiIG) metodą reaktywnego osadzania metodą rozpylania plazmowego RIBS (rozpylanie metodą lon bean w reakcji).Następnie Stany Zjednoczone, Japonia, Francja i inne kraje z powodzeniem uzyskały folie magnetooptyczne z granatu żelaznego i pierwiastków ziem rzadkich Bi3Fe5O12 i wysokiej zawartości Bi przy użyciu różnych metod.
4. Materiały magnetooptyczne z domieszką ce żelaza ziem rzadkich i granatu
W porównaniu z powszechnie stosowanymi materiałami, takimi jak YIG i GdBiIG, granat żelazny ziem rzadkich domieszkowany Ce (Ce: YIG) charakteryzuje się dużym kątem obrotu Faradaya, niskim współczynnikiem temperaturowym, niską absorpcją i niskim kosztem.Jest to obecnie najbardziej obiecujący nowy rodzaj materiału magnetooptycznego z rotacją Faradaya.
Zastosowanie materiałów magnetooptycznych ziem rzadkich
Magnetooptyczne materiały kryształowe charakteryzują się znaczącym czystym efektem Faradaya, niskim współczynnikiem absorpcji przy długościach fal oraz wysokim namagnesowaniem i przepuszczalnością.Stosowane głównie w produkcji izolatorów optycznych, optycznych elementów niewzajemnych, pamięci magnetooptycznej i modulatorów magnetooptycznych, komunikacji światłowodowej i zintegrowanych urządzeń optycznych, pamięci komputerowej, operacji logicznych i funkcji transmisji, wyświetlaczy magnetooptycznych, rejestracji magnetooptycznej, nowych urządzeń mikrofalowych , żyroskopy laserowe itp. Wraz z ciągłym odkryciem magnetooptycznych materiałów kryształowych, zwiększy się także zakres urządzeń, które można zastosować i wyprodukować.
(1) Izolator optyczny
W systemach optycznych, takich jak komunikacja światłowodowa, światło powraca do źródła lasera dzięki powierzchniom odbicia różnych elementów ścieżki optycznej.Światło to powoduje, że natężenie światła wyjściowego źródła lasera jest niestabilne, powodując szum optyczny i znacznie ograniczając zdolność transmisji i odległość komunikacyjną sygnałów w komunikacji światłowodowej, powodując niestabilność działania układu optycznego.Izolator optyczny to pasywne urządzenie optyczne, które przepuszcza tylko jednokierunkowe światło, a jego zasada działania opiera się na braku wzajemności rotacji Faradaya.Światło odbite przez echa światłowodowe można dobrze izolować za pomocą izolatorów optycznych.
(2) Magnetooptyczny tester prądu
Szybki rozwój współczesnego przemysłu postawił wyższe wymagania w zakresie przesyłu i detekcji sieci elektroenergetycznych, a tradycyjne metody pomiaru wysokich napięć i dużych prądów staną przed poważnymi wyzwaniami.Wraz z rozwojem technologii światłowodowej i materiałoznawstwa, magnetooptyczne testery prądu zyskały szerokie zainteresowanie ze względu na ich doskonałe właściwości izolacyjne i przeciwzakłóceniowe, wysoką dokładność pomiaru, łatwą miniaturyzację i brak potencjalnego zagrożenia wybuchem.
(3) Urządzenie mikrofalowe
YIG charakteryzuje się wąską linią rezonansu ferromagnetycznego, gęstą strukturą, dobrą stabilnością temperaturową i bardzo małą charakterystyczną stratą elektromagnetyczną przy wysokich częstotliwościach.Te cechy sprawiają, że nadaje się do wytwarzania różnych urządzeń mikrofalowych, takich jak syntezatory wysokiej częstotliwości, filtry pasmowoprzepustowe, oscylatory, sterowniki dostrajające AD itp. Jest szeroko stosowany w paśmie częstotliwości mikrofalowej poniżej pasma rentgenowskiego.Ponadto kryształy magnetooptyczne można również przekształcić w urządzenia magnetooptyczne, takie jak urządzenia w kształcie pierścienia i wyświetlacze magnetooptyczne.
(4) Pamięć magnetooptyczna
W technologii przetwarzania informacji do zapisywania i przechowywania informacji wykorzystuje się nośniki magnetooptyczne.Magnetooptyczna pamięć masowa jest liderem w dziedzinie pamięci optycznych, charakteryzując się dużą pojemnością i swobodą wymiany pamięci optycznej, a także zaletami kasowalnego przepisywania pamięci magnetycznej i średnią szybkością dostępu porównywalną z magnetycznymi dyskami twardymi.Stosunek ceny do wydajności będzie kluczem do tego, czy dyski magnetooptyczne będą liderem.
(5) Monokryształ TG
TGG to kryształ opracowany przez Fujian Fujing Technology Co., Ltd. (CASTECH) w 2008 roku. Jego główne zalety: monokryształ TGG ma dużą stałą magnetooptyczną, wysoką przewodność cieplną, niskie straty optyczne i wysoki próg uszkodzenia lasera oraz jest szeroko stosowany w laserach wielopoziomowego wzmacniania, pierścieniowych i wtrysku nasion, takich jak YAG i szafir domieszkowany T
Czas publikacji: 16 sierpnia 2023 r