Рідкоземельні магнітооптичні матеріали
Магнітооптичні матеріали відносяться до оптичних інформаційних функціональних матеріалів з магнітооптичними ефектами в ультрафіолетовому та інфрачервоному діапазонах.Рідкоземельні магнітооптичні матеріали — це новий тип оптичних інформаційних функціональних матеріалів, які можуть бути виготовлені в оптичних пристроях з різними функціями, використовуючи їхні магнітооптичні властивості та взаємодію та перетворення світла, електрики та магнетизму.Такі як модулятори, ізолятори, циркулятори, магнітооптичні перемикачі, дефлектори, фазоперемикачі, оптичні інформаційні процесори, дисплеї, пам’ять, лазерні гіроскопічні дзеркала, магнітометри, магнітооптичні датчики, друкарські машини, відеозаписувачі, машини для розпізнавання образів, оптичні диски , оптичні хвилеводи та ін.
Джерело рідкоземельної магнітооптики
Theрідкоземельний елементгенерує нескоригований магнітний момент через незаповнений шар електронів 4f, який є джерелом сильного магнетизму;У той же час це також може призвести до електронних переходів, що є причиною світлового збудження, що призводить до сильних магнітооптичних ефектів.
Чисті рідкоземельні метали не виявляють сильних магнітооптичних ефектів.Лише тоді, коли рідкоземельні елементи додаються до оптичних матеріалів, таких як скло, складні кристали та плівки сплавів, з’явиться сильний магнітооптичний ефект рідкоземельних елементів.Зазвичай використовуваними магнітооптичними матеріалами є елементи перехідної групи, такі як кристали гранату (REBi) 3 (FeA) 5O12 (металічні елементи, такі як A1, Ga, Sc, Ge, In), аморфні плівки RETM (Fe, Co, Ni, Mn). ) і рідкоземельні скла.
Магнітооптичний кристал
Магнітооптичні кристали — кристалічні матеріали з магнітооптичними ефектами.Магнітооптичний ефект тісно пов'язаний з магнетизмом кристалічних матеріалів, особливо з силою намагніченості матеріалів.Тому деякі чудові магнітні матеріали часто є магнітооптичними матеріалами з відмінними магнітооптичними властивостями, такими як кристали залізо-ітрієвого гранату та рідкоземельного залізо-граната.Загалом, кристали з кращими магнітооптичними властивостями є феромагнітними та феримагнітними кристалами, наприклад EuO та EuS є феромагнетиками, ітрієвий залізний гранат і легований вісмутом рідкоземельний залізний гранат є феримагнетиками.В даний час в основному використовуються ці два типи кристалів, особливо чорні магнітні кристали.
Магнітооптичний матеріал із рідкоземельного залізо-гранату
1. Структурні характеристики магнітооптичних матеріалів рідкоземельного залізо-гранату
Феритові матеріали гранатового типу є новим типом магнітних матеріалів, які швидко розвиваються в наш час.Найважливішим із них є рідкоземельний залізний гранат (також відомий як магнітний гранат), який зазвичай називають RE3Fe2Fe3O12 (можна скоротити як RE3Fe5O12), де RE — іон ітрію (деякі також леговані Ca, Bi плазмою), Fe іони в Fe2 можуть бути замінені плазмою In, Se, Cr, а іони Fe в Fe можуть бути замінені плазмою A, Ga.Загалом на сьогоднішній день вироблено 11 типів рідкоземельних залізних гранатів, найбільш типовим з яких є Y3Fe5O12, скорочено YIG.
2. Магнітооптичний матеріал ітрієвий гранат
Залізний ітрієвий гранат (YIG) був вперше відкритий корпорацією Bell у 1956 році як монокристал із сильними магнітооптичними ефектами.Намагнічений залізоітрієвий гранат (YIG) має магнітні втрати на кілька порядків нижче, ніж будь-який інший ферит у полі надвисокої частоти, що робить його широко використовуваним як матеріал для зберігання інформації.
3. Магнітооптичні матеріали серії Bi із рідкісними залізоземельними гранатами з високим вмістом легованих речовин
З розвитком технологій оптичного зв'язку зросли також вимоги до якості та пропускної здатності передачі інформації.З точки зору дослідження матеріалів, необхідно покращити характеристики магнітооптичних матеріалів як серцевини ізоляторів, щоб їх фарадеївське обертання мало малий температурний коефіцієнт і велику стабільність довжини хвилі, щоб покращити стабільність ізоляції пристрою від зміни температури і довжини хвилі.Монокристали та тонкі плівки рідкоземельного залізо-гранату серії іонів Bi з високим вмістом легованих іонів стали центром досліджень.
Монокристалічна тонка плівка Bi3Fe5O12 (BiG) дає надію на розробку інтегрованих малих магнітооптичних ізоляторів.У 1988 році T Kouda та ін.вперше отримано монокристалічні тонкі плівки Bi3FesO12 (BiIG) за допомогою методу реактивного плазмового напилення RIBS (reaction lon bean sputtering).Згодом Сполучені Штати, Японія, Франція та інші успішно отримали магнітооптичні плівки Bi3Fe5O12 і рідкоземельного гранату з високим вмістом Bi, використовуючи різні методи.
4. Магнітооптичні матеріали із залізоземельного гранату, легованого Ce
У порівнянні з широко використовуваними матеріалами, такими як YIG і GdBiIG, рідкоземельний залізний гранат, легований Ce (Ce: YIG), має характеристики великого кута повороту Фарадея, низького температурного коефіцієнта, низького поглинання та низької вартості.Наразі це найперспективніший новий тип магнітооптичного матеріалу обертання Фарадея.
Застосування рідкоземельних магнітооптичних матеріалів
Магнітооптичні кристалічні матеріали мають значний чистий ефект Фарадея, низький коефіцієнт поглинання на довжинах хвиль, а також високу намагніченість і проникність.В основному використовується у виробництві оптичних ізоляторів, оптичних невзаємних компонентів, магнітооптичної пам’яті та магнітооптичних модуляторів, волоконно-оптичних комунікаційних та інтегрованих оптичних пристроїв, комп’ютерних накопичувачів, логічних операцій і функцій передачі, магнітооптичних дисплеїв, магнітооптичних записів, нових мікрохвильових пристроїв , лазерні гіроскопи тощо. З безперервним відкриттям магнітооптичних кристалічних матеріалів також розшириться діапазон пристроїв, які можна застосовувати та виготовляти.
(1) Оптичний ізолятор
В оптичних системах, таких як волоконно-оптичний зв’язок, є світло, яке повертається до лазерного джерела завдяки відбивним поверхням різних компонентів на оптичному шляху.Це світло робить інтенсивність вихідного світла лазерного джерела нестабільною, спричиняючи оптичний шум і значно обмежуючи пропускну здатність і відстань передачі сигналів у волоконно-оптичному зв’язку, що робить роботу оптичної системи нестабільною.Оптичний ізолятор — це пасивний оптичний пристрій, який пропускає лише однонаправлене світло, і його принцип роботи заснований на невзаємності обертання Фарадея.Світло, відбите через волоконно-оптичні відлуння, може бути добре ізольовано оптичними ізоляторами.
(2) Магнітооптичний тестер струму
Швидкий розвиток сучасної промисловості висуває підвищені вимоги до передачі та виявлення електромереж, і традиційні методи вимірювання високої напруги та сильного струму зіткнуться з серйозними проблемами.З розвитком волоконно-оптичних технологій і матеріалознавства магнітооптичні тестери струму привернули широку увагу завдяки своїй чудовій ізоляції та захищеності від перешкод, високій точності вимірювань, легкій мініатюризації та відсутності потенційної небезпеки вибуху.
(3) Мікрохвильовий пристрій
YIG має такі характеристики, як вузька лінія феромагнітного резонансу, щільна структура, хороша температурна стабільність і дуже малі характерні електромагнітні втрати на високих частотах.Ці характеристики роблять його придатним для створення різних мікрохвильових пристроїв, таких як високочастотні синтезатори, смугові фільтри, осцилятори, драйвери налаштування AD тощо. Він широко використовується в діапазоні мікрохвильових частот нижче діапазону рентгенівського випромінювання.Крім того, з магнітооптичних кристалів також можна зробити магнітооптичні пристрої, такі як кільцеподібні пристрої та магнітооптичні дисплеї.
(4) Магнітооптична пам'ять
У техніці обробки інформації для запису та зберігання інформації використовують магнітооптичні носії.Оптичний накопичувач Magneto є лідером серед оптичних накопичувачів із характеристиками великої ємності та вільної заміни оптичного накопичувача, а також перевагами стираного перезапису магнітного накопичувача та середньою швидкістю доступу, подібною до магнітних жорстких дисків.Співвідношення ціни та продуктивності буде ключем до того, чи зможуть магнітооптичні диски лідирувати.
(5) Монокристал TG
TGG — це кристал, розроблений компанією Fujian Fujing Technology Co., Ltd. (CASTECH) у 2008 році. Його основні переваги: монокристал TGG має велику магнітооптичну константу, високу теплопровідність, низькі оптичні втрати та високий поріг пошкодження лазером, а також широко використовується в лазерах з багаторівневою ампліфікацією, кільцевими та затравковими інжекційними лазерами, такими як YAG та T-легований сапфір
Час публікації: 16 серпня 2023 р