磁-光效应的背景及简介

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磁光效应~

置于外磁场中的物体,在光与外磁场作用下,其光学特性(如吸光特性,折射率等)发生变化的现象。包括塞曼效应、磁光法拉第效应、科顿-穆顿效应和磁光克尔效应等。这些效应均起源于物质的磁化,反映了光与物质磁性间的联系。

法拉第效应 1845年由M.法拉第发现。当线偏振光(见光的偏振)在介质中传播时,若在平行于光的传播方向上加一强磁场,则光振动方向将发生偏转,偏转角度ψ与磁感应强度B和光穿越介质的长度l的乘积成正比,即ψ=VBl,比例系数V称为费尔德常数,与介质性质及光波频率有关。偏转方向取决于介质性质和磁场方向。上述现象称为法拉第效应或磁致旋光效应。该效应可用来分析碳氢化合物,因每种碳氢化合物有各自的磁致旋光特性;在光谱研究中,可借以得到关于激发能级的有关知识;在激光技术中可用来隔离反射光,也可作为调制光波的手段。

科顿-穆顿效应 1907年A.科顿和H.穆顿首先在液体中发现。光在透明介质中传播时,若在垂直于光的传播方向上加一外磁场,则介质表现出单轴晶体(见双折射)的性质,光轴沿磁场方向,主折射率之差正比于磁感应强度的平方。此效应也称磁致双折射。W.佛克脱在气体中也发现了同样效应,称佛克脱效应,它比前者要弱得多。当介质对两种互相垂直的振动有不同吸收系数时,就表现出二向色性的性质,称为磁二向色性效应。

克尔磁光效应 入射的线偏振光在已磁化的物质表面反射时,振动面发生旋转的现象,1876年由J.克尔发现。克尔磁光效应分极向、纵向和横向三种,分别对应物质的磁化强度与反射表面垂直、与表面和入射面平行、与表面平行而与入射面垂直三种情形。极向和纵向克尔磁光效应的磁致旋光都正比于磁化强度,一般极向的效应最强,纵向次之,横向则无明显的磁致旋光。克尔磁光效应的最重要应用是观察铁磁体的磁畴(见磁介质、铁磁性)。不同的磁畴有不同的自发磁化方向,引起反射光振动面的不同旋转,通过偏振片观察反射光时,将观察到与各磁畴对应的明暗不同的区域。用此方法还可对磁畴变化作动态观察。

磁光效应
置于外磁场中的物体,在光与外磁场作用下,其光学特性(如吸光特性,折射率等)发生变化的现象。包括塞曼效应、磁光法拉第效应、科顿-穆顿效应和磁光克尔效应等。这些效应均起源于物质的磁化,反映了光与物质磁性间的联系。

法拉第效应 1845年由M.法拉第发现。当线偏振光(见光的偏振)在介质中传播时,若在平行于光的传播方向上加一强磁场,则光振动方向将发生偏转,偏转角度ψ与磁感应强度B和光穿越介质的长度l的乘积成正比,即ψ=VBl,比例系数V称为费尔德常数,与介质性质及光波频率有关。偏转方向取决于介质性质和磁场方向。上述现象称为法拉第效应或磁致旋光效应。该效应可用来分析碳氢化合物,因每种碳氢化合物有各自的磁致旋光特性;在光谱研究中,可借以得到关于激发能级的有关知识;在激光技术中可用来隔离反射光,也可作为调制光波的手段。

科顿-穆顿效应 1907年A.科顿和H.穆顿首先在液体中发现。光在透明介质中传播时,若在垂直于光的传播方向上加一外磁场,则介质表现出单轴晶体(见双折射)的性质,光轴沿磁场方向,主折射率之差正比于磁感应强度的平方。此效应也称磁致双折射。W.佛克脱在气体中也发现了同样效应,称佛克脱效应,它比前者要弱得多。当介质对两种互相垂直的振动有不同吸收系数时,就表现出二向色性的性质,称为磁二向色性效应。

克尔磁光效应 入射的线偏振光在已磁化的物质表面反射时,振动面发生旋转的现象,1876年由J.克尔发现。克尔磁光效应分极向、纵向和横向三种,分别对应物质的磁化强度与反射表面垂直、与表面和入射面平行、与表面平行而与入射面垂直三种情形。极向和纵向克尔磁光效应的磁致旋光都正比于磁化强度,一般极向的效应最强,纵向次之,横向则无明显的磁致旋光。克尔磁光效应的最重要应用是观察铁磁体的磁畴(见磁介质、铁磁性)。不同的磁畴有不同的自发磁化方向,引起反射光振动面的不同旋转,通过偏振片观察反射光时,将观察到与各磁畴对应的明暗不同的区域。用此方法还可对磁畴变化作动态观察。

磁光效应 是指处于磁化状态的物质与光之间发生相互作用而引起的各种光学现象。包括法拉第效应、克尔磁光效应、塞曼效应和科顿-穆顿效应等。这些效应均起源于物质的磁化,反映了光与物质磁性间的联系。   光与磁场中的物质,或光与具有自发磁化强度的物质之间相互作用所产生的各种现象,主要包括法拉第效应、科顿-穆顿效应、克尔磁光效应、塞曼效应和光磁效应,其中最为人所熟知的是磁光法拉第效应, 它指的是一束线偏振光通过某种透明介质时,透射光的偏振化方向与入射光的偏振化方向相比,转过了一个角度,通常把这个角度叫做法拉第转角.。
磁光存储技术是建立在磁光效应基础上的,与磁光存储技术直接相关的是磁光克尔效应。磁光信息记录在介质上以后,主要是利用磁光克尔效应读出信息。磁光克尔效应指的是一束线偏振光在磁化了的介质表面反射时,反射光将是椭圆偏振光,而以椭圆的长轴为标志的“ 偏振面” 相对于入射偏振光的偏振面旋转了一定的角度。这个角度通常被称为磁光克尔转角。 线偏振光透过放置磁场中的物质,沿着磁场方向传播时,光的偏振面发生旋转的现象。也称法拉第旋转或磁圆双折射效应,简记为MCB。一般材料中,法拉第旋转(用旋转角θF表示)和样品长度l、磁感应强度B有以下关系 θF=VlB,
V是与物质性质、光的频率有关的常数,称为费尔德常数。
因为磁场下电子的运动总附加有右旋的拉莫尔进动,当光的传播方向相反时,偏振面旋转角方向不倒转,所以法拉第效应是非互易效应。这种非互易的本质在微波和光的通信中是很重要的。许多微波、光的隔离器、环行器、开关就是用旋转角大的磁性材料制作的。利用法拉第效应,还可实现光的显示、调制等许多重要应用。 线偏振光入射到磁化媒质表面反射出去时,偏振面发生旋转的现象。也叫克尔磁光效应或克尔磁光旋转。这是继法拉第效应发现后,英国科学家J.克尔于1876年发现的第二个重要的磁光效应。
按磁化强度和入射面的相对取向,克尔磁光效应包括三种情况: 极向克尔效应, 即磁化强度 M 与介质表面垂直时的克尔效应; 横向克尔效应, 即 M 与介质表面平行, 但垂直于光的入 射面时的克尔效应; 纵向克尔效应, 即 M 既平行于 介质表面又平行于光入射面时的克尔效应(如下图所示).
在磁光存储技术中主要应用的是极向克尔效应。

极向和纵向克尔磁光旋转都正比于样品的磁化强度。通常极向克尔旋转最大、纵向次之。偏振面旋转的方向与磁化强度方向有关。横向克尔磁光效应中实际上没有偏振面的旋转,只是反射率有微小的变化,变化量也正比于样品的磁化强度。1898年P.塞曼等人证实了横向克尔磁光效应的存在。克尔磁光效应的物理基础和理论处理与法拉第效应的相同,只是前者发生在物质表面,后者发生在物质体内;前者出现于仅在有自发磁化的物质(铁磁、亚铁磁材料)中,后者在一般顺磁介质中也可观察到。它们都与介电张量非对角组元的实部、虚部有关。 塞曼效应是荷兰物理学家塞曼在 1896 年发现的。他发现,发光体放在磁场中时,光谱线发生分裂的现象。是由于外磁场对电子的轨道磁矩和自旋磁矩的作用,或使能级分裂才产生的。其中谱线分裂为2条(顺磁场方向观察)或3条(垂直于磁场方向观察)的叫正常塞曼效应;3条以上的叫反常塞曼效应(见塞曼效应)。
塞曼效应证实了原子磁矩的空间量子化,为研究原子结构提供了重要途径。塞曼效应也可以用来测量天体的磁场。1908 年美国天文学家海尔等人利用塞曼效应,首次测量到了太阳黑子的磁场。 又称磁双折射效应,简记为MLB。科顿-穆顿效应是 1907 年科顿和穆顿发现的。。佛克脱在气体中也发现了同样效应,称佛克脱效应,它比前者要弱得多。当光的传播方向与磁场垂直时,平行于磁场方向的线偏振光的相速不同于垂直于磁场方向的线偏振光的相速而产生的双折射现象。其相位差正比于两种线偏振光的折射率之差,同磁场强度大小的二次方成正比
当光的传播方向与外磁场方向垂直时,媒质对偏振方向不同的两种光的吸收系数也可不同。这就是磁的线偏振光的二向色性,称磁线二向色性效应,简记为MLD。
MCD、MLB、MLD的物理起因、宏观表述及量子力学处理都与法拉第效应类同(实际上可同时完成)。MLB和MLD通常比MCB和MCD要弱得多,但它们与磁场强度(磁化强度)的二次方成正比。因此对这些效应的测量除能得到物质中能级结构的信息外,还能用于微弱磁性变化(单原子层的磁性)的研究。 磁光记录是近年来发展起来的高新技术,是存储技术的一大飞跃发展。磁光记录是目前最先进的信息存储技术,它兼有磁记录和光记录两者的优点,磁光记录兼有光记录的大容量和磁记录的可重写性。磁光记录利用磁光克尔效应对记录信号进行读出。




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电-光效应的效应定义
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而是星际物质对光波长的影响。同时,光电效应和康普顿效应的解释也为我们揭示了电子行为的深层原理。总结来说,塞曼效应和磁光效应犹如物理学的诗篇,它们以微观世界的视角,描绘了光与物质的交织,展现了光的多面性和复杂性。这些效应的深入理解,无疑丰富了我们对自然界的认知,推动了科学探索的边界。

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