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稀土磁光材料

来源: 本站原创 日期:2009-01-16 加入收藏

一、稀土磁光材料

  在磁场或磁矩作用下,物质的电磁特性(如磁导率、介电常数、磁化强度、磁畴结构、磁化方向等)会发生变化。因而使通向该物质的光的传输特性也随之发生变化。光通向磁场或磁矩作用下的物质时,其传输特性的变化称为磁光效应。

  磁光材料是指在紫外到红外波段,具有磁光效应的光信息功能材料。利用这类材料的磁光特性以及光、电、磁的相互作用和转换,可制成具有各种功能的光学器件,如调制器、隔离器、环行器、开关、偏转器、光信息处理机、显示器、存贮器、激光陀螺偏频磁镜、磁强计、磁光传感器、印刷机等。

  稀土元素由于4f电子层未填满,因而产生:未抵消的磁矩,这是强磁性的来源,由于4f电子的跃迁,这是光激发的起因,从而导致强的磁光效应。单纯的稀土金属并不显现磁光效应,这是由于稀土金属至今尚未制备成光学材料。只有当稀土元素掺入光学玻璃、化合物晶体、合金薄膜等光学材料之中,才会显现稀土元素的强磁光效应。

二、稀土磁光材料的应用

  磁光器件是指用具有磁光效应的材料制作的各类光信息功能器件。虽然1845年法拉弟就发现了磁光效应,但在其后一百多年中,并未获得应用。直到本世纪60年代初,由于激光和光电子技术的开发,才使得磁光效应的研究向应用领域发展,出现了新型的光信号功能器件—磁光器件。在激光应用中,除探索各种新型的激光器和接收器外,激光束的参数,例如强度、方向、偏转、频率、偏振状态等的快速控制也是很重要的问题,磁光器件,就是利用磁光效应构成的各种控制激光束的器件,类似微波铁氧体器件的发展和分类那样,因光通讯的需要,1966年发展了磁光调制器、磁光开关、磁光隔离器、磁光环行器、磁光旋转器、磁光相移器等磁光器件。由于光纤技术和集成光学的发展,1972年起又诞生了波导型的集成磁光器件。在60年代后期,因计算机存贮技术的发展,开发了磁光存贮技术。后来由于全息磁泡和光盘技术的日趋完善和商品化,从而出现了磁光印刷和磁光光盘系统。利用磁光效应研究圆柱状磁畴(磁泡)而发展了磁泡技术。因信息技术的需要,在70年代中后期,在磁泡技术的基础上,又发展了磁光信息处理机及磁泡显示器。激光陀螺的发展中遇到了“闭锁”问题,一度受挫,后来利用磁光效应,巧妙地克服了“闭锁”,从而发展了一个全固态(无机械部件)的磁光偏频激光陀螺。因此,每一种新型的磁光器件,都是在研究磁光效应的基础上开发成功的。

1.磁光调制器

  磁光调制器是利用偏振光通过磁光介质发生偏振面旋转来调制光束。磁光调制器有广泛的应用,可作为红外检测器的斩波器,可制成红外辐射高温计、高灵敏度偏振计,还可用于显示电视信号的传输、测距装置以及各种光学检测和传输系统中。

2.磁光传感器

  用磁光效应来检测磁场或电流的器件称为磁光传感器。它集激光、光纤和光技术于一体,以光学方式来检测磁场和电流的强弱及状态的变化,可用于高压网络的检测和监控,还可用于精密测量和遥控、遥测及自动控制系统。

3.磁光隔离器

  在光纤通信、光信息处理和各种测量系统中,都需要有一个稳定的光源,由于系统中不同器件的联接处往往会反射一部分光,一旦这些反射光进入激光源的腔体,会使激光输出不稳定,从而影响了整个系统的正常工作。磁光隔离器就是专为解决这一问题而发展起来的一种磁光非互易器件。它能使正向传输的光无阻挡地通过,而全部排除从光纤功能器件接点处反射回来的光,从而有效地消除了激光源的噪声。

4.磁光记录

  磁光记录是近十几年迅速发展起来的高新技术。磁光记录是目前最先进的信息存储技术,它兼有磁盘和光盘两者的优点。磁光盘广泛应用于国家管理、军事、公安、航空航天、天文、气象、水文、地质、石油矿产、邮电通讯、交通、统计规划等需要大规模数据实时收集、记录、存储及分析等领域,特别是对于集音、像、通讯、数据计算、分析、处理和存储于一体的多媒体计算机来说,磁光存储系统的作用是其它存储方式无法代替的。

  磁光存贮是通过激光加热和施加反向磁场在稀土非晶合金薄膜上,产生磁化强度垂直于膜面的磁畴,利用该磁畴进行信息的写入,利用克尔磁光效应读出。

  磁光盘是80年代开始应用的产品,光盘共有三大类。一种是只读式的,盘上记录的信号既不能擦除,也不能重写,只能读出,就象“唱片”一样,目前市售的VCD光盘即是。第二类是一次写入型,原光盘无记录,有如空白“磁带”,可录入信息和读出,但一旦录入信息就再也不能擦除。第三类是可擦重写的,如磁盘一样,可擦除、重写和读出。由于其写、读皆通过材料的磁光效应,与盘无机械接触,故寿命长,反复擦、写可达上百万次(寿命大于10年以上,而一般光盘约为2年)。而且,磁光盘记录密度是硬磁盘的50倍,是普通微机软磁盘的800~1000倍以上,因此发展十分迅速。

  磁光盘是以稀土元素(RE)铽、镝、钆等与过渡族金属(TM)铁、钴的非晶合金薄膜为记录介质。这种磁光记录薄膜是用Tb-FeCo等RE-TM合金靶材通过真空溅射沉积而成的,RE-TM合金靶材是制造磁光盘的关键材料。

  日本等发达国家已于1988年将磁光盘系统推向市场,据报道,2000年仅日本的磁光盘系统市场将达1万亿日元。

 

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