磁光晶体的磁致偏振特性研究

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1、曲阜师范大学硕士学位论文磁光晶体的磁致偏振特性研究姓名：王吉明申请学位级别：硕士专业：光学指导教师：吴福全2003.3.1摘要第l页磁光晶体在光通信用磁光式器件如磁光调制器、磁光隔离器、磁光环行器等中是其核心组成部分之一，它的光学特性直接关系到器件工作性能的优劣．对改良磁光式器件而言，除对各分立器件组合及设计进行研制外，最重要也是最有可能获得理想结果的便是对作为其核心部件之一的磁光晶体的光学特性进行研究．随着近年来国内外各种新型磁光材料的出现，对这些新型材料的综合光学性能进行研究也越来越重要．本文在对国内外有关磁光晶体光学特性研究状况进行调研之后，从外界磁场对晶体光学特性的影响这一角

2、度出发，在大范围可调谐磁场下，对几种不同的磁光晶体的光学特性，诸如Faraday旋转角、退偏度等进行了测定．由于各类磁光器件的理论基础是各种磁光效应，磁光晶体中这些光学特性受磁场影响的变化将会直接影响其工作性能．整个测试过程历时月余，获得了大量的实验数据．此项工作对于Faraday旋先器的选材、制作以及优化其工作性能，从而进一步提高各类磁光器件的性能均具有重要意义．全文共分四章．在第一章绪论部分，对磁光效应理论的发展及磁光晶体的研制与应用进程进行了概述，基于国内外研究现状，提出在可调谐磁场下对磁光晶体的光学特性变化进行测量与研究。论文第二章是关于磁光效应理论基础与磁光材料的详述．在磁

3、光理论部分，分别对Faraday效应与磁致圆二向色性、磁致线双折射与线二向色性、磁致克尔效应等磁光效应进行了理论推导与分析；在磁光晶体部分，对磁性材料的分类及部分重要的磁光器件进行了介绍．为测定磁光晶体在大范围磁场下的光学偏振特性变化，必须搭建一个测量系统．第三章对此磁致偏振特性测量系统的搭建及工作原理(消光法)、影响测量结果的因素及解决方法、实验操作步骤等作了说明．在搭建系统时，根据实验要求对磁场仪(小磁场时的稳定性)及摘要第2页测角仪(测量精度)进行了改进；在调整光路时，根据使用的红外激光光源的特点，采用了先利用He-Ne激光器的可见光波粗略校准光路，然后换用半导体激光器精确校准

4、光路的方法．论文第四章是本论文的核心部分。根据第三章搭建的“磁光晶体磁致偏振将洼测试系统”，我们对三种磁光晶体进行了测试．三种晶体分别为：1、BIGaInVlG晶体(来自中科院物理所，多晶)；2、Bi-YIG(来自浙江大学，搀杂YlG)；3、GdYBiIG(来自浙江大学，复合稀土铁石榴石单晶)．实验分两部分来完成．第一部分，在0—1200mT可控变化的磁场下，对三种晶体的旋光角进行了测试．从Faraday效应的磁致非线性特征、镀增透膜对Faraday旋光角的影响、晶体倾斜对旋光角的影响三个有关旋光角的方面进行了实验，得出：1、Faraday旋转随外磁场变化的非线性变化曲线；2、镀增透

5、膜前后晶体旋光角的变化比较曲线；3、晶体倾斜前后旋光角变化比较曲线．在此实验基础上对实验结果给出了理论解释．第二部分，对三种晶体进行了磁场变化下退偏度的测试．其中：1、对于BiCalnVlG晶体，分光波垂直与倾斜入射两种情况进行了退偏度的测试，得出两种情况下的退偏度的比较曲线；2、对Bi-YIG晶体，在光波垂直入射时的得出了退偏度曲线；3，对GdYBilG晶体，分镀增透膜前后进行了退偏度的测试，得出了镀膜对退偏度的影响．综合三种晶体的测试结果，对磁光晶体的退偏给出了理论上的解释，得出磁致固二向色性是导致晶体退偏的内在原因，光波传播方向与磁场的不一致性、镀膜前晶体内反射后的透射光的影响

6、是导致晶体退偏的外在原因．本论文的创新之处在于：1、对三种光通信用磁光晶体的旋光角随磁场变化的非线性变化进行了系统化的测试，给出了Faraday旋转的非线性变化曲线；2、对镀增透膜对Faraday旋光角的影响给出了实验结果与理论分析；3、在实验上验证了三种晶体Faraday效应的备向异性特征；4、对三种晶体的退偏度随磁场变化的情况进行了测试，得出了不同条件下(光波垂直入射、斜入射、镀膜前后)的退偏度变化曲线，根据实验结果对影响退偏度的内外因素进行了分析．垒!型一苎!要AbstractIntheopticalcommunicationsystem，themagneto—opticcry

7、staliSthemostimportantpartofmagneto—opticaldevices，suchasmagneto-opticmodulator，magneto—opticisolator，magneto—opticcirculatorandSOon．TheopticalcharacteriSticsofthemagneto—optiCcrystalwillinflHencetheworkingperformanceofthedevices．