Opitaan yhdessä magnetooptisten kristallimateriaalien käyttöperiaate!

Optisen viestinnän ja suuritehoisen laserteknologian kehittymisen myötä magneto-optisten isolaattorien tutkimus ja soveltaminen ovat tulleet yhä laajemmiksi, mikä on suoraan edistänyt magneto-optisten materiaalien kehitystä, erityisestiMagneto-optinen kristalliFaraday-ilmiö tai Faraday-kierto, jota joskus kutsutaan magneto-optiseksi Faraday-ilmiöksi (MOFE), on fyysinen magneto-optinen ilmiö. Faraday-ilmiön aiheuttama polarisaatiokierto on verrannollinen magneettikentän projektioon valon etenemissuunnassa. Muodollisesti tämä on gyroelektromagnetismin erikoistapaus, joka saadaan, kun dielektrisyysvakion tensori on diagonaalinen. Kun tasopolarisoitu valonsäde kulkee magneettikenttään asetetun magneto-optisen väliaineen läpi, tasopolarisoidun valon polarisaatiotaso pyörii magneettikentän kanssa yhdensuuntaisesti valon suunnan kanssa, ja poikkeutuskulmaa kutsutaan Faradayn kiertokulmaksi.

Harvinaisten maametallien molybdaattijärjestelmistä tutkituimmat ovat scheeliittityyppinen kaksinkertainen molybdaatti (ARe(MoO4)2, A on ei-harvinainen maametalli-ioni), kolminkertainen molybdaatti (Ｒe2(MoO4)3), nelinkertainen molybdaatti (A2Re2(MoO4)4) ja seitsenkertainen molybdaatti (A2！O4)47.

Faraday-ilmiö tai Faraday-kierto, jota joskus kutsutaan magneto-optiseksi Faraday-ilmiöksi (MOFE), on fyysinen magneto-optinen ilmiö. Faraday-ilmiön aiheuttama polarisaatiokierto on verrannollinen magneettikentän projektioon valon etenemissuunnassa. Muodollisesti tämä on gyroelektromagnetismin erikoistapaus, joka saadaan, kun dielektrisyysvakion tensori on diagonaalinen. Kun tasopolarisoitu valonsäde kulkee magneettikenttään asetetun magneto-optisen väliaineen läpi, tasopolarisoidun valon polarisaatiotaso pyörii magneettikentän kanssa yhdensuuntaisesti valon suunnan kanssa, ja poikkeutuskulmaa kutsutaan Faradayn kiertokulmaksi.

Zeeman-ilmiö (/ˈzeɪmən/, hollantilainen ääntäminen [ˈzeːmɑn]), joka on nimetty hollantilaisen fyysikon Pieter Zeemanin mukaan, on spektrin jakautuminen useisiin komponentteihin staattisen magneettikentän läsnä ollessa. Se on samanlainen kuin Stark-ilmiö, eli spektri jakautuu useisiin komponentteihin sähkökentän vaikutuksesta. Samoin kuin Stark-ilmiö, eri komponenttien väliset siirtymät ovat yleensä eri intensiteettejä, ja osa niistä on täysin kiellettyjä (dipoliapproksimaation alla) valintasäännöistä riippuen.

Zeeman-ilmiö on atomin tuottaman spektrin taajuuden ja polarisaatiosuunnan muutos, joka johtuu ulkoisen magneettikentän kiertoratatason ja elektronin ytimen ympärillä olevan liiketaajuuden muutoksesta atomissa.

Kerr-ilmiö, joka tunnetaan myös nimellä sekundaarinen sähköoptinen efekti (QEO), viittaa ilmiöön, jossa materiaalin taitekerroin muuttuu ulkoisen sähkökentän muuttuessa. Kerr-ilmiö eroaa Pockelsin efektistä, koska indusoitu taitekertoimen muutos on verrannollinen sähkökentän neliöön eikä lineaariseen muutokseen. Kaikilla materiaaleilla on Kerr-ilmiö, mutta joissakin nesteissä se näkyy voimakkaammin kuin toisissa.

Harvinaisen maametallin ferriitti ReFeO3 (Re on harvinainen maametalli), joka tunnetaan myös nimellä ortoferriitti, löysi Forestier et al. vuonna 1950 ja on yksi varhaisimmista löydetyistä magnetooptisista kristalleista.

Tämän tyyppinenMagneto-optinen kristallion vaikea kasvattaa suuntautuvasti sen erittäin voimakkaan sulakonvektion, voimakkaiden epästabiilien värähtelyjen ja korkean pintajännityksen vuoksi. Se ei sovellu kasvatukseen Czochralski-menetelmällä, ja hydrotermisellä menetelmällä ja rinnakkaisliuotinmenetelmällä saadut kiteet ovat puhtaita. Nykyinen suhteellisen tehokas kasvatusmenetelmä on optinen kelluva vyöhykemenetelmä, joten suurikokoisia, korkealaatuisia harvinaisten maametallien ortoferriitin yksikiteitä on vaikea kasvattaa. Koska harvinaisten maametallien ortoferriittikiteillä on korkea Curie-lämpötila (jopa 643 K), suorakulmainen hystereesisilmukka ja pieni pakkovoima (noin 0,2 emu/g huoneenlämpötilassa), niitä voidaan käyttää pienissä magneto-optisissa isolaattoreissa, kun läpäisykyky on korkea (yli 75 %).

Harvinaisten maametallien molybdaattijärjestelmistä tutkituimmat ovat scheeliittityyppinen kaksinkertainen molybdaatti (ARe(MoO4)2, A on ei-harvinainen maametalli-ioni), kolminkertainen molybdaatti (Ｒe2(MoO4)3), nelinkertainen molybdaatti (A2Re2(MoO4)4) ja seitsenkertainen molybdaatti (A2！O4)47.

Suurin osa näistäMagneto-optiset kristallitovat sulatettuja yhdisteitä, joilla on sama koostumus ja niitä voidaan kasvattaa Czochralski-menetelmällä. MoO3:n haihtumisen vuoksi kasvuprosessin aikana on kuitenkin tarpeen optimoida lämpötilakenttä ja materiaalin valmistusprosessi sen vaikutuksen vähentämiseksi. Harvinaisen maametallin molybdaatin kasvuvirheongelmaa suurissa lämpötilagradienteissa ei ole ratkaistu tehokkaasti, eikä suurikokoista kiteiden kasvua voida saavuttaa, joten sitä ei voida käyttää suurikokoisissa magneto-optisissa isolaattoreissa. Koska sen Verdet-vakio ja läpäisykyky ovat suhteellisen korkeat (yli 75 %) näkyvällä infrapunakaistalla, se sopii miniatyrisoituihin magneto-optisiin laitteisiin.