МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» А.М. Бобрешов, И.С. Коровченко, А.А. Потапов МАГНИТООПТИКА. <...> АКУСТООПТИКА Учебное пособие Воронеж Издательский дом ВГУ 2015 1 Утверждено научно-методическим советом физического факультета 29 октября 2015 года, протокол № 7 Рецензент – д-р ф.-м.н., проф. <...> Магнитооптические эффекты но с расщеплением уровней энергии атома (снятие вырождения)1. <...> Многие магнитооптические явления по существу являются следствием эффекта Зеемана и связаны с особенностями поляризационных характеристик зеемановских оптических переходов и с закономерностями распространения поляризованного света в среде, обладающей дисперсией. <...> Так, при распространении монохроматического света вдоль поля (продольный эффект Зеемана) его право- и лево-циркулярно поляризованные составляющие поглощаются по-разному (так называемый магнитный циркулярный дихроизм), а при распространении света поперек поля (поперечный эффект Зеемана) имеет место магнитный линейный дихроизм, т. е. имеется разное поглощение составляющих, линейно поляризованных параллельно и перпендикулярно к магнитному полю. <...> В результате при продольном распространении (по полю) показатели преломления для света с правой и левой круговыми поляризациями становятся различными (магнитное циркулярное двойное лучепреломление), а линейно поляризованный монохроматический свет, проходя через среду, испытывает вращение плоскости поляризации. <...> При намагничивании среды происходит изменение поляризации отраженного света, характер и степень которой зависят от взаимного расположения поверхности, плоскости поляризации падающего света и вектора намагниченности. <...> Этот эффект наблюдается, в первую очередь, в ферромагнетиках и носит название магнитооптического эффекта Керра. <...> Как следует из сказанного, магнитооптические <...>
Магнитооптика._Акустооптика.pdf
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ»
А.М. Бобрешов, И.С. Коровченко, А.А. Потапов
МАГНИТООПТИКА. АКУСТООПТИКА
Учебное пособие
Воронеж
Издательский дом ВГУ
2015
1
Стр.1
СОДЕРЖАНИЕ
1. Магнитооптика ........................................................................................ 4
1.1. Магнитооптические эффекты ............................................................. 4
1.1.1. Эффект Фарадея ................................................................................ 5
1.1.2. Эффект Коттона–Мутона ................................................................. 6
1.1.3. Эффект Керра .................................................................................... 7
1.2. Устройства магнитооптики ................................................................. 8
1.2.1. Модуляторы света ............................................................................. 8
1.2.2. Магнитооптический модулятор лазерного излучения ................ 12
1.2.3. Дефлекторы ...................................................................................... 13
1.2.4. Запоминающие устройства на магнитооптических дисках ........ 17
2. Акустооптика ......................................................................................... 20
2.1. Принципы акустооптической обработки радиосигналов .............. 20
2.2. Акустооптические анализаторы спектра ......................................... 26
3. Библиографический список ........ Ошибка! Закладка не определена.
3
Стр.3
где – угол вращения плоскости поляризации, – удельное фарадеевское
вращение (вращение плоскости поляризации световой волны на едини
= ∙,
ное изменяется также знак , т. е. эффект Фарадея является нечетным.
В твердых телах показатель преломления, как правило, монотонно
цу длины среды). При изменении направления вектора на противоположвозрастает
с увеличением частоты света. Однако в окрестности линии поглощения
спектральные зависимости показателя преломления для лево()
и право-поляризованного () по кругу света оказываются смещенными
относительно друг друга. Действительная часть разности ( – )
вызывает фарадеевское вращение плоскости поляризации линейно полянейно
зависит от напряженности магнитного поля () и в общем виде
угол фарадеевского вращения описывается соотношением = ∙ ∙,
где константа пропорциональности зависит от свойств вещества, длины
волны света и температуры и называется постоянной Верде.
ризованного света на угол .
В области не очень сильных магнитных полей разность ( – ) лиПоскольку
поглощения лево- и правополяризованных волн неодинаковы,
то амплитуды на выходе тоже неодинаковы. В связи с этим фарадеевское
вращение сопровождается фарадеевской эллиптичностью, нежелафарадеевскую
эллиптичность оценивают в град м⁄ .
Знак угла поворота плоскости поляризации при эффекте Фарадея (в
тельной на практике. Удельная фарадеевская эллиптичность есть =
а (
отличие от случая естественной оптической активности) не зависит от направления
распространения света (по полю или против поля). Поэтому
многократное прохождение света через среду, помещенную в магнитное
поле, приводит к возрастанию угла поворота плоскости поляризации в соответствующее
число раз. Эта особенность эффекта Фарадея нашла применение
при конструировании ряда устройств, о которых будет сказано ниже.
1.1.2. Эффект Коттона–Мутона
В случае, когда свет распространяется перпендикулярно к направлению
намагниченности, наблюдается магнитное линейное двулучепреломление,
носящее название эффекта Коттона–Мутона. Если линейно поляризованный
свет представить в виде суммы двух лучей, поляризованных
параллельно и перпендикулярно к вектору М, то скорости распространения
этих лучей будут несколько различаться. Возникающие фазовые
сдвиги приводят к появлению эллиптичности на выходе из системы. Необходимо
отметить, что обыкновенный и необыкновенный лучи распространяются
под очень малым углом один к другому. Поэтому для обнаружения
эффекта необходимы достаточно сильные магнитные поля. Эф6
⁄)
(отношения главных осей эллипса поляризации). Удельную
Стр.6
фект Коттона–Мутона является четным, т. е. он не меняется при изменении
знака вектора М. Характеристикой эффекта Коттона–Мутона является
величина – = С Н , где – зависящая от вещества константа,
называется константой Коттона–Мутона. Величина обратно пропорциональна
абсолютной температуре , и, как правило, очень мала, наприлоидных
растворах (от 10 до 10 см ∙ Э).
1.1.3. Эффект Керра
мер, для жидкостей она изменяется в пределах (1÷30) ∙ 10 см ∙ Э.
Аномально большие значения обнаружены в жидких кристаллах и колНаряду
с магнитооптическими эффектами, возникающими при прохождении
света через намагниченное вещество, существует ряд эффектов,
проявляющихся при отражении света от поверхности намагниченного материала.
Такие явления объединяются общим названием – магнитооптические
эффекты Керра. Различают три вида эффектов Керра в зависимости
от взаимной ориентации намагниченности, направления распространения
световой волны и нормали к поверхности вещества: комплексный
полярный, меридиональный и экваториальный (рис. 1.1).
Рис. 1.1. Магнитооптические эффекты Керра, возникающие
при отражении света от поверхности намагниченного вещества:
а – полярный, б – меридиональный и в – экваториальный
чают падающую и отраженную волны, и – проекции вектора на
плоскость падения и на направление, перпендикулярное к плоскости паНа
рис. и – поляризации световой волны. Индексы , обознадения
соответственно, – угол падения луча на поверхность.
При полярном (рис. 1.1, а) (вектор лежит в плоскости падения света
и перпендикулярен к поверхности материала) и меридиональном (рис.
1.1, б) (вектор направлен вдоль прямой, образованной пересечением
поверхности материала и плоскости падения света) эффектах Керра происходит
вращение плоскости поляризации отраженного света, сопровождающееся
появлением эллиптичности – эти эффекты образуют группу
продольных эффектов. Меридиональный эффект используется для на7
Стр.7
блюдения доменной структуры материалов с намагниченностью, лежащей
в плоскости образца. Полярный эффект Керра является нечетным по намагниченности,
т. е. меняет знак при перемагничивании вещества.
Линейный по магнитному полю экваториальный эффект (рис. 1.1, в)
может наблюдаться лишь в поглощающих материалах и проявляется в
изменении интенсивности и сдвиге фазы линейно поляризованного света,
отраженного намагниченным кристаллом, когда вектор М перпендикулярен
к плоскости падения света и лежит в плоскости поверхности МО материала,
но поворота плоскости поляризации не происходит.
1.2. Устройства магнитооптики
1.2.1. Модуляторы света
Магнитооптические модуляторы предназначены для управления интенсивностью
оптического излучения в системах передачи данных и обработки
оптической информации. Достоинствами МО модуляторов по
сравнению с немагнитными аналогами являются возможность практически
неограниченной их миниатюризации, поскольку размеры доменов в
МО средах могут составлять 0,1 ч 1 мкм, а также отсутствие значительных
управляющих напряжений и мощностей, свойственных электрооптическим
модуляторам.
Принцип действия МО модулятора объясняет структурная схема,
представленная на рис. 1.2.
Рис. 1.2. Структурная схема магнитооптического модулятора:
1 – поляризатор, 2 – магнитооптическая ячейка, 3 – анализатор
Параллельный пучок света от источника через поляризатор 1 направляют
на пластину или пленку из МО материала 2, помещенную в управляющее
магнитное поле. В отсутствие магнитного поля магнитооптический
элемент не влияет на поляризацию проходящего света. В этом случае
интенсивность прошедшего через систему поляризатор – магнитооптический
элемент – анализатор 3, определяется законом Малюса:
= cos .
8
Стр.8