关于磁光效应介绍

[拼音]：ciguang xiaoying

[外文]：magneto-optical effect

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。

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。图1是隔离器的原理。利用法拉第效应，还可实现光的显示、调制等许多重要应用。

当左、右旋圆偏振光在置于磁场中的媒质内传播而有不同的吸收系数时，入射的线偏振光传播一段距离后会变为椭圆偏振光，这个效应叫法拉第椭圆度效应或磁圆二向色性效应，简记为MCD。法拉第椭圆度和法拉第旋转均由媒质的介电张量非对角组元的实部和虚部决定。

又称磁双折射效应，简记为MLB。是1907年A.科顿和H.穆顿发现的。W.佛克脱对它进行了较仔细的研究，故也称佛克脱效应。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

墹＝(np－ns)d/λ＝DdH2，

np与ns分别是垂直和平行于外磁场的线偏振光的折射率，d是样品厚度，λ是光波长，D是科顿-穆顿常数。

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。

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，克尔磁光效应分极向克尔磁光效应、横向克尔磁光效应和纵向克尔磁光效应（图2）。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。

克尔磁光效应的最重要应用就是观察铁磁材料中难以捉摸的磁畴。因不同磁畴区的磁化强度的不同取向使入射偏振光产生方向、大小不同的偏振面旋转，再经过检偏器后就出现了与磁畴相应的明暗不同的区域。利用现代技术，不但可进行静态观察，还可进行动态研究。这些都导致一些重要发现和关于磁畴、磁学参数的有效测量。

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）。

光照射物质后，物质磁性（如磁化率、磁晶各向异性、磁滞回线等）发生变化的现象。早在1931年就有光照引起磁化率变化的报道，但直到1967年R.W.蒂尔等人在掺硅的钇铁石榴石 (YIG)中发现红外光照射引起磁晶各向异性变化之后才引起人们的重视。这些效应多与非三价离子的代换有关，这种代换使亚铁磁材料中出现了二价铁离子，光照使电子在二、三价铁离子间转移，从而引起磁性的变化。因此，光磁效应是光感生的磁性变化，也称光感效应。当然这只是一种机制，其他机制的光磁效应在光存储、光检测、光控器件方面的应用还在研究之中。