稀土磁光材料

一、稀土磁光材料

　　在磁場(chǎng)或磁矩作用下，物質(zhì)的電磁特性(如磁導(dǎo)率、介電常數(shù)、磁化強(qiáng)度、磁疇結(jié)構(gòu)、磁化方向等)會(huì)發(fā)生變化。因而使通向該物質(zhì)的光的傳輸特性也隨之發(fā)生變化。光通向磁場(chǎng)或磁矩作用下的物質(zhì)時(shí)，其傳輸特性的變化稱為磁光效應(yīng)。

　　磁光材料是指在紫外到紅外波段，具有磁光效應(yīng)的光信息功能材料。利用這類材料的磁光特性以及光、電、磁的相互作用和轉(zhuǎn)換，可制成具有各種功能的 光學(xué)器件，如調(diào)制器、隔離器、環(huán)行器、開關(guān)、偏轉(zhuǎn)器、光信息處理機(jī)、顯示器、存貯器、激光陀螺偏頻磁鏡、磁強(qiáng)計(jì)、磁光傳感器、印刷機(jī)等。

　　稀土元素由于4f電子層未填滿，因而產(chǎn)生：未抵消的磁矩，這是強(qiáng)磁性的來源，由于4f電子的躍遷，這是光激發(fā)的起因，從而導(dǎo)致強(qiáng)的磁光效應(yīng)。單 純的稀土金屬并不顯現(xiàn)磁光效應(yīng)，這是由于稀土金屬至今尚未制備成光學(xué)材料。只有當(dāng)稀土元素?fù)饺牍鈱W(xué)玻璃、化合物晶體、合金薄膜等光學(xué)材料之中，才會(huì)顯現(xiàn)稀 土元素的強(qiáng)磁光效應(yīng)。

　　二、稀土磁光材料的應(yīng)用

　　磁光器件是指用具有磁光效應(yīng)的材料制作的各類光信息功能器件。雖然1845年法拉弟就發(fā)現(xiàn)了磁光效應(yīng)，但在其后一百多年中，并未獲得應(yīng)用。直到 本世紀(jì)60年代初，由于激光和光電子技術(shù)的開發(fā)，才使得磁光效應(yīng)的研究向應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展，出現(xiàn)了新型的光信號(hào)功能器件—磁光器件。在激光應(yīng)用中，除探索各種 新型的激光器和接收器外，激光束的參數(shù)，例如強(qiáng)度、方向、偏轉(zhuǎn)、頻率、偏振狀態(tài)等的快速控制也是很重要的問題，磁光器件，就是利用磁光效應(yīng)構(gòu)成的各種控制 激光束的器件，類似微波鐵氧體器件的發(fā)展和分類那樣，因光通訊的需要，1966年發(fā)展了磁光調(diào)制器、磁光開關(guān)、磁光隔離器、磁光環(huán)行器、磁光旋轉(zhuǎn)器、磁光 相移器等磁光器件。由于光纖技術(shù)和集成光學(xué)的發(fā)展，1972年起又誕生了波導(dǎo)型的集成磁光器件。在60年代后期，因計(jì)算機(jī)存貯技術(shù)的發(fā)展，開發(fā)了磁光存貯 技術(shù)。后來由于全息磁泡和光盤技術(shù)的日趨完善和商品化，從而出現(xiàn)了磁光印刷和磁光光盤系統(tǒng)。利用磁光效應(yīng)研究圓柱狀磁疇(磁泡)而發(fā)展了磁泡技術(shù)。因信息 技術(shù)的需要，在70年代中后期，在磁泡技術(shù)的基礎(chǔ)上，又發(fā)展了磁光信息處理機(jī)及磁泡顯示器。激光陀螺的發(fā)展中遇到了“閉鎖”問題，一度受挫，后來利用磁光 效應(yīng)，巧妙地克服了“閉鎖”，從而發(fā)展了一個(gè)全固態(tài)(無機(jī)械部件)的磁光偏頻激光陀螺。因此，每一種新型的磁光器件，都是在研究磁光效應(yīng)的基礎(chǔ)上開發(fā)成功 的。

　　1.磁光調(diào)制器

　　磁光調(diào)制器是利用偏振光通過磁光介質(zhì)發(fā)生偏振面旋轉(zhuǎn)來調(diào)制光束。磁光調(diào)制器有廣泛的應(yīng)用，可作為紅外檢測(cè)器的斬波器，可制成紅外輻射高溫計(jì)、高靈敏度偏振計(jì)，還可用于顯示電視信號(hào)的傳輸、測(cè)距裝置以及各種光學(xué)檢測(cè)和傳輸系統(tǒng)中。

　　2.磁光傳感器

　　用磁光效應(yīng)來檢測(cè)磁場(chǎng)或電流的器件稱為磁光傳感器。它集激光、光纖和光技術(shù)于一體，以光學(xué)方式來檢測(cè)磁場(chǎng)和電流的強(qiáng)弱及狀態(tài)的變化，可用于高壓網(wǎng)絡(luò)的檢測(cè)和監(jiān)控，還可用于精密測(cè)量和遙控、遙測(cè)及自動(dòng)控制系統(tǒng)。

　　3.磁光隔離器

　　在光纖通信、光信息處理和各種測(cè)量系統(tǒng)中，都需要有一個(gè)穩(wěn)定的光源，由于系統(tǒng)中不同器件的聯(lián)接處往往會(huì)反射一部分光，一旦這些反射光進(jìn)入激光源 的腔體，會(huì)使激光輸出不穩(wěn)定，從而影響了整個(gè)系統(tǒng)的正常工作。磁光隔離器就是專為解決這一問題而發(fā)展起來的一種磁光非互易器件。它能使正向傳輸?shù)墓鉄o阻擋 地通過，而全部排除從光纖功能器件接點(diǎn)處反射回來的光，從而有效地消除了激光源的噪聲。

　　4.磁光記錄

　　磁光記錄是近十幾年迅速發(fā)展起來的高新技術(shù)。磁光記錄是目前最先進(jìn)的信息存儲(chǔ)技術(shù)，它兼有磁盤和光盤兩者的優(yōu)點(diǎn)。磁光盤廣泛應(yīng)用于國家管理、軍 事、公安、航空航天、天文、氣象、水文、地質(zhì)、石油礦產(chǎn)、郵電通訊、交通、統(tǒng)計(jì)規(guī)劃等需要大規(guī)模數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)收集、記錄、存儲(chǔ)及分析等領(lǐng)域，特別是對(duì)于集音、 像、通訊、數(shù)據(jù)計(jì)算、分析、處理和存儲(chǔ)于一體的多媒體計(jì)算機(jī)來說，磁光存儲(chǔ)系統(tǒng)的作用是其它存儲(chǔ)方式無法代替的。

　　磁光存貯是通過激光加熱和施加反向磁場(chǎng)在稀土非晶合金薄膜上，產(chǎn)生磁化強(qiáng)度垂直于膜面的磁疇，利用該磁疇進(jìn)行信息的寫入，利用克爾磁光效應(yīng)讀出。

　　磁光盤是80年代開始應(yīng)用的產(chǎn)品，光盤共有三大類。一種是只讀式的，盤上記錄的信號(hào)既不能擦除，也不能重寫，只能讀出，就象“唱片”一樣，目前 市售的VCD光盤即是。第二類是一次寫入型，原光盤無記錄，有如空白“磁帶”，可錄入信息和讀出，但一旦錄入信息就再也不能擦除。第三類是可擦重寫的，如 磁盤一樣，可擦除、重寫和讀出。由于其寫、讀皆通過材料的磁光效應(yīng)，與盤無機(jī)械接觸，故壽命長(zhǎng)，反復(fù)擦、寫可達(dá)上百萬次(壽命大于10年以上，而一般光盤 約為2年)。而且，磁光盤記錄密度是硬磁盤的50倍，是普通微機(jī)軟磁盤的800～1000倍以上，因此發(fā)展十分迅速。

　　磁光盤是以稀土元素(RE)鋱、鏑、釓等與過渡族金屬(TM)鐵、鈷的非晶合金薄膜為記錄介質(zhì)。這種磁光記錄薄膜是用Tb-FeCo等RE-TM合金靶材通過真空濺射沉積而成的，RE-TM合金靶材是制造磁光盤的關(guān)鍵材料。

　　日本等發(fā)達(dá)國家已于1988年將磁光盤系統(tǒng)推向市場(chǎng)，據(jù)報(bào)道，2000年僅日本的磁光盤系統(tǒng)市場(chǎng)將達(dá)1萬億日元。