（微电子学与固体电子学专业论文）多模干涉型非互易器件研究.pdf

摘要 磁光器件在当今日益发展的光通信系统和器件中具有十分重要的作用，特别是磁光材料 特有的非互易特性。很多关于集成磁光光学及其应用器件，包括磁光隔离器，环路器等，相 继被报道。 目前已报道磁光器件主要基于以下几类原理：( i ) 模式转换型，但这类器件需要t e - t m 模式精确的相位匹配，制作容差小。( 2 ) 非互易损耗型( n r l ) ，但这类器件需要与m q w 材料 结合，制作较复杂。( 3 ) 非互易相移型( n p s ) 。基于n p s 的多模干涉( 删i ) 结构具有以下优点： 无须精确的相位匹配，结构紧凑，且制作工艺简单。2 0 0 0 年，0 z h u r o m s k y y 等人在磁畴结构 上第一次分析了对t e 模隔离的m m i 型隔离器；2 0 0 5 年，j s y a n g 等人第一次在i n p 衬底上制作 出m m i 型隔离器，但隔离度只有2 9 d b 。 本论文基于对非互易多模干涉特性的研究利用非对称结构激励对称模与反对称模的相 位关系，提出了一种对t m 模式隔离，结构简单、紧缩型的非对称多模干涉型隔离器。b e a m p r o p 等效模拟的隔离度达到2 7 d b ，插入损耗为2 4 d b 。器件以s i 为基片，采用a i r c e ：y i g s i 0 2 结构，这种器件结构简单、易制作，且有利于与其他光电器件集成。 论文还对偏振无关型m m i 隔离器的几种结构进行了分析。磁畴结构的非互易相移远大于 普通结构，但工艺较难实现：而在磁光波导侧边增加2 个高折射率区，会导致模场分布的不 均匀，可以达到对t e t m 模式相等的非互易相移，实现偏振无关隔离的作用。 根据磁光材料删i 非互易的特点，提出了一种“波导型非互易光分束器件”的设想( 已 提交国家发明专利，申请号2 0 0 6 1 0 0 5 0 2 8 2 ) 。与传统的介质波导型ix 2 光分束器件不同， 波导型非互易光分束器件可以实现在正向传输时为l 2 的均分束器件，而反向传输时为无 损耗的1 x 1 或2 x 1 的合束器件。若能实现，可大大减少如光纤到户( f t t h ) 工程应用中上 载信号的损耗，并且该器件具有结构紧凑，集成度高的特点，将在光通信领域以及光子集成 系统中具有重要的应用价值。 此外，对4 5 度块状y i g 材料的非互易特性进行了测试，实验测得其温度、波长依赖性 都在允许的误差范围内，且通信波段的透过率超过6 0 ；在磁光波导制作方面，也进行了 探索和实验，采用溅射方法初步研制了磁光波导，为下一步的工作打下了良好的基础。 关键字：非互易特性多模干涉集成光学 a b s t r a c t m a g n e t o - o # cd e v k s , b a s e do nn o n r e c i p r o c a lc h a r a c t e r i s t i c p l a y i m p o r t a n tr o l e i no p t i c a l c o m m u n i c a t i o nn e t w o r k s s u c ha sm a g e n e t o - o p t i ci s o l a t o r s ，w h i c ha r ew i d e l yu s e dt op r o t e c tt h e s e m i c o n d u a o rl a s e r sf r o mt h eu n w a n t e dr e f l e c t e dl i g h t t h r e em a i n p r i n c i p l e s h a v eb e e nu t i l i z e dt of a b r i c a t e m a g n e t o - o p t i c a l i s o l a t o r sa n d c i r c u l a t o r s t h ef i r s ti st h en o n r e c i p r o c a lm o d ec o n v e r s i o n i nt h e s es t q c c 打u e s ，t h ef u n d a m e n t a l t mm o d ei sc o n v e r t e dt oad e e pt er a d i a t i o nm o d e b u tp h a s em a t c h i n gs h o u l db ea d j o s t e d p r e c i s e l yi nt h i ss t r u c u m t h es e n c o n du s e f u le f f e c ti st h en o n r e c i p r o c a ll o s s ( n i 也xa st h eo p t i c a l l o s s e sd i f f e rb e t w e e nt h ef o r w a r da n db a c k w a r dp r o p a g a t i o n h o w e v e l , t h em e t h o dt or e l a xt h e f a b r i c a t i o ni ss t i l la no p e ni s s u e o f t h em o s ti n t e r e s ti sn o n r e c i p r o c a lp h a s es h i f t ( n e s ) ，b yw h i c h c o n s t r u c t i v ei n t 础e r e n c ei nt h ef o r w a r dp r o p a g a t i o nd i r e c t i o na n dd e s u i l c t i v ei n t e f f e r e f l c ei nt h e b a c k w a r dd 虹e c 她c 龃b ea c h i e v e ds i m u l t a n e o u s l y n p sm u l t i m o d ei n t e r f e r e n c e ( m m i ) d e v i c e s h a v eg a m e dw i d e s p r e a da p p l i c a t i o nd u et ot h e i re x c e l l e n tp r o p e r t i e si nf u n c t i o n a l i t y , s i z ea n d f a b r i c a t i o nt o l e r a n c e o z h o r o m s k y y 甜可h a sa n a l y z e dm m ii s o l a t o r sf o rt em o d e sw i t h m a g n e t - d o m a i ns t l l 咖sf o rt h el u s tt i m e j s y a n ge t 甜h a se x p e r i m e m a l l yf a b r i c a t e dt h ef i r s t h 蹦ii s o l a t o ro l ll n ps u b s t r a t e a l t h o u g ht h ei s o l a t i o ni so n l y2 9 d b i nt h i sp a p e r , m v l li s o l a t o r s ，b a s e do nn o n r e c i p r o c a lp h a s es h i f t , w i t ha s y m m e t r i cm u l t i m o d e s t r u c t u r e sf o rt mm o d e s , 撕p r e s e n lu s i t l gt h es t r u c t u r ea i r c e ：y i g s i 0 2o ns is u b s t r a t e ，i ti s i n t e g r a t e - a b l ew i t ho t h e rp h o t o n i cd e v i c e s e q u i v a l e n tb p m s i m u l a t i o ns h o w st h a t , t h eo p t i c a ll o s s i sa b o m2 4 d ba n dt h ei s o l a t i o ni s 嬲h i g h 笛2 7 d b p o l a r i z a t i o ni n d e p e n d e n tm v l li s o l a t o r sa 阳 a l s o i a l 驴蟹di nt h i sp a p e r a l t h o u g ht h en p so fm a g n e t o - d o m a i ns t r u c t u r ei s g r e a t e rt h a n c o n v e n t i o n a ls h u c t o r e , i ti sd i f f i c u l tt ob ef a b r i c a t e d w i t l lah i g hr e f r a c t i v ei n d e xm a t e r i a l 砒t h e s i d eo f t h em a g n e t o - o p t i c a lw a v e g u i d e , t h es a m en p s 斯b o t ht em o d e sa n dt mm o d e sm a yb e a c h i e v e d s op o l a r i z a t i o ni n d e p e n d e n ti s o l a t o r s 啪b ed e s i g n e d b a s e do nm a g n e t o - o p t i c a l n o n r e c i p r o c a lc h a r a c t e r i s t i c s , a ”n o n r e c i p r o c a lw a v e g ：l l i d es p l i t t e r i sp r o p o s e d ( c h i n e s en a t i o n a l i n v e n t i o np a t e n t , n o 2 0 0 6 1 0 0 5 0 2 8 2 ) ，w h i c hc a ns i m u l t a n e i t i l yc h i e v eb o t h1x 2s p l i t t e ri i lt h e f o r w a r dd i r e c t i o na n dl 1o r2xlc o m b i n _ 砒i o n e ri nt h eb a c k w a r dd i r e c t i o n i na d d i t i o n , t h e n o m i p r o c a lc h a r a c t e r i s t i c so fy i gm a t e r i a li st e s t e d , r e s u l t ss h o w st l l a l t h em a t e r i a li sn e a r l y i n d e p e n d e n t w i t ht e m p e r a t u r ea n dw a v e l e n g t d l ，a n dt h et r a n s m i s s i o n i n d e xi n o p t i c a l c o m m u n i c a t i o nb a n di sa b o v e6 0 ；f i n a l l y ，t h ep r o c e s so fw a v e g u m eo nm a g n e t o - o p t i cm a t e r i a l j se x p l o r e d k e y w o r d s ：n o n r e c i p r o c a l m u l t i m o d e i n t e g r a t eo p t i c s 3 第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 随着集成光子技术的不断发展，磁光效应在集成光学中的应用越来越受到人们的关注， 特别是磁光材料特有的非互易特性。很多关于集成磁光光学及其非互易器件，包括磁光隔离 器，环路器等，相继被报道 1 2 3 。根据电磁场中电磁的对称性，以及超导技术发展使 得强磁场的获得不再是很困难的事，人们自然会想起许多与电效应的磁效应对应的物理效应 及其应用，如新的光磁效应 4 及其应用已经被人们所认识；另一方面纳米技术与器件的诞 生 5 ，在器件尺度同物质材料的磁畴尺度相当地情况下，其磁光效应和光磁效应等肯定存 在独特的性质。因此基于磁光材料的集成光学技术研究正引起人们的广泛兴趣。 1 9 5 6 年。贝尔实验室的狄龙( d i l l o n ) 等在偏光显微镜下，应用透射光观察到了钇铁 石榴石( y i g ) 单晶材料中的磁畴结构，由此揭开了磁光效应大量应用的序幕 6 特别是 1 9 6 0 年第一台激光器问世以后，磁光效应研究走上了快速发展的道路，新的磁光材料和器 件以及其他磁光性质和现象如雨后春笋般的被发现或研制出来，磁光理论也获得了相当的发 展。应用最为广泛的磁光材料有稀土铁石榴石 7 ，掺b i 稀土铁石榴石 8 、掺c e 稀土铁石 榴石 9 和磁光玻璃 1 3 等。磁光器件有磁光开关、调制器 1 0 、隔离器 2 】、环形器 3 、 旋光器、磁光存储器( 可擦除光盘) 1 1 和磁光传感器 1 2 等，在光学信息处理、光纤通信、 c a t v 系统和计算机技术，以及在工业、国防、宇航和医学等技术领域有广泛的应用 总的说来，磁光学仍是一门年轻的分支学科，许多磁光性质和现象还有待进一步研究。 1 2 磁光器件的发展与未来趋势 法拉第早在1 8 4 5 年发现了磁光效应，磁光学在近几十年才得到快速发展，特别是2 0 世纪8 0 年代以来，新型磁光材料的出现和性能提高。使得磁光光学研究进入了实质性应用 阶段。如基于磁光体材料 1 4 和光纤型的光隔离器件、光环路器件 1 5 】已经应用于光通信领 域。由于波导型结构的非互易光学器件易于与其它波导器件兼容，磁场要求低，成本低，所 以基于集成波导型的光隔离器件和光环路器件 1 6 j 研究是近来集成磁光光学的热点。 非互易光学器件，其基础是基于磁光薄膜的磁光效应如法拉第效应 1 7 ，克尔效应 1 8 等。近年来，磁光材料研究取得了重大进展，如巨磁光薄膜材料等的相继发现，为集成光学 型非互易器件的实现提供了材料方面的保证从器件理论分析的角度来看，国内外对磁光波 导及器件的理论分析方面已经取得相当成就，如解决了与偏振无关的相移波导分析 1 9 ，采 用在介质波导上键合磁性材料 2 0 或混合集成 2 1 的方法获得复合型磁光波导，并在g a a s 第一章绪论 等化合物半导体材料c 2 2 实现了光隔离器，以及利用多模干涉效应 2 3 的光隔离器件的研究 等。 1 2 i 磁光器件的国内外研究现状 磁光器件的研制始于7 0 年代，主要国家有日本、美国、英国、德国和法国等，近年来， 由于低损耗光纤的成功应用，更加促进了长波长( 1 3 3 l5 5 u m ) 光传输系统和磁光器件的研 究。美国b e l l 实验室的狄龙( d i l l o n ) 于1 9 6 8 年对磁光晶体中法拉第效应和应用作出了全面总 结，其中包括隔离器、调制器，环行器、锁式开关等。除b e l l 实验室外，美国的i b m 公司， r c a 实验室都在这一领域作了大量工作。当今，为了提高指标，缩小体积并且使之适用于不 同的场合，多种类型的磁光器件已经提出来或是在研究之中 2 4 。 在国外，磁光器件在7 0 年代开始即被列为重点开发项目。自从日本电气公司最早制成世 界第一个光隔离器以来，光隔离器的研制日益兴起。国外研制光隔离器的公司很多，以美国 和日本为例就有数十家。光隔离器已商品化，广泛应用于高速大容量单模光纤通信、e d f a 光放大器、d f b - l d 半导体激光器、c t y 光缆电视等系统中。磁光隔离器产品其中以日本f d k 公司和美国e - t e k 公司比较具有代表性。 我国在这方面的研究起步较晚，但在国家科委和国家自然科学基金的大力支持下，研究 开发工作也己经取得很大进展。国内在磁光器件方面的研究在材料方面较多，在集成波导器 件方面也主要基于基础理论和光隔离器方面，代表性的单位为上海交通大学刘公强课题组 1 ，以及成都电子科技大学 2 5 2 6 ，华中理工大学c 2 7 ，中国科技大学 2 8 和浙江大学 2 9 等。国内有武汉邮电科学院生产光隔离器。国内光隔离器研制水平与国外相比，在产品 加工、封装工艺等方面仍有一定差距。 表i 国外隔离器技术指标 年份潮寒插入授耗隔离壤 1 9 8 5 甍嘲 0 8 3 2 t 9 8 7 珏奉 l 3 5 l 螂 旋围 i 柚53 5 表2 国内隔离器技术指标 年份 擎位插入攒耗 隔离度 1 9 8 8掰京犬学 1 5 3 5 1 9 8 9 北反螂电学院 3 6 1 9 9 1 聊域帅范学院 0 63 6 2 第一章绪论 1 2 2 磁光器件未来发展要求 目前，磁光器件的研制特点是器件工作波长系列化( 从紫外到近红外) 、高指标、小型化、 产品化。 对磁光器件的未来发展的要求： ( i ) 更大的法拉第旋转角以减小器件尺寸。 ( 2 ) 工作波长相适于光纤通信波长。 ( 3 ) 宽温特性使器件工作于更大的环境温度范围。 ( 4 ) 宽带特性适用于宽带波分复用。 ( 5 ) 仅靠自身磁化所产生的磁场来实现各自的功能。外加磁场并不是器件不可缺少的一 部分，省略了外加磁场可以大大缩小尺寸。 ( 6 ) 与其他器件可以用同一块单晶薄膜制成，这样能消除两者界面引起的光损耗。 1 3 多模干涉型磁光隔离器的研究现状 目前已报道波导隔离器主要有以下几类：( 1 ) 模式转换型 3 0 。如1 9 9 8 年t s h i n t a k u 等人提出了一类利用模式转换实现的隔离器：正向传输时，1 1 l 模直接通过波导；但反向传输 时，t m 模转化为t e 辐射模而截止。但这种类型的隔离器需要t e t m 模式精确的相位匹配，制 作容差小。( 2 ) 非互易损耗型( n r l ) 3 1 。非互易损耗理论是2 0 世纪9 0 年代末由t a k e n a k a 和k 8 n o 提出来的。其原理是由于磁光效应的非互易性，光束正向传输与反向传输时的增益 与损耗不同，适当注入电流可使光在正向传输时通过而在反向时被吸收，从而实现非互易损 耗功能。但这类隔离器需要与蝌材料结合，制作复杂。( 3 ) 非互易相移型( n p s ) 3 2 。 n b a h l m a n n 等人提出基于n p s 的1 4 a z h - z e h n d e r 干涉器( g z i ) 。选择合适的m z i 两臂波导长度， 使磁光效应产生的非互易相移为窟2 ；同时互易相移差也为万2 因此正向传输的光在出 分支处的总相移为零，两光干涉相长；而反向传输的光在出射分支处的总相移为万，两光干 涉相消。 基于n p s 的多模干涉( 删i ) 结构与上述结构相比具有以下优点：无须精确的相位匹配， 结构紧凑，制作工艺简单。2 0 0 0 年，o z h u r o m s k y y 等人利用磁畴结构第一次分析了对t e 模隔离的g m i 型隔离器，但没有分析对n l 模式的隔离 3 3 。在2 0 0 5 年j s y a n g 等人第一 次在i n p 衬底上制作出m m i 型隔离器，虽然隔离度只有2 9 d b 3 4 。 3 第一章绪论 1 4 本论文的研究意义和主要工作 本论文主要研究具有非互易功能的删i 型磁光隔离器，并探索其他新型磁光器件。 1 非互易磁光波导的传输特性研究 针对实现非互易磁光隔离器件的研究目的，分析含磁光材料的多模干涉波导结构的非互 易传输特性和成像特性。 2 非互易磁光隔离器件的制作 论文基于上述波导结构传输特性研究的基础，进行非互易磁光隔离器件的设计和实验研 究。器件结构上主要基于多模干涉波导的器件结构。 基于以上考虑，本论文的提纲大致如下： 第一章为绪论，概括本论文的主要内容： 第二章主要是介绍磁光的基本知识：物质的磁性及磁光效应，并着重介绍了磁光器件设 计时一般常用的原理。 第三章介绍主要的磁光材料以及制备工艺。 第四章主要介绍一些常用的磁光器件、所用的原理以及设计上的特点。 第五章是基于对非互易多模干涉特性的研究，分析了一种对t m 模式隔离的非对称多模 干涉型隔离器；对偏振无关型删i 隔离器的各种结构进行了分析；在此基础上，我们提出“波 导型非互易光分束器件”的设想。 第六章。我们对4 5 度块状y i g 材料进行了特性测试；在磁光波导工艺制作方面，我们 也进行了探索和实验。 第七章是对硕士期间工作的总结以及对下一步工作的展望。 参考文献： 1 磁光学刘公强乐志强沈德芳等上海科学与技术出版社2 0 0 1 2 a n a l y s i sa n dd e s i g no fs e m i l e a k y t y p et h i n - f i l mo p t i c a lw a v e g u i d ei s o l a t o r s y a m a m o t o , y o k 锄a r a t m a k i m o t o i 髓ej q l l t e e c t r o nv 0 1 1 2 n o 1 2 , p p 7 6 4 7 7 0 ，1 9 7 6 3 ( w a v e g u i d ep o l a r i z a t i o n i n d e p e n d e n to p t i c a lc i r c u l a t o r n s u g i m o t o ，t s h i n t a k u ， a t a t e ，脚助o t o n t e c l m 0 1 幻t tv o l 1i ，n o 3 ，p p 3 5 5 3 5 7 ，1 9 9 9 4 p h o t o m a g n e t i ca n n e a l ，an e wm a g n e t o - o p t i ce f f e c t ，i ns i d o p e dy t t r i u mi r o n g a r n e t r 飘t e a l e ，d 飘t e m p l e ，p h y s 船nl e t cv 0 1 1 9 ，p p 9 0 4 ，1 9 6 7 5 n a n o m a g n e t i cr o u t et ob i a s - m a g n e t f r e e o n - c h i pf a r a d a yr o t a t o r s m i g u e ll e v y 4 第一章绪论 z 劲己s o c 触bv 0 1 2 2 ，n o 1 ，p p 2 5 4 2 6 0 ，2 0 0 5 6 ( o r i g i na n du s e so ft h ef a r a d a yr o t a t i o ni nm a g n e t i cc r y s t a l s j f - d i l l o n ， z a p p l p h y s , v 0 1 3 9 ，2 ，1 9 6 8 7 ( y i g 石榴石磁光薄膜材料的最新进展王巍兰中文姬洪王豪才e e cc o m p & m a t e v 0 1 2 1 。n o 62 0 0 2 8 ( b i g 磁光隔离器的研制于含云孟晓雷肖效光曲灰痴久学攒催俐 缠，第9 卷第3 期1 9 9 4 年 9 ( c e ：y i g 石榴石薄膜制备条件对磁光性能的影响王巍兰中文张怀武王豪才应耀兕学 第2 4 卷第2 期p p 3 4 3 62 0 0 3 年。 1 0 磁光器件及其在光通信中的应用马昌贵磁丝撇器鹪p p 3 5 ，2 0 0 1 年 1 1 磁光存储多层膜系统的光学与热分析方法郑玉样巨晓华张荣君，红群与譬术兹学 j 职第2 2 卷第1 期，2 0 0 3 年 1 2 稀土铁石榴石磁光材料及其应用黄敏张守业赵渭忠，勿群群笋与功蟊第1 4 卷， 第4 卷1 9 9 6 1 3 光纤传感器用磁光玻璃的研究进展杨中民徐时清姜中宏功耱材群与舞殍学掰 第9 卷第2 期2 0 0 3 年 1 4 磁光隔离器的制备浙江大学硕士学位论文 1 5 ( a l l f i b e rm a g n e t o - o p t i ci s o l a t o rb a s e do nt h en o n r e c i p r o c a lp h a s es h i f ti n a s y m m e t r i cf i b e r r w o l f e 。w k w a n g ，d j v i g i o v a n n i ，o p t l e t & v 0 1 2 0 ，n o 1 6 ， p p 1 7 4 0 ，1 9 9 5 1 6 光隔离器及其相关的磁光材料张溪文，董博，洪炜，彩槲群 晦乙a 邑第2 0 卷， 第3 期，2 0 0 2 年 1 7 as u r v e yo fm a g n e t o o p t i ce f f e c t s j w i sj f r e i s e r 。i e e et r a n s0 1 1m a g n , v 0 1 姒g 一4 ，n o 2 ，1 9 6 8 1 8 t c 时，热运动能大于交换作用能，从而导致原子( 离子) 磁矩混乱排列，此时铁磁性转变成顺 磁性。 铁磁性物质的主要特点是：( 1 ) 磁化率z o ，且很大，性能优良的铁磁性材料的z 可 高达1 0 5 以上；( 2 ) z 不是常数，而是随磁场h 而变，有z = m h ，当h 足够大时，m 渐趋 饱和值地，地成为饱和磁场强度。( 3 ) z 或m 随温度t 而变，通常随温度升高而下降，当 8 第二章物质的磁性及磁光效应 t t c 时，z ( t ) 遵守居里一外斯定律；( 4 ) 存在磁滞现象。 铁磁性物质是一种重要的磁性材料，其中有一些也是优良的磁光材科。铁磁性物质主要 有如下三类：( 1 ) f e 、c o 、n i 及其合金和化合物；( 2 ) 少数化合物，如c r 0 2 和c r b r ，；( 3 ) 稀土元素及其化合物，如g d 、t b ，d y 、h o ，e r 、t m 等大多数稀土元素在足够低的温度下都 显示出很强的铁磁性，r c 氍( r 为稀元素) 、e u o 和g d c l s 等稀土舍金和少数化台物也是铁 磁性物质。 4 反铁磁性 绝大多数反铁磁性物质，如l i i l o 和n i o 等都是导电性很差的化合物，其阳离子通常为过 渡族金属离子，近邻配位离子为阴离子。金属离子之间距离较大，它们的电子层几乎不存在 交叠。因此，反铁磁性物质的原子或离子磁矩之间存在问接交换作用，而不是如铁磁性物质 那样的直接交换作用。这种相互作用十分强，但是反映间接交换作用大小的量一一闻接交换 积分a o ，但很小，一般为1 0 一1 0 一。由反铁磁性转变 为顺磁性的磁相变点b 称为奈尔温度，z 的温度特性如图所示在h 处，z 最大。有些反 铁磁性物质如f e 疵，在t o ，且很大。除钡铁氧体等永磁材料外，亚铁磁性材料大多在 高频区域应用，对于z 特性的要求不同于低频区域，有时对z 大小的亚求显得并不重要。 亚铁磁性物质的磁相变点称为奈尔点b ，又稼为居里点t c ，当t r 或者t c 时。亚铁磁性转变 为顺磁性，因此z ( t ) 遵守居里一外斯定律。亚铁磁性物质的z 都随h 而变化，且较易饱 和，有磁滞现象多属半导体和介质，电阻率p = 1 0 1 0 1 0 q 删。 亚铁磁性物质大多为氧化物，这些氧化物中大多含铁，故称铁氧体。铁氧体主要有四种 类型：( 1 ) 尖晶石型，分子式为m f e 2 0 t ，属立方晶系，m 为二价金属；c 2 ) 磁铅石型，与天然 磁铅石p b ( f e 7 越毗5 t i n s ) 0 ，。晶格结构相似，属立方晶系，钡铁氧体b a f e t 2 0 t s 既属此类； 9 第二章物质的磁性及磷光效应 ( 3 ) 钙钛石型，其结构与钙钛石c a t i o s 相同，属立方晶系( 复式格子) ；( 4 ) 石榴石型， 分子式是a 3 f e 5 0 。属体心立方，a 为稀土元素。这是一种应用很广的铁氧体，其中钇铁石榴 石y 3 f e 6 0 。：( y i g ) 和掺铋稀土石榴石( b i ：y i g ) 等晶体和薄膜也是非常重要的磁光材料。 2 1 2 磁畴和磁化 应用磁光效应可以观察透明磁性介质中的磁畴结构1 2 3 。1 9 0 7 年，外斯提出了磁畴概念。 他认为，磁性物质内部有很多小区域，在每个小区域内磁矩也会自发地平行排列，这种小区 域称为磁畴。没有外磁场时，这些磁畴之间是混乱排列的1 9 3 1 年开始有了直接观察磁畴的 方法，之后又陆续发现了多种可以用来证明和观察磁畴存在的方法。人们最为熟悉的方法是 比特粉法。可以设想，当线偏振光透过具有磁畴的磁性物质时，沿正向畴部位透过的光的旋 转与沿反向畴部位透过的光的旋转方向刚好相反，如用一个偏振镜挡去经反向畴透过的偏振 光，则这一部分的畴将呈黑色。由于经正向畴透过的偏振光基本上没有被挡住，故这一部分 的畴将呈白色，因此黑白分明的磁畴结构就可呈现出来。磁畴的大小，形状、分布以及各种 磁畴的磁化情况与磁场、应力，杂质分布等外部和内部因素密切相关，观察和了解了磁性材 料的磁畴结构及其动态变化，就可以知道材料的磁化和反磁化过程等情况，由此可以分析和 推算材料磁性能的好坏，同时还可以找出提高材料性能的方法和途径。 f i g 2c a ) 磁畴磁矩矢量相互抵消，m = 0 ：( b ) 物质磁化后显示磁性，m o ( c ) 磁饱和时磁畴消失，m - - 近年来，利用磁光效应和扫描近场显微镜发展了一种磁畴结构的彩色成象技术。应用这 一成象技术可