Impariamo insieme il principio di applicazione dei materiali cristallini magneto-ottici!

Con lo sviluppo della comunicazione ottica e della tecnologia laser ad alta potenza, la ricerca e l'applicazione di isolatori magneto-ottici sono diventate sempre più estese, il che ha promosso direttamente lo sviluppo di materiali magneto-ottici, in particolareCristallo magneto-ottico. Tra questi, i cristalli magneto-ottici come l'ortoferrite delle terre rare, il molibdato delle terre rare, il tungstato delle terre rare, il granato di ferro ittrio (YIG), il granato di terbio alluminio (TAG) hanno costanti di Verdet più elevate, mostrando vantaggi prestazionali magneto-ottici unici e ampie prospettive di applicazione.

Gli effetti magneto-ottici possono essere suddivisi in tre tipi: effetto Faraday, effetto Zeeman ed effetto Kerr.

L'effetto Zeeman (/ˈzeɪmən/, pronuncia olandese [ˈzeːmɑn]), dal nome del fisico olandese Pieter Zeeman, è l'effetto della divisione dello spettro in diverse componenti in presenza di un campo magnetico statico. È simile all'effetto Stark, cioè lo spettro si divide in più componenti sotto l'azione di un campo elettrico. Similmente all'effetto Stark, le transizioni tra diverse componenti di solito hanno intensità diverse, e alcune di esse sono completamente proibite (sotto l'approssimazione del dipolo), a seconda delle regole di selezione.

L'effetto Zeeman (/ˈzeɪmən/, pronuncia olandese [ˈzeːmɑn]), dal nome del fisico olandese Pieter Zeeman, è l'effetto della divisione dello spettro in diverse componenti in presenza di un campo magnetico statico. È simile all'effetto Stark, cioè lo spettro si divide in più componenti sotto l'azione di un campo elettrico. Similmente all'effetto Stark, le transizioni tra diverse componenti di solito hanno intensità diverse, e alcune di esse sono completamente proibite (sotto l'approssimazione del dipolo), a seconda delle regole di selezione.

L'effetto Zeeman è il cambiamento nella frequenza e nella direzione di polarizzazione dello spettro generato dall'atomo dovuto al cambiamento del piano orbitale e alla frequenza di movimento attorno al nucleo dell'elettrone nell'atomo da parte del campo magnetico esterno.

L'effetto Kerr, noto anche come effetto elettro-ottico secondario (QEO), si riferisce al fenomeno per cui l'indice di rifrazione di un materiale cambia con il cambiamento del campo elettrico esterno. L'effetto Kerr è diverso dall'effetto Pockels perché la variazione dell'indice di rifrazione indotta è proporzionale al quadrato del campo elettrico, piuttosto che una variazione lineare. Tutti i materiali presentano l’effetto Kerr, ma alcuni liquidi lo manifestano più fortemente di altri.

La ferrite delle terre rare ReFeO3 (Re è un elemento delle terre rare), nota anche come ortoferrite, è stata scoperta da Forestier et al. nel 1950 ed è uno dei primi cristalli magneto-ottici scoperti.

Questo tipo diCristallo magneto-ottico. Tra questi, i cristalli magneto-ottici come l'ortoferrite delle terre rare, il molibdato delle terre rare, il tungstato delle terre rare, il granato di ferro ittrio (YIG), il granato di terbio alluminio (TAG) hanno costanti di Verdet più elevate, mostrando vantaggi prestazionali magneto-ottici unici e ampie prospettive di applicazione.

Tra i sistemi di molibdato delle terre rare, quelli più studiati sono il molibdato doppio di tipo scheelite (ARe(MoO4)2, A è uno ione di metallo non delle terre rare), il molibdato triplo (Ｒe2(MoO4)3), il molibdato quadruplo (A2Re2(MoO4)4) e il molibdato sette volte (A2Ｒe4(MoO4)7).

La maggior parte di questiCristalli magneto-otticisono composti fusi della stessa composizione e possono essere coltivati ​​con il metodo Czochralski. Tuttavia, a causa della volatilizzazione del MoO3 durante il processo di crescita, è necessario ottimizzare il campo di temperatura e il processo di preparazione del materiale per ridurne l’influenza. Il problema del difetto di crescita del molibdato delle terre rare sotto grandi gradienti di temperatura non è stato risolto efficacemente e non è possibile ottenere una crescita dei cristalli di grandi dimensioni, quindi non può essere utilizzato in isolatori magneto-ottici di grandi dimensioni. Poiché la sua costante di Verdet e la sua trasmittanza sono relativamente elevate (più del 75%) nella banda dell'infrarosso visibile, è adatto per dispositivi magneto-ottici miniaturizzati.