Лекции по Электрическому приводу

15.4. Магнитооптические явления

К ним относят группу явлений, связанных с прохождением электромагнитного излучения через вещества, помещенные в магнитном поле.

Эффект Фарадея. Если линейно-поляризованный свет проходит через вещество, помещенное в магнитное поле, вектор напряженности которого совпадает с напряжением распространения света, то плоскость поляризации света поворачивается на некоторый угол. Этот угол пропорционален длине пути света в веществе и напряженности поля, и обратно пропорционален квадрату длины волны. Зависит он от свойств вещества. Так, он сильно изменяется вблизи линий поглощения данного вещества. Особенно сильный эффект наблюдается в тонких прозрачных пленках железа, никеля и кобальта. При прохождении света в прямом и обратном направлении углы поворота вследствие эффекта Фарадея не компенсируются, а суммируются, в отличии от естественного вращения поляризации в некоторых веществах. Диамагнетики в магнитном поле всегда обнаруживают положительное вращения (т.е. вращение по часовой стрелке, если смотреть по направлению поля), пара и ферромагнетики – отрицательные.
Пример применения:
- позиционно-чувствительный датчик с магнитооптической модуляцией, содержащий поляризатор, анализатор и ячейку Фарадея, отличающийся тем, что с целью повышения чувствительности, магнитооптический активный элемент ячейки Фарадея выполнен из составных двух частей, например, призм с противоположным по знаку постоянными Верде, расположенных в симметрично относительно оптической оси системы.
Природа эффекта объясняется различным влиянием магнитного поля на скорость распространения в веществе правоциркулярно и левоциркулярно поляризованных световых волн, в результате чего между ними накапливается разность фаз, приводящая при их сложении к возникновению волн с повернутой плоскостью поляризации.
Как обычно, возможные применения вытекают из физической сущности эффекта; управление поворотом плоскости поляризации с помощью магнитного поля или же измерение магнитных полей по углу поворота плоскости поляризации:
- оптический квантовый генератор, содержащий задающий генератор, оптический квантовый усилитель и установленные между ними согласующее устройство, отличающееся тем, что с целью улучшения однородности пучка без уменьшения его мощности, согласующее устройство выполнено в виде расположенного между двумя поляризаторами элемента, обладающего измеряющейся по радиусу вращательной способностью;
- устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве названного элемента использован вращатель Фарадея, выполненный в виде цилиндра из свинцового стекла установленного в соленоиде;
- устройство магнитооптического воспроизведения информации с магнитного носителя, содержащее источник плоскополяризованного света, анализатор, фотоприемник и магнитную головку, отличающееся тем, что с целью повышения чувствительности, его магнитная головка снабжена магнитооптическим кристаллом установленным на участке заднего зазора, расположенным на одной линии между источником плоскополяризованного света и анализатором пучка этого света.
Часто эффект Фарадея используют для создания невзаимных элементов т.е. устройств, пропускающих излучение только в определенном направлении.
Оптический вентиль состоит из двух поляризаторов, скрещенных под углом 45° и элемента Фарадея, помещенного между ними. Элемент рассчитан так, что, вращая плоскость поляризации света на 45°, и свет проходит через второй поляризатор. Луч, идущий в обратном направлении, вращается в ту же сторону, что и прямой луч и оказывается повернутым на 90° относительно первого поляризатора, и значит не пропускается им. В частности такие вентили используют в лазерах бегущей волны и в оптических усилителях.
В СВЧ-технике для создания вентилей, фазовращателей и циркуляторов широко используют эффект Фарадея на ферритах, которые практически прозрачны для электромагнитных волн этого диапазона (дици-, санти- и миллиметровые радиоволны).
Существует и так называемый обратный эффект Фарадея – возникновение в среде магнитного поля под действием мощного циркулярнополяризованного света, вызывающего циркулярное движение электронов (1).