Uploaded by Bella_Cullen_star

ПРИМЕНЕНИЕ ЭФФЕКТА ФАРАДЕЯ В ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ

advertisement
УДК 53
ПРИМЕНЕНИЕ ЭФФЕКТА ФАРАДЕЯ В ОПТИЧЕСКИХ
СИСТЕМАХ
А.В. Ермакова, Г.Р. Соболев
АННОТАЦИЯ: Рассматриваются поляризационные явления, обусловленные
искусственной оптической активностью сред, и, в частности, применения
магнитооптического эффекта Фарадея в оптоэлектронике и волоконных линиях связи.
Взаимодействие излучения с веществом, приводящее к вращению плоскости
поляризации в условиях естественной и искусственной оптической активности является
важнейшим физическим атрибутом, чудом, которое явила многоликая материя.
Эффект Фарадея (Э.Ф.), который относят к магнитооптическим явлениям, известен
слушателям по курсу физики волн, но наш взгляд не всегда удостаивается должного
внимания. Эффект заключается в явлении вращения плоскости поляризации линейно
поляризованного света при наличии внешнего воздействия в виде наложенного
магнитного поля (искусственная оптическая активность - рис.1). Развитие технологий,
появление источников мощного когерентного излучения открыло пути для различных
практических приложений данного явления. Они напрямую относятся к оптоэлектронике,
фотонике, оптической связи, компьютерной оптике и технике. Да, это не оговорка: сейчас
даже издаётся журнал с названием «Компьютерная оптика».
Целью доклада является обобщение некоторых достижений, связанных с прямым и
обратным Э. Ф., имевших место за последние годы в области практических его
приложений.
Напомним, что в случае продольного магнитооптического Э. Ф. угол поворота
плоскости поляризации
Θ = VHℓ
пропорционален длине пути света в среде с величиной внешнего поля Н. Здесь, V постоянная Верде, выражается через скорость света, заряд и массу электрона,
пропорциональна самой частоте и производной показателя преломления по этому
параметру:
е𝜔
𝑑𝑛
V = 2𝑚𝑐 2 𝑑𝜔
Феноменологическое объяснение эффекта строится на представлениях о суперпозиции
двух бегущих волн с правой и левой круговой поляризацией в магнитном поле. Причём в
зависимости от совпадения направления вращения вектора ⃗Е той или другой волны с
направлением ларморовского вращения электронов с известной частототой 𝛺 возникает
соответствующий каждому случаю сдвиг в частотах и изменение фазовых скоростей волн,
т.е. показателей преломления n+ и n- , а в итоге:
Θ=
𝜋ℓ
𝜆
(n+ - n-) .
Квантовая теория даёт чёткое объяснение эффекта в рамках зеемановского
расщепления уровней электронных состояний в магнитном поле, т. е. снятию вырождения
и, соответственно, наличию у излучаемых фотонов спина со значением ∓ 1 или 0.
Последнее характерно для плоской поляризации волны. Всё это крайне интересно, но мы
уходим от цели сообщения.
Отметим также, что развитие лазерной техники, физики полупроводниковых и
ферритовых микро- и наноструктур дало новый толчок развитию самой магнитооптики,
так и, с другой стороны, технике получения сверхкоротких световых импульсов (о чём
говорится в параллельном сообщении). Таким образом, гениальное открытие Фарадея,
суть которого в управлении лучом света, стало не просто повседневной реальностью, но и
обрело разностороннее практическое воплощение, причём всплеск достижений
приходится на наше время.
Обобщая, выделим следующие приложения:
А) Определение эффективной массы носителей заряда или их плотности в
полупроводниках.
Б) Определение времени жизни неравновесных носителей заряда в полупроводниках.
В) Амплитудную модуляцию лазерного излучения для оптических линий связи и
коммутацию с частотами гигагерцевого диапазона с использованием оптического
вентилей, невзаимных элементов.
Характерно, что усиление намагничения возможно на длинах волн ближнего ИК –
диапазона (длины волн порядка 1,55 мкм), где минимальны оптические потери.
Г) Визуализацию доменов в ферромагнитных плёнках.
Д) Магнитооптическую запись и воспроизведение информации при большей скорости
записи и большей плотности записи.
Е) Применение магнитных элементов в оптических гироскопах.
Ж) Появление многообещающих предпосылок для записи цветных изображений и
создания гибкой цветной электронной бумаги.
З) Потенциальную возможность использования эффекта при создании оптического
транзистора.
Наконец, можно говорить о появлении технического направления магнитофотоники,
что могло бы стать темой отдельного доклада.
Download