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磁光效应的发现和研究具有非常重要的意义。一方面,磁光效应能应用于阐明固体的能谱,了解物质磁化的能级结构,观察磁化强度的分布。另一方面,由于激光和光电子学领域的开拓,磁光器件已经广泛应用于磁记录、光通信等尖端技术领域。磁光效应在现代光学中亦具有非常重要的应用。法拉第磁光效应是目前研究和应用最为广泛的磁光效应。材料的成分和微结构对材料的磁光特性都有影响。本文重点研究了不同结构的金属/电介质复合体系的法拉第磁光效应,主要集中在:
1、复合梯度膜的法拉第磁光效应。
作为一种新型复合材料--功能梯度材料,由于其特殊的结构导致了不同于传统复合材料的物理性质,从而引起了科学家的广泛兴趣。我们采用二次均质化的近似理论,来研究金属/电介质梯度膜的法拉第磁光效应。首先,我们运用Bruggrnan有效媒质理论,得到梯度膜的z层的等效介电常数张量。其次,我们均质化整个梯度膜,求出整个梯度膜的有效介电常数张量。为突出梯度效应,我们研究了在相同总体积分数的情况下,梯度构型p(z)=α(z/W)m对法拉第磁光效应的影响。结果发现参数m增加,法拉第旋转角的大小在等离子共振波段附近变小,同时伴随等离子共振中心发生红移。通过适当调节梯度构型,在低频区,可以实现偏振面的旋转方向的反转,而在高频区达到较大的法拉第旋转。进一步,我们考虑颗粒的形状效应,研究粒子的形状对法拉第磁光效应的影响。我们发现对于非球形梯度金属/电介质膜,扁长的球形颗粒更有利于增强法拉第磁光效应。我们还运用Maxwell-Gamett(MG)理论研究了稀释极限下的梯度膜的法拉第磁光效应,发现梯度效应对法拉第转角没有影响。
2、周期性多层膜的磁光特性。
我们首先从麦克斯韦方程式推导出电磁波在一维各向异性介质中传播时传输矩阵的一般表达式。我们运用传输矩阵的方法,在Drude模型基础上,研究了由磁性层(M)和电介质层(G)交替组成的结构为[MG]”的多层膜的法拉第磁光效应。讨论了周期重叠数n对法拉第旋转角和透射率的影响以及法拉第旋转角和透射率与磁性层厚度的关系。研究发现,由于多层膜的局域效应,随着周期重叠数n的增加,法拉第效应增强。由于干涉效应,法拉第旋转角和透射率在高频区均出现振荡现象。我们还进一步研究了法拉第旋转角与磁性层厚度的关系。研究发现随着磁性层厚度的增加,法拉第旋转角也在增加。当磁性层和电介质层的厚度减小,周期重叠数增加,传输矩阵的方法可以回归到有效媒质理论的方法。因此,周期性多层膜的法拉第磁光效应与周期重叠数n以及磁性层和电介质层的厚度有关。因而可通过改变多层膜的周期重叠数和各层的厚度来改变多层膜的磁光特性。