Manyeto-optik etki - Magneto-optic effect

Bir manyeto-optik etki , bir elektromanyetik dalganın , yarı statik bir manyetik alanın varlığı ile değiştirilmiş bir ortamda yayıldığı bir dizi fenomenden herhangi biridir . Olarak da adlandırılan böyle bir ortam, içinde gyrotropic veya dönermıknatıslık , sol ve sağ döner eliptik polarizasyonda önemli olay veya yol açan farklı hızlarda yayılabilir. Işık bir manyeto-optik malzeme tabakasından geçirildiğinde, sonuç Faraday etkisi olarak adlandırılır : polarizasyon düzlemi döndürülerek bir Faraday rotatoru oluşturulabilir . Bir manyeto-optik malzemeden yansımanın sonuçları, manyeto-optik Kerr etkisi olarak bilinir ( doğrusal olmayan Kerr etkisi ile karıştırılmamalıdır ).

Genel olarak, manyeto-optik etkiler, yerel olarak zaman ters simetrisini (yani, manyetik alanın kaynağı değil, yalnızca ışığın yayılımı dikkate alındığında) ve ayrıca optik gibi aygıtlar oluşturmak için gerekli bir koşul olan Lorentz karşılıklılığını bozar. izolatörler (ışığın bir yönde geçtiği, diğerinden geçmediği).

Kayıpsız ortam için kompleks-eşlenik ε tensörlerine karşılık gelen, iki ana polarizasyonun ters dönüş yönlerine sahip iki jirotropik malzemeye optik izomerler denir .

jirotropik geçirgenlik

Özellikle, bir manyeto-optik malzemede bir manyetik alanın varlığı (harici olarak uygulanan veya malzemenin kendisi ferromanyetik olduğu için ) , malzemenin geçirgenlik tensöründe ε bir değişikliğe neden olabilir . ε , gelen ışığın frekansına ω bağlı olarak, karmaşık diyagonal bileşenlere sahip 3×3'lük bir matris olan anizotropik hale gelir . Eğer absorpsiyon kayıpları ihmal edilebilirse, ε bir Hermit matrisidir . Ortaya çıkan ana eksenler de karmaşık hale gelir ve sola ve sağa dönen polarizasyonların farklı hızlarda hareket edebildiği ( çift ​​kırılmaya benzer ) eliptik olarak polarize ışığa karşılık gelir .

Daha spesifik olarak, absorpsiyon kayıplarının ihmal edilebildiği durumda, Hermitian ε'nin en genel formu şu şekildedir:

${\displaystyle \varepsilon ={\begin{pmatrix}\varepsilon _{xx}'&\varepsilon _{xy}'+ig_{z}&\varepsilon _{xz}'-ig_{y}\\\varepsilon _ {xy}'-ig_{z}&\varepsilon _{yy}'&\varepsilon _{yz}'+ig_{x}\\\varepsilon _{xz}'+ig_{y}&\varepsilon _{yz }'-ig_{x}&\varepsilon _{zz}'\\\end{pmatrix}}}$

veya eşdeğer olarak yer değiştirme alanı D ile elektrik alanı E arasındaki ilişki şöyledir:

${\displaystyle \mathbf {D} =\varepsilon \mathbf {E} =\varepsilon '\mathbf {E} +i\mathbf {E} \times \mathbf {g} }$

burada gerçek bir simetrik matristir ve büyüklüğü genellikle özdeğerlerine kıyasla küçük olan , dönme vektörü adı verilen gerçek bir sahte vektördür . g yönüne malzemenin dönme ekseni denir . Birinci dereceden g , uygulanan manyetik alanla orantılıdır : ${\görüntüleme stili \varepsilon '}$${\displaystyle \mathbf {g} =(g_{x},g_{y},g_{z})}$${\görüntüleme stili \varepsilon '}$

${\displaystyle \mathbf {g} =\varepsilon _{0}\chi ^{(m)}\mathbf {H} }$

burada bir manyeto-optik duyarlılık (bir skaler izotropik ortam içinde, fakat daha genel olarak bir tensör ). Bu duyarlılığın kendisi elektrik alanına bağlıysa , manyeto-optik parametrik oluşumun doğrusal olmayan bir optik etkisi elde edilebilir ( gücü uygulanan manyetik alan tarafından kontrol edilen bir Pockels etkisine biraz benzer ). ${\görüntüleme stili \chi ^{(m)}\!}$

Analiz edilmesi en basit durum, g'nin ana ekseni (özvektör) olduğu ve diğer iki özdeğerinin aynı olduğu durumdur . Daha sonra, basitlik için g'nin z yönünde uzanmasına izin verirsek , ε tensörü şu şekilde sadeleşir: ${\görüntüleme stili \varepsilon '}$${\görüntüleme stili \varepsilon '}$

${\displaystyle \varepsilon ={\begin{pmatrix}\varepsilon _{1}&+ig_{z}&0\\-ig_{z}&\varepsilon _{1}&0\\0&0&\varepsilon _{2}\ \\end{pmatrix}}}$

En yaygın olarak, ışığın z yönünde ( g 'ye paralel ) yayıldığı düşünülür . Bu durumda çözümler, faz hızlarına sahip eliptik olarak polarize elektromanyetik dalgalardır ( burada μ manyetik geçirgenliktir ). Faz hızlarındaki bu fark, Faraday etkisine yol açar. ${\displaystyle 1/{\sqrt {\mu (\varepsilon _{1}\pm g_{z})}}}$

Dönme eksenine tamamen dik yayılan ışık için, özellikler Cotton-Mouton etkisi olarak bilinir ve bir Sirkülatör için kullanılır .

Kerr Rotasyonu ve Kerr Eliptity

Kerr Dönmesi ve Kerr Eliptikliği, bir jiromanyetik malzeme ile temas eden gelen ışığın polarizasyonundaki değişikliklerdir. Kerr Döndürme, iletilen ışığın polarizasyon düzleminde bir dönmedir ve Kerr Eliptikliği, içinden geçtiği düzlem üzerinde elips olarak polarize edilmiş ışık tarafından izlenen elipsin ana ekseninin küçük eksenine oranıdır . Polarize gelen ışığın yönelimindeki değişiklikler, bu iki özellik kullanılarak ölçülebilir.

Klasik fiziğe göre, ışığın hızı bir malzemenin geçirgenliğine göre değişir:

${\displaystyle v_{p}={\frac {1}{\sqrt {\epsilon \mu }}}}$

burada malzeme içinden bir ışık hızı, malzeme dielektrik ve malzeme geçirgenliğidir. Geçirgenlik anizotropik olduğundan, farklı yönlerdeki polarize ışık farklı hızlarda hareket edecektir. ${\displaystyle v_{p}}$${\görüntüleme stili \epsilon }$${\görüntüleme stili \mu }$

Dairesel olarak polarize edilmiş (sağda görülen) bir ışık dalgasını düşünürsek, bu daha iyi anlaşılabilir. Bu dalga, yatay bileşenin (yeşil sinüzoid) dikey bileşenden (mavi sinüzoid) farklı bir hızda hareket ettiği bir malzeme ile etkileşirse, iki bileşen 90 derecelik faz farkının (dairesel polarizasyon için gerekli) dışına düşecektir. Kerr Eliptikliği

Kerr Döndürme'deki bir değişiklik en kolay şekilde iki Dairesel polarize bileşene ayrılabilen lineer polarize ışıkta fark edilir : Sol Elle Dairesel Polarize (LCP) ışık ve Sağ El Dairesel Polarize (RCP) ışık. Manyeto Optik malzeme geçirgenliğinin anizotropisi, LCP ve RCP ışığının hızında bir farka neden olur ve bu da polarize ışığın açısında bir değişikliğe neden olur. Bu özelliği sergileyen malzemeler Birefringent olarak bilinir .

Bu dönüşten, ortogonal hız bileşenlerindeki farkı hesaplayabilir, anizotropik geçirgenliği bulabilir, dönme vektörünü bulabilir ve uygulanan manyetik alanı hesaplayabiliriz. ${\displaystyle \mathbf {H} }$

Ayrıca bakınız

• Zeeman etkisi
• QMR etkisi
• Manyeto-optik Kerr etkisi
• faraday etkisi
• Voigt Etkisi
• fotoelektrik etki

Referanslar

• Federal Standart 1037C ve MIL-STD-188'den
• Lev Davídovich Landau; Evgeni, Mikhaĭlovich Lifshit︠s︡ (1960). Sürekli ortamın elektrodinamiği . Bergama Basın. P. 82 . Erişim tarihi: 3 Haziran 2012 .
• Jackson, John David (1998). Klasik elektrodinamik (3. baskı). New York: Wiley. s. 6–10. ISBN'si 978-0471309321.
• Jonson, Fredrik; Flytzanis, Hristos (1 Kasım 1999). "Manyeto-optik ortamda optik parametrik üretim ve faz eşleştirme". Optik Mektuplar . 24 (21): 1514. Bibcode : 1999OptL...24.1514J . doi : 10.1364/OL.24.001514 .
• Pershan, PS (1 Ocak 1967). "Manyeto-Optik Etkiler". Uygulamalı Fizik Dergisi . 38 (3): 1482. Bibcode : 1967JAP....38.1482P . doi : 10.1063/1.1709678 .
• Freiser, M. (1 Haziran 1968). "Manyetooptik etkilerin bir araştırması". Manyetiklerde IEEE İşlemleri . 4 (2): 152-161. Bibcode : 1968ITM.....4..152F . doi : 10.1109/TMAG.1968.1066210 .
• Geniş bant manyeto-optik spektroskopi

 Bu makale , Genel Hizmetler İdaresi belgesindeki kamuya açık materyalleri içermektedir  : "Federal Standart 1037C" .