Apprenons ensemble le principe d'application des matériaux à cristaux magnéto-optiques !

Avec le développement de la communication optique et de la technologie laser haute puissance, la recherche et l'application des isolateurs magnéto-optiques sont devenues de plus en plus étendues, ce qui a directement favorisé le développement de matériaux magnéto-optiques, en particulierCristal magnéto-optique. Parmi eux, les cristaux magnéto-optiques tels que l'orthoferrite de terre rare, le molybdate de terre rare, le tungstate de terre rare, le grenat d'yttrium et de fer (YIG), le grenat de terbium et d'aluminium (TAG) ont des constantes de Verdet plus élevées, montrant des avantages uniques en termes de performances magnéto-optiques et de larges perspectives d'application.

Les effets magnéto-optiques peuvent être divisés en trois types : effet Faraday, effet Zeeman et effet Kerr.

L'effet Faraday ou rotation Faraday, parfois appelé effet Faraday magnéto-optique (MOFE), est un phénomène magnéto-optique physique. La rotation de polarisation provoquée par l'effet Faraday est proportionnelle à la projection du champ magnétique dans la direction de propagation de la lumière. Formellement, il s'agit d'un cas particulier de gyroélectromagnétisme obtenu lorsque le tenseur de constante diélectrique est diagonal. Lorsqu'un faisceau de lumière polarisée plane traverse un milieu magnéto-optique placé dans un champ magnétique, le plan de polarisation de la lumière polarisée plane tourne avec le champ magnétique parallèle à la direction de la lumière, et l'angle de déviation est appelé angle de rotation de Faraday.

L'effet Zeeman (/ˈzeɪmən/, prononciation néerlandaise [ˈzeːmɑn]), du nom du physicien néerlandais Pieter Zeeman, est l'effet de la division du spectre en plusieurs composantes en présence d'un champ magnétique statique. C'est similaire à l'effet Stark, c'est-à-dire que le spectre se divise en plusieurs composantes sous l'action d'un champ électrique. Également similaire à l'effet Stark, les transitions entre différentes composantes ont généralement des intensités différentes, et certaines d'entre elles sont totalement interdites (sous l'approximation dipolaire), en fonction des règles de sélection.

L'effet Zeeman est le changement de fréquence et de direction de polarisation du spectre généré par l'atome en raison du changement du plan orbital et de la fréquence de mouvement autour du noyau de l'électron dans l'atome par le champ magnétique externe.

L'effet Kerr, également connu sous le nom d'effet électro-optique secondaire (QEO), fait référence au phénomène selon lequel l'indice de réfraction d'un matériau change avec la modification du champ électrique externe. L'effet Kerr est différent de l'effet Pockels car le changement d'indice de réfraction induit est proportionnel au carré du champ électrique, plutôt qu'à un changement linéaire. Tous les matériaux présentent l’effet Kerr, mais certains liquides le présentent plus fortement que d’autres.

La ferrite de terre rare ReFeO3 (Re est un élément de terre rare), également connue sous le nom d'orthoferrite, a été découverte par Forestier et al. en 1950 et est l’un des premiers cristaux magnéto-optiques découverts.

Ce type deCristal magnéto-optiqueest difficile à développer de manière directionnelle en raison de sa très forte convection à l’état fondu, de ses graves oscillations non stationnaires et de sa tension superficielle élevée. Il ne convient pas à la croissance par la méthode Czochralski et les cristaux obtenus par la méthode hydrothermale et la méthode au co-solvant ont une mauvaise pureté. La méthode de croissance actuelle relativement efficace est la méthode de zone flottante optique, il est donc difficile de cultiver des monocristaux d'orthoferrite de terres rares de grande taille et de haute qualité. Étant donné que les cristaux d'orthoferrite de terres rares ont une température de Curie élevée (jusqu'à 643 K), une boucle d'hystérésis rectangulaire et une faible force coercitive (environ 0,2 emu/g à température ambiante), ils ont le potentiel d'être utilisés dans de petits isolateurs magnéto-optiques lorsque la transmission est élevée (au-dessus de 75 %).

Parmi les systèmes de molybdate de terres rares, les plus étudiés sont le molybdate double de type scheelite (ARe(MoO4)2, A est un ion métallique non-rare), le molybdate triple (Ｒe2(MoO4)3), le molybdate quadruple (A2Re2(MoO4)4) et le molybdate septuple (A2Ｒe4(MoO4)7).

La plupart d'entre euxCristaux magnéto-optiquessont des composés fondus de même composition et peuvent être cultivés par la méthode Czochralski. Cependant, en raison de la volatilisation du MoO3 au cours du processus de croissance, il est nécessaire d’optimiser le champ de température et le processus de préparation du matériau pour réduire son influence. Le problème des défauts de croissance du molybdate de terre rare sous de grands gradients de température n'a pas été résolu efficacement et une croissance cristalline de grande taille ne peut pas être obtenue, de sorte qu'il ne peut pas être utilisé dans des isolateurs magnéto-optiques de grande taille. Sa constante de Verdet et sa transmission étant relativement élevées (plus de 75 %) dans la bande visible-infrarouge, il convient aux dispositifs magnéto-optiques miniaturisés.