Download - Kerr
Efectul Kerr
În fizica magneto-optic Kerr efect (MOKE) sau suprafață magneto-optic Kerr efect
(fum) este unul dintre efectele magneto-optice. Acesta descrie modificările la lumina
reflectata de o suprafata magnetizata. Acesta este utilizat în cercetarea științei
materialelor, în dispozitive, cum ar fi microscop Kerr, pentru a investiga structura de
magnetizare a materialelor.
• Efectul Kerr (efectul pătratic electro-optic-QEO): modificarea indicelui de
refracţie al unei substanţe ca răspuns la aplicarea unui câmp electric acesteia:
unde: λ – este lungimea de undă; K – constanta Kerr; E – intensitatea câmpului
electric.
Lumina care este reflectata de o suprafata magnetizate poate schimba atât în polarizare
și intensitatea reflectată.Efectul este similar cu efectul Faraday: efectul Faraday
descrie modificările la lumină transmisă printr-un material magnetic, în timp ce efectul
Kerr descrie modificările luminii reflectate de o suprafață magnetică. Ambele efecte
rezultă din componentele off-diagonale ale tensorului dielectric. Aceste componente
off-diagonale dau materiale magneto-optic anizotrop o permitivitate, ceea ce înseamnă
că permitivitatea sa este diferită în diferite direcții.Permitivitatea afecteaza viteza
luminii într-un material:
în cazul în care este viteza luminii prin materialul, este permitivitatea materialului, și
este permeabilitatea materialului, și, astfel, viteza luminii variază în funcție de
orientarea sa. Acest lucru provoacă fluctuații în faza de structura polarizat light.on
incident de materiale.
Efectul electro-optic Kerr
Efectul electro-optic Kerr, sau efect Kerr DC, este cazul special în care un câmp
Mod.
Coala № document. Semnat. Data
Coala
2
CPAE 525.1 092 02 LL Elaborat. Pruteanu S.
Controlat Sorochin Gh.
Contr. STAS
.Aprobat
Efectul Kerr
Lit. Coli
9
UTM FRT, gr. SER-092
2KEn
electric extern lent variabil se aplică, de exemplu, o tensiune de pe electrozi din
materialul de eșantion. Sub această influență, eșantionul devine birefringent , cu
indici de refracție diferite pentru lumina polarizata paralel sau perpendicular pe
câmpul aplicat. Diferența în indexul de refracție, Δn, este dat de
în cazul în care λ este lungimea de undă a luminii, K este constanta Kerr , iar E este
intensitatea câmpului electric. Această diferență în indexul de refracție determină
materialul să se comporte ca un waveplate atunci când lumina este incidentă pe o într-
o direcție perpendiculară pe câmpul electric. În cazul în care materialul este plasat
între două "traversat" (perpendicular) liniare polarizatoare , nici o lumină vor fi
transmise când câmpul electric este oprit, in timp ce aproape toată lumina va fi
transmis pentru o anumită valoare optimă a câmpului electric. Valori mai mari ale
constantei Kerr permit transmiterea completă să fie realizate cu un câmp electric
aplicat mai mic.
Unele lichide polare , cum ar fi nitrotoluene (C 7 H 7 NO 2) și nitrobenzen
(C 6 H 5 NO 2) prezintă constante Kerr foarte mari. O celulă de sticlă umplută cu una
dintre aceste lichide se numeste o celulă Kerr (fig.1) .
Fig.1 Schema de observare a efectului Kerr
Acestea sunt frecvent utilizate pentru a modula lumina, deoarece efectul Kerr
răspunde foarte rapid la schimbările din domeniu electric. Lumina poate fi modulata
cu aceste dispozitive la frecvențe de până la 10 GHz . Deoarece efectul Kerr este
relativ slab, un tipic de celule Kerr poate necesita tensiuni la fel de mare ca
30 kV pentru a obține transparență totală. Acest lucru este în contrast cu celule
Pockels , care pot opera la tensiuni mult mai mici. Un alt dezavantaj al celulelor Kerr
este faptul că cel mai bun material disponibil, nitrobenzen, este otrăvitoare. Unele
Mod. Coala
№ document. Semnat. Data
Coala3CPAE 525.1 092 02 LL
cristale transparente au fost, de asemenea utilizat pentru modularea Kerr, deși au
constantele mai mici Kerr.
În mass-media care sunt lipsite de simetrie inversiune , efectul Kerr este, în general,
mascat de mult mai puternic efectul Pockels . Efectul Kerr este încă prezent, cu toate
acestea, și, în multe cazuri, pot fi detectate independent de contribuții efectul
Pockels.
Efectul Magneto-optic Kerr
Magneto-optic Kerr efect (MOKE) este fenomenul care lumina reflectata de un
material magnetizat are un plan ușor rotit de polarizare. Acesta este similar cu efectul
Faraday în cazul în care planul de polarizare a luminii transmise este rotit.
DC Kerr efect
Pentru un material neliniar, electric polarizarea P câmp va depinde de câmpul
electric E:
în cazul în care ε 0 este vid permitivitatea și χ (n) este componenta n-lea ordin
al sensibilității electrice de medie. ":" Simbolul reprezintă produsul scalar dintre
matrici. Putem scrie că relația în mod explicit; componenta i-lea pentru P vector poate
fi exprimat ca:
unde . Se presupune adesea că , Adică paralel componenta
la x din domeniul de polarizare; și așa mai departe.
Pentru un mediu liniar, numai primul termen al acestei ecuații este semnificativă și
polarizarea variază liniar cu câmpul electric.
Pentru materialele care prezintă un non-neglijabil efect Kerr, χ treia, Termenul este
semnificativă, chiar și cu termenii de ordinul de obicei, ca urmare a abandonului
simetrie inversare a Kerr mediu. Luați în considerare E net câmpului electric produs
de un val de lumină de frecvență ω, împreună cu un câmp electric extern E 0:
în cazul în care ω E este amplitudinea vectorul de undă.
Combinând aceste două ecuații produce o exprimare complexă pentru P. Pentru un
efect DC Kerr, putem neglija toți, cu excepția termenii liniare și cele din
:
care este similar cu relație liniară între polarizare și un câmp electric de un val, cu un
termen suplimentar de sensibilitate non-lineară proporțională cu pătratul amplitudinii
câmpului extern.
Pentru non-simetrice mass-media (de exemplu, lichide), induse de această schimbare a
sensibilității produce o schimbare în indicele de refracție în direcția câmpului electric:
în cazul în care λ 0 este vid lungimea de undă și K este constanta Kerr pentru
mediu. Câmp aplicat induce birefringența în mediu în direcția câmpului. O celulă
Kerr, cu un câmp transversal poate acționa astfel ca un comutator placa de val , rotirea
planului de polarizare a unui val de călătorie prin ea. În combinație cu polarizatoare,
acesta poate fi folosit ca un declanșator sau modulator.
Valorile K depinde de mediu și sunt aproximativ 9,4 × 10 -14 m V -2 pentru apă , și 4.4
× 10 -12 m V -2 pentru nitrobenzen .
Pentru cristale , susceptibilitatea mediu, în general, va fi un tensor , iar efectul Kerr
produce o modificare a acestui tensor.
Mod. Coala
№ document. Semnat. Data
Coala5CPAE 525.1 092 02 LL
AC Kerr efect
În efectul optic sau AC Kerr, un fascicul intens de lumina intr-un mediu se poate oferi
câmp electric modulant, fără a fi nevoie pentru un câmp extern care urmează să fie
aplicate. În acest caz, câmpul electric este dat de:
în cazul în care ω E este amplitudinea undei ca înainte.
Combinând aceasta cu ecuația de polarizare, și luând doar termenii liniare și cele din
χ (3) | E ω | 3:
Ca și mai înainte, acest lucru arata ca o susceptibilitate liniare cu o suplimentare de
non-liniar termen lung:
și deoarece:
unde n = 0 (1 + χ LIN) 1/2 este indicele de refracție liniară. Folosind o expansiune
Taylor , deoarece χ HU << n 0 2, aceasta dă un indice de refracție în funcție de
intensitate (IDRI) de:
unde n 2 este indicele de refracție de ordinul al doilea neliniare, iar I este intensitatea
undei. Schimbările indicele de refractie este astfel proporțională cu intensitatea
luminii călătorind prin mediu.
Valorile lui n 2 sunt relativ mici pentru majoritatea materialelor, pe ordinea de 10 -
20 m 2 C -1 pentru ochelari tipice. Prin urmare, intensitățile fază ( irradiances ) pe
Mod. Coala
№ document. Semnat. Data
Coala6CPAE 525.1 092 02 LL
ordinea de 1 cm GW -2 (cum ar fi cele produse de lasere) sunt necesare pentru a
produce variații semnificative în indice de refracție prin efectul AC Kerr.
Optic efectul Kerr se manifestă temporal ca auto-faza de modulare, o fază-și auto-
induse de frecvență-deplasare a unui puls de lumina ca se deplaseaza printr-un
mediu. Acest proces, împreună cu dispersie , poate produce optice solitonilor .
Spațial, un fascicul intens de lumina intr-un mediu va produce o schimbare în indice
de refracție mediu de care imită modelul intensitatea transversală a fasciculului. De
exemplu, un fascicul Gaussian rezultatele într-un profil Gaussian indicelui de
refracție, similară cu cea a unui obiectiv degrade-index . Acest lucru face ca fasciculul
să se concentreze, un fenomen cunoscut sub numele de auto-focalizare .
Cu faza de auto-concentrează, creșterile de vârf de intensitate, care, la rândul său, mai
multe cauze de auto-focalizare să apară. Grinda este împiedicat de auto-focalizare la
infinit efecte neliniare, cum ar fi de ionizare multiphoton , care devin importante
atunci când intensitatea devine foarte mare. Ca intensitatea crește la fața locului auto-
orientate dincolo de o anumită valoare, mediul este ionizat de domeniul local de mare
optică. Acest lucru reduce indicele de refracție, defocalizării fasciculului luminos
săditor. Propagarea trece apoi într-o serie de focalizare repetate și defocalizării pași.
Fig. 2. Efect magnetooptic Kerr: а - polar, б - meridional, в - ecuatorial; j – vector nemagnetic, k – vector de unda.
Mod. Coala
№ document. Semnat. Data
Coala7CPAE 525.1 092 02 LL
Experimentul optic pentru observarea efectului Kerr
MOKE pătratic
În plus față de efectul polare, longitudinală și transversală Kerr, care depind liniar pe
componentele de magnetizare respective, există, de asemenea, efecte de ordin superior
pătratice, pentru care unghiul Kerr depinde de termenii de produse care implică
componente polare, longitudinal și transversal de magnetizare. Aceste efecte sunt
denumite ca efect Voigt sau Kerr efect pătratică. Pătratic magneto-optice Kerr efect
(QMOKE) se găsește puternic în aliaje Heusler, cum ar fi Co2FeSi și Co2MnGe
Aplicatii:
Discuri Media magnetice
Magneto optice (MO)-uri au fost introduse în 1985, și au fost inițial WORM (write
once, read many drive-uri), ceea ce înseamnă că ar putea fi adăugate la, dar nu şterse.
Deși acestea nu sunt utilizate pe scară largă în prezent, au fost fiabile, atât în scris,
corecte și coerente de păstrare a datelor. Dimensiuni tipice au variat de la 100
megabytes (MB) de până la 9,2 gigaocteți (GO). MO Unitățile verificat datele așa
cum a fost scris, și, astfel, a luat mai mult decât de CD-uri sau DVD-uri tipice. Totuși,
acest lucru a permis creşterea integrităţii datelor.
Mod. Coala
№ document. Semnat. Data
Coala8CPAE 525.1 092 02 LL
Mod. Coala
№ document. Semnat. Data
Coala9CPAE 525.1 092 02 LL
Discurile MO au fost scrise cu ajutorul laserului si un electromagnet. Laser ar încălzi
platoul mai sus de temperatura Curie și care punctul de electromagnetului ar orienta
1 sau 0. Pentru a citi, laserul este operat la o intensitate mai mică, și emite lumină
polarizată. Lumina reflectată este analizată arată o diferență notabilă între un 0 sau 1.
Și așa este. MO unitate este un substrat de policarbonat (de asemenea, numit strat de
frecvență), cu o grosime de 1,2 mm, ceea ce a provocat mai multe straturi de film
subțire, care este parte a al tehnologiei magnetice, iar cititorul optic este prezentat cu
un laser. Acum, înapoi la discul unitate, straturile cele mai importante ale unui strat
protector protejează discul de daune, un strat reflectorizant, care este necesar pentru
buna funcționare a laserului, straturi dielectrice îndeplini două funcții – a izola stratul
magnetic (pentru a face o mai bună utilizare a energiei laser pentru înregistrare) și de
a crește efectul de polarizare pentru lectură. Discul MO este plasat într-o cutie de
plastic, cu o "perdea" și protecția la scriere mica fereastra, marimea este de 1.8 din
marimea uneidischete.