随着光通信技术与光子集成电路的发展, 非互易性器件作为光通信系统中重要的组成部分得到了越来越广泛的研究与应用。基于磁光效应制成的磁光隔离器和环行器是目前应用最为广泛的非互易性器件, 为了将非互易性器件整块集成在硅片上, 需制备性能与块状磁光材料相当的磁光薄膜。在近红外通信波段(1 550 nm), 以钇铁石榴石(Y3Fe5O12, YIG)为代表的稀土铁石榴石(RIG)具备优良的磁光效应, 是最具应用前景的磁光材料之一。研究发现, 使用稀土离子对YIG薄膜进行掺杂可以有效改善其磁光性能, 尤其是Bi3+和Ce3+掺杂的YIG表现出巨法拉第效应。本文首先介绍了法拉第效应原理, 介绍了三种常见磁光薄膜的生长方法, 回顾了近年来的主要研究成果, 介绍了磁光薄膜在光隔离器和环行器中的应用, 最后对磁光薄膜的未来发展趋势进行了展望。

结合干涉光刻和磁控溅射制备了一维周期性起伏的磁性多层薄膜。利用扫描探针显微镜对样品的微结构进行表征,利用椭偏仪和磁光测量系统对样品的光学性能参数和磁光克尔效应进行测试和研究。实验结果发现,磁性多层薄膜磁光性能得到极大的提升,磁光增强的克尔谱峰值与条带的宽度、中间层二氧化铪层的厚度有关;利用介质层的厚度可调制复合薄膜的磁光特性。进一步研究发现横克尔效应的增强现象。理论计算的结果证实,磁光增强源于光学腔干涉共振和磁等离激元的耦合效应。

给出了各向异性磁光薄膜非线性第2谐波的极化矩阵,推演了该矩阵在不同对称表面上元的个数及其分布;导出了此磁光薄膜在自剩磁磁化强度分别平行于[001],[110]和[111]晶面且外施电场作用于相应表面时,相应表面上的非线性第2谐波极化强度,以及均匀反射空间相应表面激发的相应极化组合非线性第2谐波的强度;求出了该谐波光场的两个可能的取向角;分析讨论了相应表面上出现两个可能取向的原因及其影响因素.

首先应用磁介质中的传输矩阵处理方法建立分层磁光介质材料中耦合法拉第角的计算模型，其次用热分解工艺制备出分层Bi、Al替DyIG磁光薄膜。经测试发现分层工艺对膜面各点的法拉第角有极大影响，其法拉第角差别在±0.5°左右，采用加热连续涂布及快速循环退火可使不均匀性大大降低。

对磁光薄膜进行热磁模拟可以了解影响热磁记录过程的各种因素及这些因素间的相互关系以及它们对写入信息的影响。采用近似计算方法对Bi、Al替DyIG磁光薄膜进行静态热磁模拟,得出在居里点写入的情况下写入点半径与写入功率、数值孔径、材料的反射率、材料的热导率及激光波长的关系。该方法为热磁写入过程提供了一种简捷的理论指导。

论述了在交变磁场下测量磁光薄膜动态法拉第效应的原理和方法.利用此方法,在不同的调制磁场强度和频率下测量磁光薄膜的动态法拉第旋转特性,获得了较好的测量结果,并对测量误差进行了分析.