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大法拉第效应铈掺杂YIG磁光薄膜制备及其应用研究

发布时间:2018-01-23 02:17

  本文关键词: CeYIG薄膜 法拉第磁光效应 脉冲激光沉积 磁等离激元光子晶体 出处:《哈尔滨理工大学》2017年硕士论文 论文类型:学位论文


【摘要】:基于法拉第磁光效应的磁光器件广泛应用于光通信、光存储和光传感领域中。随着集成光学的发展,研制重量更轻,体积更小,价格更低的小型化磁光器件是未来发展的趋势。基于薄膜材料的薄膜型磁光器件具有体积小、重量轻、结构简单、成本低等优点,广受研究人员青睐。亚铁磁性的石榴石是目前已知的唯一一种在可见光及近红外波段透明,且具有优异磁光性能的材料。其中,钇铁石榴石(Yttrium Iron Garnet,YIG)系列材料是研究最多,应用最广泛的一类磁光材料,尤其是具有巨磁法拉第旋光效应的铈掺杂YIG(CeYIG)薄膜是近年来的研究热点。本文主要研究工作如下:脉冲激光沉积法(Pulsed Laser Deposition,PLD)沉积薄膜所需的靶材研究。首先利用固相法制备CeYIG靶材,研究了工艺参数对靶材致密度、磁性能的影响。然后,用PLD法在石英基底上制备YIG薄膜,测试不同工艺参数下薄膜的物相、磁性和磁光性质,得到了择优工艺参数。最后,成功在石英基底上制备了拥有大法拉第磁光性能的薄膜,其比法拉第旋转角可以达到-0.6°/μm。在CeYIG薄膜的基础上,研究了两种结构磁等离激元光子晶体对法拉第磁光效应及光透射率增强的机理。运用FDTD Solutions进行仿真,通过研究结构参数对法拉第旋光效应的影响,从而分析该现象的本质。仿真结果表明,改变Au膜的阵列的周期和CeYIG薄膜厚度等参数可以改变法拉第旋光效应增强的响应波长。同时,相比于相同厚度的CeYIG薄膜,磁等离激元晶体的法拉第旋转角可以提高8倍以上,对制作磁光传感器以及光隔离器具有重要的参考价值。本文对CeYIG薄膜从理论、实验和仿真三个方面做了系统的研究。克服了传统上无法在石英基底上制备具有大法拉第旋转角CeYIG薄膜的技术难点。结合等离激元效应与磁光效应,对CeYIG薄膜构成的磁等离激元晶体增强法拉第旋光效应及光学特性进行了模拟仿真,对制作薄膜型磁光传感头和光隔离器具有重要的指导意义。
[Abstract]:The magneto-optic devices based on Faraday magneto-optic effect are widely used in optical communication, optical storage and optical sensing. With the development of integrated optics, the development of magneto-optic devices is lighter in weight and smaller in volume. Miniaturized magneto-optic devices with lower price are the trend in the future. Thin film magneto-optic devices based on thin film materials have the advantages of small volume, light weight, simple structure, low cost and so on. Ferromagnetic garnet is the only material known to be transparent in visible and near infrared wavelengths and with excellent magneto-optical properties. Yttrium iron garnet (Yttrium Iron Garnetan YIG) series are the most widely studied and widely used magneto-optic materials. In particular, cerium doped YIGN CeYG thin films with giant magnetic Faraday optical rotation effect have been the focus of research in recent years. The main research work in this paper is as follows: pulsed laser deposition (. Pulsed Laser Deposition. First, CeYIG targets were prepared by solid phase method, and the effects of process parameters on the density and magnetic properties of the targets were studied. YIG thin films were prepared on quartz substrates by PLD method. The phase, magnetic and magneto-optical properties of the films were measured under different process parameters, and the optimum process parameters were obtained. Thin films with great Faraday magneto-optic properties have been successfully prepared on quartz substrates, with a specific Faraday rotation angle of -0.6 掳/ 渭 m. On the basis of CeYIG thin films. The mechanism of Faraday magneto-optic effect and optical transmittance enhancement by two kinds of magnetically isophosphoric photonic crystals is studied. The simulation is carried out by FDTD Solutions. By studying the effect of structural parameters on Faraday optical rotation effect, the essence of the phenomenon is analyzed. The response wavelength of the enhanced Faraday optical rotation effect can be changed by changing the period of the au film array and the thickness of the CeYIG film. At the same time, compared with the CeYIG film of the same thickness. The Faraday rotation angle of the magnetically equipoliton crystal can be increased by more than 8 times, which has important reference value for the fabrication of magneto-optic sensor and optical isolator. The experimental and simulation studies have been carried out systematically to overcome the technical difficulties of fabricating CeYIG thin films with large Faraday rotation angle on quartz substrate. In this paper, the optical properties and optical properties of CeYIG thin film are simulated and simulated, which is of great significance to the fabrication of thin film magneto-optic sensor head and optical isolator.
【学位授予单位】:哈尔滨理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:O484.1

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本文编号:1456410

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