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.