一、克尔磁光效应的经典理论分析（论文文献综述）
赵新才[1]（2020）在《基于磁光效应的电磁内爆装置负载电流测量技术研究》文中提出脉冲功率技术是一种以储能元件存储较低功率的电磁场能量,通过瞬间释放到负载获得高功率脉冲的电磁物理技术。电磁内爆就是利用脉冲功率技术产生的超大脉冲电流形成洛伦兹力驱动负载内爆,能够在实验室条件下创造出强辐射、强磁场、高温、高压和高密度等高能量密度物理实验条件。不仅是实现惯性约束聚变可能的技术途径之一,还是开展核爆效应模拟、材料高压动态特性等高能量密度物理研究及其它基础科学研究的一个重要手段,对武器聚变物理、武器材料动态特性、辐射物理与效应、聚变能源和天体物理等前沿物理研究具有重要意义。流过负载的脉冲电流是电磁内爆装置最重要的技术指标,它不仅是衡量电磁内爆装置脉冲功率系统能量传输效率的重要指标,而且脉冲电流的大小及波形形状直接影响着负载电磁内爆的物理过程和能量转换效率,对电磁内爆起着决定性的作用。但是由于脉冲电流特别大,负载处于强电磁场和等离子体复合区域,目前常用的电流监测方法在近负载区受到强烈的空间电子、等离子体、冲击震动以及强电磁干扰等因素的影响,无法给出直接测量结果。因此,真正流过电磁内爆负载的电流测量一直是一个世界难题,成为该领域研究关注的重点,迄今未获突破。目前,国内外大型电磁内爆装置中,通常通过测量负载附近的内磁绝缘传输线电流作为负载电流的替代数据,导致相关理论分析存在一定误差,难以进行有效评估。因此,开展相关新测试方法的探索非常紧迫和必要,本论文的选题正是根据这一紧迫需要而提出的。为解决这一难题,本论文从瞬态光电传感领域寻找突破点,利用光信号本质绝缘的特征来克服复杂环境的干扰。论文提出基于磁光效应测量流过电磁内爆负载电流的新设计思想,通过对负载区电磁场分布情况进行数值仿真,确定电流测量的真实环境,为满足磁光测量的条件打下基础;论文提出了一种反射式偏振调制型磁光测量方法,研究了脉冲大电流数据处理方法,分析了磁光测量中的关键参数——线性双折射对测量精度的影响,建立了磁光测量系统,并在不同负载电流等级的电磁内爆装置上进行了实验。论文的工作,为解决电磁内爆装置负载电流的直接测量难题提供了新方法,同时,通过测量获取负载电流波形,为电磁内爆实验设计、指标判断和精密物理实验提供了更为准确的实验数据。本论文工作的创新之处包括以下几点。一是提出了直接测量电磁内爆负载电流的设计思想,建立了测量系统,在不同电流等级的装置、不同复合电磁环境下开展了验证实验,证明了测量方法的可靠性;二是提出了一种新型的反射式偏振调制型磁光测量技术,磁光光纤传感探头采用反射式设计,不但可提高测量的灵敏度,而且有效减弱了温度、机械扰动、应力应变等互易性效应对有效信号的影响,同时通过能量分光的方式将信号光分为两路,扩大了电流的测量动态范围;三是提出了不同电流装置逐级验证的实验方法,提高了测量方法和数据处理的可靠性,首次给出了MA级电磁内爆装置流过负载电流的直接测量结果。
杨润[2]（2020）在《表面等离激元增强磁光效应研究》文中研究指明近年来,表面等离激元共振（SPR）效应在信息通讯、医药化学、生物传感等领域广泛应用。微纳加工技术的成熟使得研究人员可以在磁光薄膜表面设计更多纳米结构,利用金属纳米结构表面等离激元效应增强磁光性能,从而拓展了磁光器件的应用范围,开辟了磁光表面等离激元（MOSPR）研究方向。除了利用SPR性质增强磁光性能外,通过控制外磁场的大小和方向同样能够调控MOSPR的相关性质。因此,对MOSPR器件的详细研究十分必要。相较于金属磁光材料,介质磁光材料具有低损耗、高磁光性能的优势,从而用于制备信息通讯频率下的磁光隔离器、磁光调制器等设备。传统的纳米制备技术具有成本高、效率低的特性而阻碍了表面等离激元器件的研究。针对以上问题,本文通过PS纳米小球自组装法在Ce:YIG/YIG/Si多层膜结构上制备了六方周期Au纳米孔洞MOSPR器件,利用Au纳米孔洞周期结构的倒格矢使自由空间的光波矢与SPP波矢进行匹配,从而直接激发孔洞结构表面SPR。COMSOL软件的仿真近场分析表明MOSPR器件的两个SPP模式源于Au和上下介质之间产生的耦合模式,其横向磁光克尔效应（TMOKE）增强主要源于纯光学效应。基于该MOSPR器件的牛血清白蛋白（BSA）传感实验表明TMOKE光谱的传感优值比SPR传感优值高出一倍。同时,利用电子束光刻（EBL）系统在Ce:YIG磁光薄膜表面制备了开口谐振环（SRR）超表面结构,并通过椭偏仪测试了样品的反射光谱。研究了入射光偏振状态改变对反射光谱的影响,其磁共振的激发条件为入射光电场偏振方向垂直于SRR结构开口,根据LC振荡电路模型解释了磁共振模式峰位的变化。利用COMSOL对SRR结构的电共振和磁共振模式进行近场分析,发现磁共振条件下SRR结构开口处出现较强的场局域效应,同时会产生垂直于面内的感应磁场。SRR结构磁光超表面在增强磁光效应和磁场调控超表面性质方面具有很高的研究价值。
张伟伟[3]（2019）在《磁纳米有序结构阵列薄膜制备及其磁光效应》文中研究表明多模磁性纳米材料已成为节能型数据存储和处理技术的关键材料,同时该材料也是高灵敏度磁光传感器和磁测量装置用基础功能材料。它们在高密度磁光传感/存储、非互易器件、激光陀螺、高效远程通讯、太阳能利用、自旋电子器件（自旋霍尔和逆自旋霍尔）、宽波隐身材料、多模生物分子探针、磁-光-电-生物信号超快耦合器等领域具有重要甚至不可或缺（如微型磁光隔离器、环形器）的应用。研究发现单纯利用块体材料或单一磁性材料薄膜已经很难达到显着增强磁光效应、线性以及非线性光学信号、光磁、自旋和逆自旋霍尔效应的目的。因此,近年来对磁光效应材料的研究已经由磁性块体和单一的连续薄膜结构发展到具有周期性孔、条、圆盘等形状的阵列以及由铁磁金属、贵金属、半导体层等构成的多级复合纳米结构的颗粒和薄膜上来。研究发现这类结构可以通过改变结构参数（柱点孔、盘的半径、阵列周期、薄膜厚度以及组成等）来实现单种或多种共振模式的激发,从而实现磁性材料在外磁场作用下对磁光信号的调控。尽管人们已经从材料、结构、尺寸等各个方面对具有磁光特性的纳米结构晶体进行优化设计并且获得优良的磁光特性和光学特性,然而如何大面积制备结构可控、规整可识的纳米阵列结构并研究其结构对薄膜磁性、线性或非线性光学性能、磁光效应、光磁效应以及自旋和逆自旋霍尔效应的调控机理仍然是充满挑战的课题。本文利用多孔氧化铝纳米薄膜作为模板,发明模板拓印方法,大面积制备了多孔纳米磁性阵列薄膜并在此基础上对阵列结构的线性/非线性光学、磁光特性进行了研究,揭示了其结构与光学和磁光性能的相关性,为研究和制备多模磁光特性纳米阵列薄膜提供了一种新的思路。本论文主要的研究成果如下:1.在原有磁性层CoFeB薄膜的基础上引入贵金属银层（Ag）和具有高透射率的半导体层（氧化铟锌,ITO）构建光学共振腔体,通过优化ITO厚度大幅度提高半导体内部的限域光场能量,光在半导体与磁性薄膜界面不断反射和相干,逐渐将克尔角度变大,从而使得磁光克尔角达到单层磁性薄膜的2.34倍,该方法提供了一种利用复合薄膜提高磁光克尔效应的方法,极大的丰富了磁性薄膜在磁光领域的应用。2.开发模板辅助和磁控溅射镀膜相结合的技术,成功制备了大面积尺寸均一、规则排列、可识化的通孔型贵金属银纳米薄膜和磁性纳米薄膜,在亚纳米精度上实现多孔薄膜三维形貌的调控。开发模板拓印技术成功制备了Ag纳米孔通孔结构阵列薄膜,研究发现Ag纳米孔通孔结构薄膜在450 nm处的双光子荧光效应是连续Ag薄膜的308倍,为金属光致发光效应的大幅度提升提供了一种新方法。3.在Al基底多孔阳极氧化铝（AAO）模板对光学调控机理的启发下,模板辅助制备多孔纳米CoFeB薄膜。借助于模板对反射率大小和共振峰位置的调控实现了单层CoFeB薄膜纵向磁光克尔信号的增强;并在此基础上通过增大孔径直径,改变系统有效折射率实现了纵向克尔角共振峰位的蓝移;并通过增大孔深得到了一系列克尔信号共振峰位,极大的提高了克尔信号对波长变化的敏感度。4.在CoFeB/AAO/Al结构中通过改变CoFeB厚度调节反射系数的相位差,寻找到了可以使纵向磁光克尔回滞曲线翻转的临界厚度,即在51 nm和55 nm之间。并且发现在55 nm后很大的一段厚度内磁光克尔回滞曲线不再翻转,从而得到了一种超稳定的纳米磁光结构。5.在原来CoFeB/AAO/Al结构的基础上,引入金属W,形成W/CoFeB/W/AAO/Al多层结构,通过调控两侧W层的厚度实现金属层对纵向磁光克尔信号大小的调控（范围0-200 mdeg）,并通过厚度调节实现了磁光克尔信号的二次翻转。6.通过调控AAO/A1模板孔径的大小实现了Py/AAO/Al横向克尔峰位置的调控。通过引入具有高自旋轨道耦合效应的钽金属使得横向克尔信号强度大幅度提高,在入射角为53.8度时,通过优化Ta的厚度（6 nm）使横向磁光克尔信号强度提高为Py/AAO/Al结构薄膜横向克尔强度的73倍。
李道勇[4]（2016）在《周期性纳米结构薄膜的制备与磁光特性研究》文中认为随着微纳米加工与制备技术的发展,对磁光特性材料的研究已由平滑的薄膜转到具有周期性孔阵、条阵、圆盘阵列以及由铁磁金属、贵金属、电介质等构成的复合纳米结构薄膜上来。由于这种周期性结构薄膜能够激发等离激元,并可以通过改变结构参数（孔或盘的半径、阵列周期、薄膜厚度等）来调控等离激元的激发,而磁性材料在外磁场的作用下可以产生磁光效应,因此这种同时兼具磁光特性和等离激元特性的新型纳米结构—磁等离子晶体或磁等离激元,已成为近几年的研究热点,而对应的学科分支被称为磁等离激元学。由于磁性等离激元纳米结构有效结合了表面等离激元和磁性两种特性,并且光在具有表面等离激元效应的纳米结构内部诱导的电场强度大大增加,从而增强了磁光效应,导致磁光特性在许多领域得到重要的应用,如激光领域中的磁光调制器、磁光隔离器、磁光开关,生命科学技术领域中的磁光传感器,材料领域中的磁畴观测等。涉及磁光效应的理论和实验很多,在本文中,将时域有限差分法（FDTD）应用到磁光效应的计算中,丰富了磁光计算的方法,通过对比其它理论计算和实验结果,验证了此方法的可靠性。实验方面利用光刻技术制备了周期阵列的薄膜,研究了不同体系的磁光增强与等离激元的关系。本文的研究工作主要包括以下几个方面的内容：1、利用我们的计算方法主要研究了孔阵金属膜与磁介质层结合构成的磁等离子晶体体系的透射增强以及磁光效应。研究的模型主要包括方孔体系和圆环孔体系,通过调节孔阵周期以及填充介质的参数,探索法拉第谱和透射谱的变化关系,获取光学增强和磁光增强的最佳条件。对于方孔体系,计算发现,孔径为250 nm,孔阵周期从350 nm增大到450 nm的过程中,在短波区域,法拉第角比较大的位置附近出现一个新的透射峰,并在这个新峰位置附近同时出现了大的法拉第角和透射率；新峰的位置随周期增大发生红移,并对填充介质的折射率非常敏感。此外,通过结构搜索的办法,我们构建的环孔体系（外径150 nm,内径75 nm）具有更大的磁光增强,与半径150 nm的圆孔进行了对比,结果发现,圆环的占空比虽然小于圆孔,但是对应的透射率却大于圆孔。对于周期450 nm的圆环和圆孔阵列,圆孔的占空比约为35%,透射率为53%,增强系数达到1.5,但是对于同样外径的圆环体系,其占空比减小到26%,而对应的透射率却增大到65%,增强系数为2.48,几乎是圆孔的两倍。此外,在光学增强的位置还发现了大的法拉第角和克尔角,如在892 nm位置附近,透射率达到63%,对应的法拉第角达到0.74度,而同样厚度的平整膜的法拉第角只有0.03度,已经增强了二十多倍,增强效果非常明显。这种结构还可以在同一个波长位置得到增强的克尔角和相对较大的反射率,从而实现多重测量。此外,这两种体系的等离子晶体结构对环境介质的变化比较敏感,随着折射率增大,法拉第角和透射峰都出现红移。因此本部分计算对于磁光传感器和磁光隔离器的设计具有重要的意义。2、实验制备了一维周期阵列的条形结构多层薄膜,研究了其横克尔增强。银/钴/银三层结构阵列薄膜产生的反射率吸收峰比银/钻双层结构更明显,说明顶部银膜能更好的激发表面传播等离激元（SPP）。实验表明两种体系都产生了明显的横克尔增强,在反射率比较高的情况下仍旧达到1.5%,并且随入射角增大横克尔振荡峰发生红移。此外,我们在上层银膜和中间钴膜的中间引入介质层,构建一种金属-绝缘体-金属波导结构薄膜体系,通过测量此体系的光学特性和磁光特性,发现反射谱和克尔谱都出现新的振荡峰,并指出介质层两侧产生的SPP耦合导致的波导等离子极化是造成多峰振荡的原因；此外,新峰的出现使得此体系的光学信息和磁光信息更加丰富,有利于实现多通道的磁光调制。通过分析磁场对SPP的影响,理论分析了横克尔增强的原因：磁场导致了磁性材料中介电常数非对角元的出现,进而引起SPP的波矢变化,即SPP的波长变化,这种变化改变了反射光的强度从而导致横克尔的产生。3、研究了二维周期阵列的光学特性和磁光效应。制备了棋盘结构和点阵结构的薄膜体系,研究了薄膜体系的SPP激发特性和磁光特性。对于棋盘结构,溅射了两种体系的薄膜：银-钴-银膜和银-钴-二氧化硅膜。通过测量它们的光学特性发现,氧化物覆盖的薄膜,虽然也有表面传播等离激元SPP的产生,但是整体效果不明显,没有测到横克尔增强,但得到较大的极克尔,原因是钴产生的等离激元共振传播距离小,更多的被局域在颗粒周围,从而导致了局域等离子共振（LSPR）的增强,致使极克尔较大,相对于平整钴膜提高了近一倍。对于银-钴-银棋盘结构的薄膜,由于上层银膜能更好的激发SPP,反射率谱有了明显的吸收峰,并且横克尔明显增强,在很大的方位角和入射角范围内都可以发生明显的SPP激发现象,调控参数更为丰富。对于点阵结构的银-钴-银薄膜,我们制备的样品中没有发现明显的横克尔增强,但极克尔却很大,原因是LSPR的作用更为明显。总之,结构参数和材料体系的设计对SPP和LSPR的影响很大,而横克尔和极克尔机理不同,从而导致了不同的增大效果。
类成新[5]（2017）在《周期性磁等离激元纳米结构的光学和磁光特性研究》文中指出同时具有磁光特性和等离激元特性的磁等离激元纳米结构已成为近几年研究的热门课题。由于磁等离激元纳米结构充分地有效结合了表面等离激元和磁性两种特性,使光波在具有表面等离激元共振现象的纳米结构内部诱导的电磁场显着增强,从而大大增强了磁光效应。同时,该结构可以通过外加磁场来对等离激元共振进行有效控制。因此,磁等离激元纳米结构的研究促进了许多新型器件的快速发展,例如,生物、化学传感器,磁光数据存储,光学隔离器、调节器,以及通讯行业中的集成光子器件等等。尽管人们在磁等离激元纳米结构中为了同时获得优良的磁光特性和光学特性方面做过大量的研究,然而,如何设计同时具有良好表面等离激元和磁光特性,并且可以进行有效调控的磁等离激元系统,仍然是一个充满挑战的课题。本论文中,我们首先成功发展了时域有限差分方法,使其能够解决包含有磁性材料纳米结构的光学和磁光效应问题。合理构建了一维、二维周期性磁等离激元晶体结构,利用扩展时域有限差分方法系统研究了所构建的磁等离激元晶体结构的光学和磁光特性。通过系统优化晶体结构的几何参数,我们在可见光和近红外波段均同时得到了较高的透射率和较大的磁光法拉第旋转角,同时对其物理机制进行了详细地诠释。为了验证理论研究的正确性和可靠性,我们在实验方面利用激光干涉光刻技术和磁控溅射技术制备了磁等离激元纳米结构,研究了不同体系的光学和磁光特性,探讨了表面等离激元与磁光效应增强的内在联系。本文的具体研究工作主要包括以下三个方面:1.构建了一种由双层贵金属光栅和磁性透明介质组成的磁等离激元晶体结构,利用扩展时域有限差分方法对其光学特性和磁光特性进行了深入系统的研究。通过系统优化双层金属光栅结构的结构参数,我们在两个波段处均得到法拉第旋转角共振增强,并且其符号产生了反转,在另外一个透射率频谱区域得到了 57%的异常光透射的同时获得了 44倍增强的法拉第旋转角。文中详细讨论了入射角、结构中双金属光栅之间台柱介质的折射率以及结构周期对磁等离激元晶体结构的光学和磁光特性的影响。研究表明,我们可以通过简单调整双金属光栅构成的磁等离激元晶体结构的几何参数,诸如,折射率、周期等,以及入射角度大小来调控该结构的光学和磁光特性。另外,我们还研究了单层贵金属光栅与磁性介质构成的磁等离激元晶体结构的光学和磁光特性,并与双层金属光栅结构的光学和磁光特性进行了比较。通过两者的对比,我们发现双层金属光栅结构的光学特性和磁光特性均优于单层金属光栅结构的光学和磁光特性。此外,我们对透射率谱中共振波峰、波谷和法拉第旋转角增强、符号发生反转以及双层金属光栅结构的光学和磁光特性优于单层金属光栅结构的光学和磁光特性的物理机制进行了深入地讨论、解释。研究表明,透射共振波峰和波谷的出现主要依赖于表面等离激元共振和波导模式的激发及两者的相互耦合;法拉第旋转角的增大是由磁性介质中两类波导模式—TM模式和TE模式相互转化的转化效率及光波在磁性介质层中传播的有效距离所决定的。2.研究了二维周期性由被蘑菇状金属帽子遮挡的圆孔和环孔系列构成的磁等离激元晶体结构的异常光透射和增强的法拉第磁光效应现象。通过系统优化磁等离激元晶体结构的几何参数,我们在两种不同晶体结构中的透射率谱和法拉第磁光效应谱的可见光和近红外波段均同时得到了较大的法拉第旋转角和较高的透射率。同时,我们对透射率谱中的共振波峰和磁光效应谱中法拉第旋转角增强等产生的物理机理借助于透射共振位置处的电场、磁场的空间分布等手段进行了详细地阐述。研究结果表明,透射共振波峰的出现主要取决于LSPR模式、SPP模式和波导模式的激发及它们之间的相互耦合作用;法拉第旋转角的增大是由磁性介质中两类波导模式—TM模式和TE模式相互转化的转化效率及光波在磁性介质层中传播的有效距离所决定的。3.从实验方面研究了一维周期性磁等离激元纳米结构的光学和磁光横克尔特性。首先从理论上详细阐述了磁光横克尔效应产生以及表面等离极化激元对其显着增强的内在机理。然后,利用激光干涉技术制备了光刻样品以及磁控溅射技术制备了多层金属/氧化物介质薄膜样品,从实验上研究了样品在不同情况下的反射率和磁光横克尔值随入射角变化关系,详细讨论了非磁性氧化物介质层的引入对磁等离激元纳米结构的光学和磁光特性的影响,并从理论上给予了合理的解释。同时,本部分的实验结果验证了前面理论的正确性和可靠性。
秦俊[6]（2019）在《基于磁性氧化物的磁光等离子光学材料及器件研究》文中研究表明磁光表面等离子激元（Magnetoplasmon,MP）研究的是表面等离子共振（SPR）与磁光材料相互作用现象的交叉领域。通过将磁性材料引入表面等离激元共振结构,可以实现磁场对表面等离子共振波矢的调控、表面等离子共振增强磁光效应等新的光学现象。基于MP现象的相关材料和器件在生物传感、磁场传感等领域具有重要的应用。传统的MP研究的材料体系主要是基于铁磁金属（Fe、Co和Ni）,以及铁磁金属与贵金属（Au,Ag）的多层薄膜结构。然而,基于纯金属材料的MP结构中由于支持的光学模式较为单一,限制了器件结构和模式的调控机制;另一方面铁磁金属材料本征的高光学损耗限制了器件在传感器灵敏度、损耗等性能方面的提升。这些难题已成为制约MP结构发展的瓶颈。基于上述研究背景,我们采用透明的介质磁性氧化物（钇铁石榴石薄膜YIG及掺杂YIG薄膜）取代高损耗铁磁金属,构建了一系列新型MP结构。在机理上,通过引入介质波导模式,腔体模式,介质谐振模式等实现在电磁调控机理上的创新。基于相关结构实现了亚波长结构中的强电磁非互易性,发展了磁光非互易超表面器件;在器件应用上,利用磁性氧化物很低的光学损耗,显着提高了器件传感灵敏度等关键性能指标,并实现了高优值的化学生物传感。具体的研究内容包括:1.利用Ag在1000 nm附近的低损耗和Ce:YIG在1000 nm附近高磁光效应,理论提出了Ag/Ce:YIG的结构。通过棱镜耦合的方式激发出Ag/Ce:YIG界面的表面等离子共振模式,实现对Ce:YIG横向磁光克尔效应的增强。最后通过优化结构尺寸,实现了高灵敏折射率传感器的理论设计。2.理论设计并实验制备了TiN/（SiO2/YIG/Ce:YIG）/Au的金属-绝缘体-金属结构,利用磁光绝缘层的波导共振模式与Au/空气界面的表面等离子共振模式耦合,实现了高Q值的非对称Fano线型。再以横向磁光克尔效应作为传感信号,实现了超高优值的折射率传感器。最后,实验制备该器件,实验验证了其在非标记生物传感上的应用,其检测极限（LOD）较传统SPR器件降低了16倍。3.发展了TiN/（SiO2/YIG/Ce:YIG）/Au周期表面等离激元结构在动态手性操控中的应用。利用孔洞结构中的局域共振模式,实现了结构磁光效应的显着提高。基于此模式,我们将其应用于磁场调控孔洞结构的外禀手性,在近红外频段首次实现了磁场对结构远场手性的反转调控,比目前文献报道的手性调控幅度提高了一个数量级。4.将MP结构扩展到太赫兹频段,理论提出了Au光栅/石墨烯/高阻硅的结构,用Au光栅的表面等离子共振模式和高阻硅中的波导模式耦合,实现了该结构在太赫兹频段的同时的透过率增强和石墨烯磁光效应的增强。通过器件结构的设计,可以在整个太赫兹频段实现石墨烯磁光效应和透过率的同时增强,这一结构在太赫兹频段法拉第旋光器上有潜在应用。5.提出了基于磁光效应的全介质非互易超表面,完全取代了MP结构中的高损耗金属材料,基于全介质共振实现了电磁波的单向透射、相位非互易调控等功能。基于广义斯涅耳定律,实现了结构任意远场特征的非互易调控,称为“广义电磁非互易性”。实验上采用微波频段高剩磁、高饱和磁化强度的Ba六角铁氧体材料,成功制备了自偏置的磁光非互易超表面,验证了理论的正确性,并解决了相关器件需要磁铁偏置的挑战。
张燕[7]（2019）在《硅集成YIG基磁光薄膜及光隔离器制备与性能研究》文中指出光隔离器可实现光的单向传播,从而保护激光器、放大器等敏感元件免受反射光的影响,避免相对强度噪声（RIN）和相位噪声。实现光隔离器的硅基片上集成一直是光子集成回路（PICs）的一个长期挑战。在光子集成回路中,理想的集成光隔离器应具备高集成度、小尺寸、大带宽、偏振多样性以及与多种材料平台兼容等特点。尽管近年来在集成光隔离器上已经取得的很大进步,但目前所报道的隔离器还不能满足以上要求。传统的磁光隔离器是采用磁性材料如钇铁石榴石的非互易性来实现光的隔离,但由于晶格失配以及热膨胀系数失配较大等原因使得磁光材料难以在硅、Ⅲ-Ⅴ族半导体基底上集成。采用晶圆键合的方式可实现磁光材料与半导体基底的异构集成,但不能实现单片集成和大规模器件制备,器件尺寸大、成本高、良率低。基于时空调制、非线性等原理制备的光隔离器存在工作带宽窄、器件长度长、功耗大等的问题。因此,目前尚没有单片集成的硅基光隔离器件。采用硅基单片集成磁光薄膜制备波导光隔离器可以有效克服上述难题。这一领域的主要问题包括:第一,如何突破磁光材料与硅材料的晶格失配和热失配问题,在硅基底上实现高优值磁光材料的单片生长?第二,如何解决波导法拉第旋光结构的相位匹配困难,设计基于非互易移相新机理的光隔离器?第三,如何发展基于半导体制备工艺,应用于全偏振和全基片材料的普适波导隔离器集成方法?基于上述研究背景和问题,本文从硅基集成磁光材料制备,光隔离器的设计及制备等方面开展了研究,最终首次实现了宽带、高性能光隔离器的硅基单片集成。研究内容具体包括以下几个方面:1.采用脉冲激光沉积技术（PLD）深入研究了硅集成多晶钇铁石榴石（YIG）薄膜的制备温度与材料结构、与材料磁光和光学性能的关系。当沉积或者退火温度过高时,所制备的材料中存在杂相以及Fe元素的变价;反之当退火温度过低时会有非晶相的存在。研究表明,硅上制备YIG薄膜的最佳生长温度为400℃下并经800℃-850℃下快速退火,所得到的YIG薄膜具有>99%的相纯度,低光学损耗和低磁损耗。2.以YIG薄膜为种子层,突破了强磁光效应Ce:YIG薄膜的硅基集成难题,使材料法拉第旋光效应超过外延薄膜。基于第一性原理仿真,通过引入氧空位调控局域晶格应变对Ce4+离子形成焓进行调控,将硅集成多晶Ce:YIG薄膜中Ce的固溶度由1.0提高至1.5。Ce1.5Y1.5Fe5O12薄膜在1550 nm波长的磁光法拉第旋角高达-6410deg/cm,是目前所报道的多晶Ce1Y2Fe5O12薄膜的2倍,同时也是外延Ce1Y2Fe5O12薄膜的1.4倍。证明硅上可以实现强磁光效应薄膜的制备,为实现磁光隔离器的单片集成提供了可能。3.针对横电（TE）模式光隔离器对垂直各向异性（PMA）磁光薄膜的需求,通过在Ce:YIG薄膜系统中引入具有负磁弹系数的Dy3+离子,实现了对Ce:YIG薄膜磁各向异性的调控。随着Dy3+离子掺入浓度的提高,Dy:CeYIG薄膜的易磁化轴逐渐由面内趋向于面外,当Dy3+离子完全取代Y3+离子时,薄膜获得了面外矩磁性。通过改变薄膜沉积过程中的热应力以及调节YIG与Dy:CeYIG的相对厚度可实现对PMA薄膜矫顽力的调控。对于Ce1Dy2Fe5O12薄膜,其面外矫顽力可由160 Oe逐渐增加至1100 Oe。此外,测试了Ce1Dy2Fe5O12薄膜在可见光至近红外的法拉第旋光,其在1310 nm波长和1550 nm波长的法拉第旋角分别为-4700 deg/cm和-2800deg/cm。因此,Dy3+掺杂是一种在Ce:YIG薄膜中可诱导PMA而不影响其磁光性能的有效方法,该材料的制备为自偏置TE模式磁光隔离器的实现提供了可能。4.在薄膜的光学损耗测量方面,通过采用波导截断法可精确测量波导损耗,并通过模拟多晶YIG/掺杂YIG薄膜的限制因子,计算出薄膜的光学损耗。首先采用接触曝光和电子束曝光（EBL）及刻蚀的方法,制备了厚度为220 nm,宽度分别为4μm和500 nm的硅波导。利用这两种波导结构,分别测试了不同厚度的YIG薄膜,不同制备氧压下的Ce:YIG薄膜的光学损耗,得到Ce:YIG薄膜在1550 nm波长处的最低光学损耗为80 dB/cm,Ce:DyIG薄膜为91 dB/cm。此外,通过在硅波导上包层开出不同长度的窗口用于沉积待测薄膜损耗的方式,可实现在较宽损耗范围内对硅基集成磁光薄膜光学损耗进行精确的测试。5.基于马赫-曾德尔干涉型（MZI）结构,通过COMSOL有限元及Lumerical时域有限差分（FDTD）仿真,设计并实验制备了横磁（TM）型和TE型集成宽带磁光隔离器。通过在硅波导顶部及侧壁直接沉积高质量的磁光薄膜,实现了具有高隔离度、低插损,高带宽及小尺寸硅基集成磁光隔离器的制备,其中单片集成的硅基宽带TM隔离器,硅基TE隔离器和SiN基光隔离器均为国际首次报道,证明高质量磁光隔离器可以在硅上单片集成。对于TM模式磁光隔离器,单向磁场（500 Oe）下获得了30 dB的隔离器度和5-6 dB的插损,其性能是目前报道硅集成光隔离器中最优的。这项工作为硅基光电子系统引入了光学非互易性,也为几个理论上提出的非互易波导器件,如磁光光子晶体、磁光波导调制器,磁光超构表面和非互易拓扑光子等器件的实验验证铺平了道路。
李丹[8]（2010）在《磁光调制偏振测量》文中研究表明近年来,随着光电子技术的发展,磁光效应在光电子学、光子学、计算机、信息处理、光纤通信、科学研究以及磁场测量等方面的研究和应用不断向深度和广度发展。现今,利用磁光效应建立的各种地磁场测量方法,逐渐显露出一些不可避免的局限性,所以本课题组为了进一步提高现有地磁场测量的效率,提出了一种利用磁光效应原理实现对地球磁场测量的新方法——磁旋光成像地球磁场测量方法,从原理上看,此方法具有成像能力、三维分辨率、测量速度很高、没有测量盲点的特点。磁旋光成像地球磁场测量方法是一个完整的技术体系,有关的研究工作也在进一步的完善中。本文主要阐述的是这个技术体系中的部分研究和实验工作,因此它的目的就是为地球磁场成像研究提供一些可靠的实验数据和行之有效的实验方案,并对该技术的具体实现进行探索。因此就本文所做的主要工作进行阐述,其中包括以下几个部分：（1）系统阐述了目前地球磁场测量的发展与应用,并分析了现有测量方法的局限性,提出新的地球磁场测量方法——磁致旋光地球磁场成像方法,以及重点介绍了该方法的基本工作原理及特点。（2）本文利用三种磁光理论对磁光效应进行了介绍,并且着重介绍了法拉第磁致旋光效应的原理,以及对其他几种磁光效应做了简单的介绍。这些为磁旋光成像地球磁场测量方法提供了理论支持。（3）基于磁光调制的原理——马吕斯定律并结合利萨如图形方法,分别对正弦波、三角波、锯齿波及方波磁光调制进行了计算机模拟。我们对这几种波形的磁光调制方法的特性进行了分析和总结出了它们的特点。重点对正弦波磁光调制——倍频法进行了实验研究,并对其精度做了一定的分析。（4）对方波信号磁光调制的计算机模拟与其他几种波形的磁光调制模拟进行了分析比较与总结,且对方波磁光调制进行了实验验证,并对测量精度进行了分析,得出方波信号磁光调制无论用于信号调制或是用于偏振角度检测都具有独特的优势。
郑志磊[9]（2007）在《脉冲强磁场下顺磁性材料中的磁光效应研究》文中认为磁光效应是光与具有磁矩的物质相互作用的产物,法拉第效应是一种最重要、应用最广的磁光效应。本文主要理论阐述和分析顺磁性氟化物（ NdF3 ）在低温、脉冲强磁场条件下的磁特性,以及法拉第磁光效应的双峰现象和随脉冲磁场变化的特性。Dai Imaizumi等人在低温脉冲磁场条件下在对含Mn2+离子的磁光玻璃（ 25Tb2O3 -75B2O3）的磁性和磁光特性进行了系统的实验研究,发现这类顺磁性磁光材料在低温脉冲磁场下存在异常的磁性和法拉第磁光效应增强的现象。本文运用量子理论,对顺磁性材料在低温高脉冲磁场下的磁特性进行了理论计算,理论分析表明脉冲磁场中顺磁性材料的法拉第旋转具有温度特性,并且随着脉冲强度而变化。同时,在顺磁性材料中法拉第旋转的“三能级模型”的基础上,本文成功地解释了脉冲磁场下顺磁性氟化物（ NdF3 ）中的法拉第磁光效应随磁场和温度变化的规律。结果显示,当热能k BT接近有效场能μ0μBHi（μ0μBHe）时,顺磁性材料中的法拉第磁光效应呈明显的双峰现象;在同一强度磁场下,低温下的磁光效应更强更明显,法拉第旋转呈明显的温度特征。已有文献在理论上证明,在铁磁性和亚铁磁性等强磁性磁光材料中应存在较大的法拉第磁光效应,但认为在一般磁场下,顺磁性等弱磁性介质中的磁化强度达到饱和,因而法拉第旋转将不再变化。本文对极端条件下顺磁性介质的Faraday磁光效应进行了理论研究,结果表明:（1）在极强的磁场和低温下,弱磁性物质中可以获得较大的法拉第旋转;（2）法拉第旋转将随着有效场H i（ H e）的增大而增大,而不再和磁化强度相关M。磁光效应在磁场测量和信息记录等诸多领域,都有重要的应用,通过理论研究将获知如何实现对其控制和操作。本文将就磁光效应在这些领域的应用,进行讨论和展望。
刘公强,吴蓓,虞志强,刘湘林[10]（1990）在《克尔磁光效应的经典理论分析》文中指出本文引入与自旋-轨道相互作用等有关的有效场概念,运用经典电磁场理论,推导了磁光克尔旋转的明确表达式.证明了各种磁光介质的极向克尔旋转θk的实部θ′k和虚部θ″k均与有效场Hi成正比,在铁磁性介质中近似与vM成正比,M为磁化强度,在亚铁磁性等介质中近似与（?）viMi成正比,Mi为i次点阵的磁化强度.同时还证明了近似的横向克尔旋转θkt与Hi2正比;θk和θkt的温度特性取决于Hi的温度特性.
二、克尔磁光效应的经典理论分析（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、克尔磁光效应的经典理论分析（论文提纲范文）
（1）基于磁光效应的电磁内爆装置负载电流测量技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 脉冲功率技术与电磁内爆装置负载电流测量技术研究 |
| 1.2 典型电磁内爆装置的基本概念及负载电流特点 |
| 1.3 电磁内爆装置负载电流测量的国内外研究现状 |
| 1.3.1 ZR装置 |
| 1.3.2 Angara-5-1装置 |
| 1.3.3 MAGPIE装置 |
| 1.3.4 强光一号装置 |
| 1.3.5 超高功率实验装置 |
| 1.3.6 电磁内爆装置负载电流测量发展动态分析 |
| 1.4 论文选题及意义 |
| 1.5 论文的主要内容 |
| 第二章 磁光测量基本理论 |
| 2.1 光的偏振特性 |
| 2.1.1 偏振光的基本概念 |
| 2.1.2 线偏振光叠加 |
| 2.1.3 偏振光的Jones矩阵 |
| 2.1.4 偏振器件的Jones矩阵 |
| 2.1.5 偏振系统的Jones矩阵 |
| 2.2 光纤的双折射 |
| 2.3 磁光效应的经典理论 |
| 2.3.1 磁光介质的传输矩阵描述 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 磁光测量系统设计 |
| 3.1 电磁内爆装置负载区电磁场数值模拟 |
| 3.1.1 电磁内爆装置负载介绍 |
| 3.1.2 基于时域输入信号的Z箍缩负载电磁特性仿真方法 |
| 3.1.3 基于时域输入信号的Z箍缩负载电磁特性仿真情况 |
| 3.1.4 负载电磁特性仿真结论 |
| 3.2 反射式偏振调制型磁光测量系统设计 |
| 3.2.1 引言 |
| 3.2.2 传统的磁光测量系统 |
| 3.2.3 反射式偏振调制型磁光测量系统 |
| 3.3 反射式偏振调制型磁光测量系统研制 |
| 3.3.1 光源 |
| 3.3.2 磁光光纤传感探头 |
| 3.3.3 光纤消偏器、起偏器 |
| 3.3.4 非偏振光纤分束器 |
| 3.3.5 数据记录单元 |
| 3.3.6 反射式偏振调制型磁光测量系统 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 数据处理方法及关键参数对测量精度的影响研究 |
| 4.1 脉冲电流的数据处理方法研究 |
| 4.2 输出信号的数值模拟 |
| 4.3 线性双折射对测量精度的影响 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 实验方法研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 10kA装置短路负载脉冲电流测量实验 |
| 5.2.1 实验简介 |
| 5.2.2 实验装置 |
| 5.2.3 实验结果与分析 |
| 5.3 XP-2装置负载脉冲电流测量实验 |
| 5.3.1 实验简介 |
| 5.3.2 实验装置 |
| 5.3.3 实验结果与分析 |
| 5.4 FP-1装置负载脉冲电流测量实验 |
| 5.4.1 实验简介 |
| 5.4.2 实验装置 |
| 5.4.3 实验结果与分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 论文总结 |
| 6.1 本论文研究工作总结 |
| 6.2 论文的主要创新点 |
| 6.3 不足之处和展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录A 攻读博士学位期间发表的论文 |
| 附录B 在读期间参加的学术会议及报告 |
| 附录C 在读期间所获的成果奖 |
（2）表面等离激元增强磁光效应研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 表面等离激元(SP)理论与研究现状 |
| 1.1.1 表面等离激元(SP)发展与现状 |
| 1.1.2 表面等离激元(SP)理论 |
| 1.1.3 金属开口谐振环(SRR)器件理论 |
| 1.2 磁光效应理论及发展 |
| 1.3 磁光表面等离激元理论及研究现状 |
| 1.3.1 基于磁性金属材料的磁光表面等离激元器件 |
| 1.3.2 基于磁性介质材料的磁光表面等离激元器件 |
| 1.3.3 磁光表面等离激元周期结构 |
| 1.4 本论文的核心研究内容及意义 |
| 第二章 实验与仿真方法 |
| 2.1 测试方法及测试平台 |
| 2.1.1 磁光克尔平台及测试原理 |
| 2.1.2 椭偏仪测试原理 |
| 2.2 COMSOL仿真与理论计算方法 |
| 2.3 PS纳米球自组装法 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 基于Au/Ce:YIG结构的MOSPR传感器件 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 周期结构表面等离激元效应理论 |
| 3.3 六方周期Au孔洞磁光表面等离激元器件仿真 |
| 3.3.1 器件仿真光学性质分析 |
| 3.3.2 器件模场分布 |
| 3.4 六方周期Au孔洞结构磁光表面等离激元器件制备 |
| 3.5 六方周期Au孔洞结构磁光表面等离激元器件测试 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 基于SRR结构的磁光超表面器件 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 金属SRR结构增强磁光效应原理 |
| 4.3 Au-SRR/YIG/Ce:YIG/Si结构的仿真 |
| 4.3.1 Au-SRR/YIG/Ce:YIG/Si结构光学性质 |
| 4.3.2 Au-SRR/YIG/Ce:YIG/Si结构模场分析 |
| 4.4 Au-SRR/YIG/Ce:YIG/Si结构制备 |
| 4.5 Au-SRR/YIG/Ce:YIG/Si结构表征 |
| 4.6 Au-SRR/YIG/Ce:YIG/Si结构光学性质 |
| 4.7 本章小结 |
| 第五章 总结 |
| 5.1 论文工作总结 |
| 5.2 改进与展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间取得的成果 |
（3）磁纳米有序结构阵列薄膜制备及其磁光效应（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 一 引言 |
| 1.1 磁光效应概述 |
| 1.2 磁光效应产生的物理机理描述 |
| 1.2.1 磁光克尔效应 |
| 1.2.2 磁光法拉第效应 |
| 1.3 磁光克尔效应的调控 |
| 1.3.1 光学腔体对磁光克尔效应的调控 |
| 1.3.2 表面等离激元对磁光效应的调控 |
| 1.4 本论文的研究目的和主要内容 |
| 二 磁光克尔效应的计算方法 |
| 2.1 多层磁性薄膜的克尔信号计算方法 |
| 2.2 磁光计算的传输矩阵法[132] |
| 2.3 简化的传输矩阵 |
| 2.4 本章小结 |
| 三 样品的制备和表征 |
| 3.1 多层磁性薄膜样品的制备 |
| 3.1.1 磁控溅射法镀膜 |
| 3.2 样品结构和性能的表征 |
| 3.2.1 纳米结构的表征 |
| 3.2.2 光学性能分析 |
| 3.2.3 纳米薄膜折射率、消光系数以及厚度的表征 |
| 3.2.4 磁光克尔效应的测量 |
| 3.3 本章小结 |
| 四 光学腔体对磁性薄膜磁光特性的增强 |
| 4.1 多层磁性异质纳米结构薄膜的制备 |
| 4.2 多层磁性异质纳米结构薄膜的磁光和光学特性 |
| 4.3 本章小结 |
| 五 多孔阳极氧化铝薄膜的光学性质及在纳米材料制备中的应用 |
| 5.1 绪论 |
| 5.2 带铝基底的多孔阳极氧化铝薄膜结构模型 |
| 5.3 光与带铝基底的多孔阳极氧化铝模板相互作用模型 |
| 5.4 带铝基底的多孔阳极氧化铝模板的生长模型 |
| 5.5 多孔阳极氧化铝薄膜辅助制备纳米结构的方法概述 |
| 5.5.1 多孔纳米薄膜阵列结构的制备 |
| 5.5.2 纳米柱的制备 |
| 5.5.3 纳米点阵结构的制备 |
| 5.6 阳极氧化铝薄膜在光学干涉中的应用 |
| 5.7 模板辅助银纳米孔通孔薄膜的制备及其光致发光 |
| 5.7.1 阳极氧化铝薄膜的制备 |
| 5.7.2 拓印法制备银纳米孔通孔结构 |
| 5.7.3 通孔银纳米薄膜的双光子荧光特性 |
| 5.8 本章小节 |
| 六 纳米多孔有序结构对磁性薄膜磁光效应的调控 |
| 6.1 绪论 |
| 6.2 AAO孔径大小对单层CoFeB薄膜磁光效应的增强 |
| 6.2.1 CoFeB/AAO/Al模型的建立及理论分析 |
| 6.2.2 CoFeB/AAO/Al纳米阵列的制备及结构表征 |
| 6.2.3 AAO孔径大小对CoFeB/AAO/Al纳米阵列纵向克尔效应的影响 |
| 6.3 AAO孔深对CoFeB/AAO/Al纳米阵列磁光效应敏感度增强 |
| 6.4 CoFeB薄膜厚度对CoFeB/AAO/Al磁光信号翻转的调控 |
| 6.4.1 磁光克尔翻转 |
| 6.4.2 CoFeB薄膜厚度对CoFeB/AAO/Al磁光信号的翻转调控 |
| 6.5 W/CoFeB/W/AAO/Al多孔纳米孔结构的磁光克尔效应 |
| 6.6 Py/AAO/Al纳米阵列横向克尔效应及调控 |
| 6.7 本章小结 |
| 七 总结与展望 |
| 7.1 工作总结 |
| 7.2 工作展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历及在学研究成果 |
| 学位论文数据集 |
（4）周期性纳米结构薄膜的制备与磁光特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 磁光效应 |
| 1.1.1 磁光效应的研究历程 |
| 1.1.2 磁光效应的分类 |
| 1.1.3 磁光效应的唯象模型 |
| 1.2 等离激元与磁光效应 |
| 1.2.1 表面等离激元 |
| 1.2.2 等离激元对磁光效应的影响 |
| 1.2.3 周期性纳米结构的磁光效应 |
| 1.3 本论文的选题意义及主要内容 |
| 参考文献 |
| 第二章 理论计算和实验方法 |
| 2.1 计算方法 |
| 2.1.1 时域有限差分法(FDTD)简介 |
| 2.1.2 计算原理及过程 |
| 2.1.3 计算结果的验证 |
| 2.2 实验部分 |
| 2.2.1 干涉光刻 |
| 2.2.2 磁控溅射 |
| 2.2.3 光学及磁光特性的测量装置 |
| 2.3 小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 由磁性介质构成的磁等离激元晶体的磁光增强计算 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 方形孔阵体系的磁光计算 |
| 3.2.1 结构模型和计算方法 |
| 3.2.2 计算结果与分析 |
| 3.3 圆环孔阵体系的磁光计算 |
| 3.3.1 圆环孔与圆形孔的光学透射增强比较 |
| 3.3.2 圆环孔的磁光计算与分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 一维复合纳米条阵的磁光效应 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 样品制备 |
| 4.3 样品的光学和磁光性能表征 |
| 4.3.1 一维周期结构的测量和表征方式 |
| 4.3.2 Ag/Co双层膜体系的光学和磁光特性 |
| 4.3.3 Ag/Co/Ag三层膜体系的光学和磁光特性 |
| 4.3.4 Ag/Co/SnO_2/Ag四层膜体系的光学和磁光特性 |
| 4.4 横克尔增强的理论分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 二维复合纳米阵列的磁光效应 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 二维周期阵列样品的制备 |
| 5.3 样品的光学和磁光性能表征 |
| 5.3.1 二维周期结构的SPP波矢匹配条件 |
| 5.3.2 二维棋盘阵列结构薄膜的光学和磁光特性 |
| 5.3.3 二维圆盘阵列结构的光学和磁光特性 |
| 5.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第六章 总结和展望 |
| 攻读博士期间发表的论文 |
| 致谢 |
（5）周期性磁等离激元纳米结构的光学和磁光特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 磁光效应 |
| 1.1.1 磁光效应的产生机理 |
| 1.1.2 磁光克尔效应 |
| 1.1.3 磁光法拉第效应 |
| 1.1.4 磁光效应增强方式 |
| 1.2 表面等离极化激元 |
| 1.2.1 概述 |
| 1.2.2 表面等离极化激元的基本性质和色散特性 |
| 1.2.3 表面等离极化激元的激励方式 |
| 1.2.4 局域表面等离激元的理论研究方法 |
| 1.3 磁等离激元 |
| 1.3.1 磁等离激元对磁光横克尔效应的增强 |
| 1.3.2 磁等离激元对极化旋转磁光效应的增强 |
| 1.3.3 磁等离激元导致的极化旋转角的反转 |
| 1.3.4 磁等离激元晶体结构中的磁光强度效应 |
| 1.4 论文选题意义和内容安排 |
| 参考文献 |
| 第二章 实验和理论方法 |
| 2.1 理论计算、模拟方法 |
| 2.1.1 时域有限差分方法基本理论 |
| 2.1.2 扩展时域有限差分方法 |
| 2.1.2.1 磁性材料非对角型介电张量的导入 |
| 2.1.2.2 磁光旋转角及椭偏率的计算 |
| 2.1.2.3 数值模拟结果与文献对比 |
| 2.2 样品的制备系统 |
| 2.2.1 激光干涉光刻技术简介 |
| 2.2.2 自主搭建的激光干涉光刻系统 |
| 2.2.3 激光干涉光刻流程 |
| 2.2.4 磁控溅射镀膜方法 |
| 2.3 样品的表征系统 |
| 2.3.1 表面形貌表征—扫描探针显微镜 |
| 2.3.2 光学性能表征系统 |
| 2.3.3 磁光纵、极克尔效应测试系统 |
| 2.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 一维周期性磁等离激元晶体结构的光学和磁光特性研究 |
| 3.1 研究背景 |
| 3.2 物理建模与模拟方法 |
| 3.3 数值结果分析与讨论 |
| 3.3.1 双层金属光栅的光学和磁光特性 |
| 3.3.2 等效双层金属光栅的光学和磁光特性 |
| 3.3.3 单层金属光栅的光学和磁光特性 |
| 3.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 二维周期性磁等离激元晶体结构的光学和磁光特性研究 |
| 4.1 二维周期性被蘑菇形状金帽遮挡的圆孔构成的磁等离激元晶体结构的异常光透射和增强法拉第旋转角 |
| 4.1.1 物理模型与模拟方法 |
| 4.1.2 数值结果分析与讨论 |
| 4.2 二维周期性矩形环孔构成的磁等离激元晶体结构的异常光透射和增强法拉第旋转角 |
| 4.2.1 研究背景 |
| 4.2.2 物理模型 |
| 4.2.3 数值结果分析与讨论 |
| 4.3 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 一维周期性磁等离激元结构的光学和磁光特性实验研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 磁光横克尔效应的增强机理 |
| 5.3 样品制备与结构表征 |
| 5.4 样品的光学和磁光特性研究 |
| 5.4.1 一维周期性条阵列的测试表征方式 |
| 5.4.2 三层Ag/Co/Ag磁等离激元结构的光学和磁光特性 |
| 5.4.3 四层Ag/Co/SnO_2/Ag磁等离激元结构的光学和磁光特性 |
| 5.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第六章 论文总结与展望 |
| 6.1 本文工作总结 |
| 6.2 本文存在不足与展望 |
| 攻读博士期间发表或待发表的论文 |
| 致谢 |
（6）基于磁性氧化物的磁光等离子光学材料及器件研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 表面等离子共振(SPR) |
| 1.1.1 传播型表面等离子共振 |
| 1.1.2 局域型表面等离子共振 |
| 1.2 磁光表面等离子共振(MOSPR) |
| 1.2.1 贵金属结构中的MOSPR |
| 1.2.2 铁磁金属结构中的MOSPR |
| 1.2.3 贵金属与铁磁金属混合结构中的MOSPR |
| 1.2.4 贵金属与铁磁介质混合结构中的MOSPR |
| 1.2.5 MOSPR在生物传感中的应用 |
| 1.3 磁光全介质非互易超表面 |
| 1.4 本文的主要内容与创新 |
| 1.5 本论文的结构安排 |
| 第二章 实验与理论方法 |
| 2.1 磁光表面等离子共振理论 |
| 2.1.1 磁光效应理论 |
| 2.1.2 表面等离子共振理论 |
| 2.1.3 磁光表面等离子共振理论 |
| 2.2 磁光薄膜和MOSPR结构制备方法 |
| 2.2.1 薄膜生长方法 |
| 2.2.2 纳米结构加工方法 |
| 2.3 磁光薄膜结构和性能表征方法 |
| 2.3.1 X射线衍射 |
| 2.3.2 磁滞回线表征 |
| 2.3.3 棱镜耦合衰减全反射光谱 |
| 2.3.4 法拉第旋光光谱 |
| 2.3.5 基于光谱椭偏仪的薄膜光学常数表征 |
| 2.4 MOSPR结构理论计算和模拟方法 |
| 2.4.1 COMSOL数值模拟 |
| 2.4.2 磁光4×4转移矩阵法 |
| 2.4.3 全介质谐振与多极分解 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 传播型磁光表面等离子激元结构 |
| 3.1 前言 |
| 3.2 Ag/Ce:YIG磁光表面等离子共振结构 |
| 3.2.1 Ag/Ce:YIG结构和工作原理 |
| 3.2.2 Ag/Ce:YIG结构的传感优值分析 |
| 3.2.3 Ag/Ce:YIG结构数值与解析计算比较 |
| 3.3 基于Fano共振的Au/Ce:YIG/TiN MOSPR结构 |
| 3.3.1 Au/Ce:YIG/TiN结构和工作原理 |
| 3.3.2 Au/Ce:YIG/TiN结构的模式分析 |
| 3.3.3 Au/Ce:YIG/TiN结构的理论优值优化 |
| 3.3.4 Au/Ce:YIG/TiN结构的实验制备 |
| 3.3.5 Au/Ce:YIG/TiN结构的传感表征 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 局域型磁光表面等离子共振结构 |
| 4.1 前言 |
| 4.2 基于局域共振模式的磁场可调手性结构 |
| 4.2.1 Au/Ce:YIG/TiN孔洞结构的设计和制备 |
| 4.2.2 Au/Ce:YIG/TiN孔洞结构的模式和外禀手性分析 |
| 4.2.3 Au/Ce:YIG/TiN孔洞结构的磁控外禀手性设计和表征 |
| 4.2.4 Au/Ce:YIG/TiN孔洞结构的磁场调控手性成像 |
| 4.3 铁电氧化铪二阶非线性超表面研究 |
| 4.3.1 Au/Y:HfO_2/TiN光栅结构的设计和工作原理 |
| 4.3.2 Au/Y:HfO_2/TiN光栅结构的线性光学响应 |
| 4.3.3 Au/Y:HfO_2/TiN光栅结构的二阶非线性光学响应 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 基于新材料与新结构的磁光表面等离子器件 |
| 5.1 前言 |
| 5.2 基于钡六角铁氧体介质谐振效应的非互易超表面 |
| 5.2.1 钡六角铁氧体材料磁导率分析 |
| 5.2.2 钡六角铁氧体全介质结构设计和理论分析 |
| 5.2.3 钡六角铁氧体全介质结构实验制备和测试 |
| 5.3 Au/Graphene光栅结构太赫兹频段磁光法拉第旋光器 |
| 5.3.1 Au/Graphene光栅结构的设计 |
| 5.3.2 Au/Graphene光栅结构的磁光优值与结构尺寸相关性 |
| 5.3.3 Au/Graphene光栅结构的磁光优值与费米能级相关性 |
| 5.3.4 Au/Graphene光栅结构的工作机理分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 全文的总结与展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 后续工作与展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间取得的成果 |
（7）硅集成YIG基磁光薄膜及光隔离器制备与性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 主要符号表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究工作的背景与意义 |
| 1.2 光隔离器半导体集成的研究进展 |
| 1.3 磁光材料 |
| 1.4 磁光材料与器件的集成 |
| 1.5 论文的主要贡献及创新 |
| 第二章 理论及实验方法 |
| 2.1 磁光效应理论 |
| 2.1.1 法拉第效应 |
| 2.1.2 科顿-穆顿效应 |
| 2.2 波导集成光隔离器理论及仿真方法 |
| 2.2.1 波导模场计算 |
| 2.2.2 非互易相移效应 |
| 2.2.3 多模干涉效应 |
| 2.3 薄膜及器件制备方法 |
| 2.3.1 脉冲激光沉积(PLD) |
| 2.3.2 硅波导器件制备方法 |
| 2.4 薄膜表征方法 |
| 第三章 硅集成多晶YIG薄膜的制备及性能研究 |
| 3.1 前言 |
| 3.2 YIG薄膜的结构和性能研究 |
| 3.2.1 沉积工艺对结构及性能的影响 |
| 3.2.2 MgO缓冲层对YIG薄膜结构和性能的影响 |
| 3.3 YIG薄膜损耗的研究 |
| 3.3.1 基于共平面波导法表征硅基YIG薄膜的磁损耗 |
| 3.3.2 厚度对YIG薄膜光学损耗的影响 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 硅集成Ce:YIG薄膜的理论及实验研究 |
| 4.1 前言 |
| 4.2 Ce~(3+)离子掺杂YIG薄膜增强磁光效应机制的理论分析 |
| 4.3 氧空位缺陷对Ce~(3+)离子固溶度影响的理论分析 |
| 4.4 Ce_(1.5)Y_(1.5)Fe_5O_(12)薄膜的制备及性能表征 |
| 4.4.1 硅集成Ce:YIG薄膜的制备及结构表征 |
| 4.4.2 硅集成Ce:YIG薄膜的磁光效应及光学性能表征 |
| 4.4.3 氧分压对Ce:YIG薄膜光学损耗的影响 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 磁致伸缩离子掺杂调控硅集成YIG薄膜磁各向异性 |
| 5.1 前言 |
| 5.2 Dy~(3+)离子掺杂调控YIG薄膜磁各向异性的机制 |
| 5.3 多晶Dy:CeYIG薄膜的制备及表征 |
| 5.3.1 Dy:CeYIG薄膜的结构及性能 |
| 5.3.2 厚度对Dy:CeIG薄膜矫顽力的调控 |
| 5.3.3 Dy:CeYIG薄膜的光学损耗 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 硅基单片集成的宽带磁光隔离器 |
| 6.1 前言 |
| 6.2 马赫-曾德尔干涉结构磁光隔离器的工作原理 |
| 6.3 硅基集成磁光隔离器的设计与制备 |
| 6.3.1 TM模式磁光隔离器的设计 |
| 6.3.2 TE模式磁光隔离器的设计 |
| 6.3.3 硅波导及磁光隔离器的制备及表征 |
| 6.4 宽带集成磁光隔离器的性能表征和分析 |
| 6.5 本章小结 |
| 第七章 全文总结及展望 |
| 7.1 全文总结 |
| 7.2 后续工作展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间取得的成果 |
（8）磁光调制偏振测量（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 地球磁场测量的现状及意义 |
| 1.1.1 地球磁场测量的现状 |
| 1.1.2 地球磁场测量的意义 |
| 1.1.3 磁旋光成像地球磁场测量方法的提出 |
| 1.2 磁光效应及其应用 |
| 1.2.1 磁光效应 |
| 1.2.2 磁光效应在磁场测量方面的应用 |
| 1.2.3 磁畴观测与磁光成像 |
| 1.3 本文所要做的工作及意义 |
| 1.3.1 本文所做工作的内容 |
| 1.3.2 本文所做工作的意义 |
| 1.4 本章小结 |
| 第二章 磁光效应 |
| 2.1 磁光效应理论基础 |
| 2.1.1 经典电子动力学理论 |
| 2.1.2 宏观理论 |
| 2.1.3 量子理论 |
| 2.2 各种磁光效应 |
| 2.2.1 法拉第磁致旋光效应原理 |
| 2.2.2 克尔效应 |
| 2.2.3 塞曼效应 |
| 2.2.4 磁线振双折射和磁线振二向色性 |
| 2.3 本章小结 |
| 第三章 磁光调制偏振测量 |
| 3.1 理论基础及检测方法 |
| 3.1.1 马吕斯定律 |
| 3.1.2 偏光检测方法 |
| 3.2 基于正弦波信号的磁光调制方法——倍频法 |
| 3.2.1 正弦波调制的理论原理 |
| 3.2.2 磁光调制法的模拟 |
| 3.3 正弦波调制实验 |
| 3.3.1 实验光路和装置 |
| 3.3.2 正弦波调制实验验证 |
| 3.3.3 正弦波调制精度分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 基于方波信号的磁光调制法 |
| 4.1 方波调制的模拟 |
| 4.2 方波调制的实验 |
| 4.2.1 实验光路和装置 |
| 4.2.2 方波调制实验验证 |
| 4.2.3 方波调制精度分析 |
| 4.3 本章小结 |
| 参考文献 |
| 总结 |
| 攻读硕士学位期间取得的科研成果 |
| 致谢 |
（9）脉冲强磁场下顺磁性材料中的磁光效应研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 1 绪论 |
| 1.1 磁光效应的基本知识 |
| 1.2 脉冲强磁场下磁光效应的研究进展 |
| 1.3 本文的工作和目的 |
| 2 法拉第磁光效应的经典理论 |
| 2.1 法拉第效应的宏观理论 |
| 2.2 有效场 |
| 2.3 法拉第效应的经典电子动力学理论 |
| 2.4 顺磁性介质情形 |
| 2.5 总结 |
| 3 法拉第磁光效应的量子理论 |
| 3.1 量子理论的基本关系式 |
| 3.2 顺磁性物质中的法拉第磁光效应 |
| 3.3 结果分析和实验比较 |
| 3.4 总结 |
| 4 脉冲强磁场下顺磁性材料中的法拉第磁光效应的量子理论研究 |
| 4.1 实验背景 |
| 4.2 量子理论分析 |
| 4.3 结果和讨论 |
| 4.4 总结 |
| 5 结论 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录1 攻读硕士学位期间完成的论文目录 |
（10）克尔磁光效应的经典理论分析（论文提纲范文）
| 一、引言 |
| 二、极向克尔效应 |
| 1. 反射系数矩阵 |
| 2. 极向克尔旋转 |
| 3. 有效场 |
| 4.讨论 |
| 三、横向克尔效应 |
四、克尔磁光效应的经典理论分析（论文参考文献）
- [1]基于磁光效应的电磁内爆装置负载电流测量技术研究[D]. 赵新才. 中国工程物理研究院, 2020(01)
- [2]表面等离激元增强磁光效应研究[D]. 杨润. 电子科技大学, 2020(07)
- [3]磁纳米有序结构阵列薄膜制备及其磁光效应[D]. 张伟伟. 北京科技大学, 2019(07)
- [4]周期性纳米结构薄膜的制备与磁光特性研究[D]. 李道勇. 南京大学, 2016(08)
- [5]周期性磁等离激元纳米结构的光学和磁光特性研究[D]. 类成新. 南京大学, 2017(08)
- [6]基于磁性氧化物的磁光等离子光学材料及器件研究[D]. 秦俊. 电子科技大学, 2019(04)
- [7]硅集成YIG基磁光薄膜及光隔离器制备与性能研究[D]. 张燕. 电子科技大学, 2019(04)
- [8]磁光调制偏振测量[D]. 李丹. 西北大学, 2010(09)
- [9]脉冲强磁场下顺磁性材料中的磁光效应研究[D]. 郑志磊. 华中科技大学, 2007(05)
- [10]克尔磁光效应的经典理论分析[J]. 刘公强,吴蓓,虞志强,刘湘林. 光学学报, 1990(01)