磁学百科丨磁光效应

在磁场或磁矩作用下，物质的电磁特性（如磁导率、介电常数、磁化强度、磁畴结构、磁化方向等）会发生变化，因而使通向该物质的光的传输特性也随之发生变化。光通向磁场或磁矩作用下的物质时，其传输特性的变化称为磁光效应，具有磁光效应的材料称为磁光材料。

磁光效应的本质是在外加磁场和光波电场共同作用下的非线性极化过程，具有独特的光学非互易性，即磁致旋光现象具有不可逆性，这个特点是磁光材料的旋光性和自然旋光现象的根本区别。磁光效应的大小决定于物质的特性，通常将具有较大磁光效应的物质称为磁光材料。

一般情况下，磁光效应随物质磁化强度的增大而增大。因此，大部分磁光材料都是磁性材料。磁光效应一般包括：①磁光法拉第效应；②磁光克尔效应；③科顿-穆顿效应；④磁圆振、磁线振二向色性；⑤塞曼效应；⑥磁激发光散射；⑦霍尔效应等。

磁光法拉第效应

1845年法拉第发现玻璃在强磁场的作用下具有旋光性，加在玻璃棒上的磁场引起了平行于磁场方向传播的线偏振光偏振面的旋转。此现象被称为法拉第效应。法拉第效应第一次显示了光和电磁现象之间的联系，促进了对光本性的研究。费尔德（Verdet）通过对许多介质的磁致旋转进行了研究，发现法拉第效应在固体、液体和气体中都存在。大部分物质的法拉第效应很弱，掺稀土离子玻璃的费尔德常数稍大。近年来研究的钇铁石榴石等晶体的费尔德常数较大，从而大大提高了实用价值。

磁光克尔效应

克尔磁光效应就是入射的线偏振光在已磁化的物质表面反射时，振动面发生旋转的现象，1876年由J．克尔发现。特定条件下材料的旋光率用沿光传播方向磁饱和的单位厚度样品产生的旋转角度来表示。当线偏振光被磁化了的铁磁体表面反射时，反射光将是椭圆偏振的，并且以椭圆长轴为标志的偏振面相对于入射偏振光的偏振面旋转了一个角度，即磁光克尔效应。

科顿-穆顿效应

当线偏振光垂直于磁化强度矢量方向透通铁磁晶体时，光波的电矢量分成两束，一束与磁化强度矢量平行，称正常光波，另一束与磁化强度矢量垂直，称非正常光波，两者之间有相位差8。因两种光波在铁磁体内的折射率不同而产生双折射现象，称为科顿-穆顿效应。

科顿-穆顿效应又称磁双折射效应，简记为MLB。1907年A．科顿和H．穆顿发现，光在透明介质中传播时，若在垂直于光的传播方向上加一外磁场，则介质表现出单轴晶体的性质，光轴沿磁场方向，主折射率之差正比于磁感应强度的平方。此效应也称磁致双折射。

磁圆振、磁线振二向色性

磁圆振二向色性发生在光沿平行于磁化强度Ms方向传播时，由于铁磁体对入射线偏振光的两个圆偏振态的吸收不同，一个圆偏振态的吸收大于另一个圆偏振态的吸收，结果造成左、右圆偏振态的吸收有差异，此现象称为磁圆二向色性。
磁线振二向色性发生在光沿着垂直于磁化强度Ms方向传播时，铁磁体对两个偏振态的吸收不同，两个偏振态以不同的衰减通过铁磁体，这种现象称为磁线振二向色性。

塞曼效应

光源在强磁场（105～106A／m）中发射的谱线，受到磁场的影响而分裂为几条，分裂的各谱线间的间隔大小与磁场强度成正比的现象，称为塞曼效应。1896年，荷兰物理学家塞曼发现，原子光谱线在外磁场发生了分裂。随后洛仑兹在理论上解释了谱线分裂成3条的原因。

塞曼效应是继1845年法拉第效应和1875年克尔效应之后发现的第三个磁场对光有影响的实例。塞曼效应证实了原子磁矩的空间量子化，为研究原子结构提供了重要途径，被认为是19世纪末20世纪初物理学最重要的发现之一。利用塞曼效应可以测量电子的荷质比。在天体物理中，塞曼效应还可以用来测量天体的磁场。

磁激发光散射

如图所示，Z轴方向施加一恒磁场，磁化强度Ms绕Z轴进动，Ms在OZ轴的分量Mz＝常数，在YOZ平面里的旋转分量为mk（ωk），它是被激发出的以wk为本征进动频率的自旋波磁振子。当沿OY轴有光传播，则沿OX轴有电场强度分量Ex（ω）并与mk（ωk）发生相互用，结果是在OZ轴方向产生电极化强度分量Pz（ω±ωk）的辐射就构成一级拉曼散射，称为磁激发散射。

霍尔效应

通有电流的铁磁体置于均匀磁场中，如果磁场的方向与电流的方向垂直，载流子在磁场中受洛仑兹力的作用，它就会发生在垂直于磁场和电流的两个方向的偏移，样品的两端之间产生电场EH， 这种现象称为霍尔效应。

审核编辑：刘清