一種用於寬帶betway竞猜工作的磁非互易隔離器

法拉第隔離器是一種電磁不可逆裝置，是光子學中的關(guan) 鍵元素。要求屏蔽電磁源免受背向反射光的影響，並限製背向傳(chuan) 播自發輻射的有害影響。通用的隔離器變體(ti) ，循環器，被廣泛用於(yu) 在向前傳(chuan) 播和向後傳(chuan) 播的波之間獲得完quan的分離，從(cong) 而僅(jin) 在反射中實現所需的傳(chuan) 遞函數。在這裏，我們(men) 演示了一種不可逆的betway竞猜法拉第隔離器，其工作頻率超過了十倍頻帶寬，這是實現與(yu) 寬帶源所產(chan) 生的（幾個(ge) 周期）脈衝(chong) 進行隔離的必要要求。利用的介質允許使用SrFe12O19betway竞猜透明永磁體(ti) 獲得高達194 / T的寬帶旋轉。與(yu) 迄今為(wei) 止實現的所有光學隔離器相比，這反過來又可以設計獨立的完整betway竞猜隔離器，而無需借助外部磁場偏置。

雖然一般的非真空材料本質上是一種電磁反射/吸收衰減器，但其相位傳(chuan) 遞函數通常很難控製。然而，控製階段始終是相當重要的。相位延遲器(PRs)，即在傳(chuan) 輸或反射波上引起相位偏移的設備，是任何通信或電磁處理係統的基本組成部分。它們(men) 是許多複雜設備的核心。，如過濾器、延遲線、調製器、隔離器、開關(guan) 和循環器。

雖然透明的雙折射晶體(ti) (即折射率隨光偏振和傳(chuan) 播方向而變化的晶體(ti) )自然會(hui) 在兩(liang) 個(ge) 不同的場分量之間引起相移，但這種線性場物質相互作用，根據定義(yi) ，是相互的。換句話說，反射的偏振光在通過相同的雙折射介質時恢複了它們(men) 原來的偏振狀態。磁場物質與(yu) 受磁場作用的介質的相互作用可以表現出這種對稱性的破壞。一個(ge) 多世紀以前，瑞利勳爵描述了一種基於(yu) 法拉第旋轉原理的單向傳(chuan) 輸係統。線偏振光可以分解為(wei) 兩(liang) 個(ge) 等振幅的反向旋轉的圓形本征模。在法拉第旋轉器中，當波矢量反轉時，圓本征模之間的相移符號反轉。由於(yu) 這伴隨著傳(chuan) 播坐標的反轉，無論是正向傳(chuan) 播還是反向傳(chuan) 播都會(hui) 產(chan) 生相同的相位延遲(即符號相同)，導致輸出偏振態不同於(yu) 反射波中的輸入偏振態。因此，如果旋轉角度被調整到45°，並且旋轉介質被放置在兩(liang) 個(ge) 特別對齊的偏振器之間，光隻向一個(ge) 方向傳(chuan) 播。

這種不可逆性在許多基本係統中都有應用。在微波係統中，隔離器、回轉器和循環器是過去半個(ge) 世紀以來微波係統中至關(guan) 重要的不可逆元件的基本例子。從(cong) 光頻上看，隔離器在激光器件和光子電路的實現中都是非常受歡迎的。

在千兆赫頻段的上端，隔離器已經成為(wei) 重要係統運行和測試的關(guan) 鍵部件，比如自由電子激光器 (240 GHz)和平板伸縮器 (320 GHz)。可用的隔離頻率線和最高可達到的隔離頻率設置了該設備可應用於(yu) 的係統範圍的限製。

betway竞猜產(chan) 生與(yu) 探測的最新進展，使我們(men) 能夠利用覆蓋整個(ge) betway竞猜頻譜的波。可調諧窄帶和超寬帶源以及探測器都是可用的。這樣的來源發現了廣泛的應用範圍，從(cong) 觸發非線性現象到線性應用，如成像、通信和化學和爆炸的光譜學。在所有這些情況下，實驗需要寬帶或可調源，這很容易覆蓋超過一個(ge) 光譜十年。雖然源和檢測器可以處理寬帶脈衝(chong) ，但支持設備(如調製器、隔離器、過濾器等)仍然是實際的帶寬瓶頸。根據這項工作，一個(ge) 隔離器，或者一般來說，一個(ge) 不可逆的PR是一個(ge) 基本元素，例如，為(wei) betway竞猜激光器和放大器奠定了基礎。

我們(men) 想強調的是，這樣的約束在betway竞猜區域是非常重要的，因為(wei) 相對帶寬很大，而在光學，光譜寬度通常是載波頻率的一小部分。毫不奇怪，由於(yu) 這些嚴(yan) 格的限製，盡管它的重要性很大，betway竞猜隔離器還沒有實現到目前為(wei) 止。

在這裏，我們(men) 演示了氧化鍶(SrFe₁₂O₁₉)磁鐵，商用鐵氧體(ti) ，可以作為(wei) 超寬帶可調的不可逆PRs在betway竞猜頻率。通過控製誘導延遲，我們(men) 演示了一個(ge) 全功能的betway竞猜隔離器，工作頻率超過10年。

結果

結構與(yu) 磁性

法拉第旋轉betway竞猜頻率已證明在室溫下的固體(ti) 和液體(ti) 樣品。然而，相比之下，我們(men) 的PR在實現隔離設備方麵有三個(ge) 主要優(you) 勢。

1.感應法拉第旋轉對betway竞猜波段的頻率敏感。這主要是由於(yu) 鍶鐵氧體(ti) 表現出約50-60 GHz(取決(jue) 於(yu) 外加磁場)的鐵磁共振，遠低於(yu) betway竞猜體(ti) 製。這允許非常低的分散操作。

2.雖然鐵氧體(ti) 通常表現出類似於(yu) 導電鐵磁體(ti) 的磁性，但它們(men) 的導電性一般都很低。隔離器需要PRs，在傳(chuan) 輸時獲得明顯的極化旋轉。這直接將最大可達旋轉與(yu) 固有損耗聯係起來。betway竞猜低損耗介質，因此，是基本的實際設備。

2.SrFe₁₂O₁₉屬於(yu) 一般的永磁體(ti) (硬磁體(ti) )，即在沒有外加磁場的情況下仍然保持其磁態。因此，與(yu) 光學相反，外部磁體(ti) 不需要維持隔離器的運行。

樣品參數的示意圖如圖1a所示，以及本工作中使用的旋轉表征設置和betway竞猜極化約定。我們(men) 的樣品是一個(ge) 直徑25.4毫米，厚度3毫米的圓盤，可以在任何方向上磁化。利用x射線衍射(XRD)對SrFe₁₂O₁₉的相結構進行了驗證。使用振動樣品磁強計(VSM)發現樣品的飽和磁化強度為(wei) 360 kAm^-1。

介電和betway竞猜特性

測量複介電函數，即在這項工作中提出的光譜測量已經使用標準betway竞猜時域光譜學(THz-TDS) setup35進行。betway竞猜脈衝(chong) 是由飛秒Ti:藍寶石激光脈衝(chong) (130-fs長，重複頻率為(wei) 1 kHz)在ZnTe晶體(ti) 中通過光學整流產(chan) 生的，其波長以800 nm為(wei) 中心。該檢測是通過使用第二ZnTe晶體(ti) 的光電采樣技術進行的。注意，我們(men) 使用了一個(ge) 相對厚(3毫米)的樣品，隔離特性要求磁場通過旋轉器兩(liang) 次。這將我們(men) 的透明窗口限製在0.08-0.8 THz。但是，如下一段所示，該器件具有較高的旋轉度，可以用1 mm厚的樣品實現隔離。

如圖1a所示，假設betway竞猜電場和磁場分別沿y軸和x軸振蕩，而betway竞猜波的波矢量位於(yu) 麵外(樣本法向)z方向。

為(wei) 了獲取樣品的複折射率，我們(men) 確定了場傳(chuan) 遞函數T(ω)定義(yi) 為(wei) :

T(ω)=E_s(ω)/ E_r(ω)

其中E_s(ω)和E_r(ω)分別是betway竞猜通過樣本傳(chuan) 播和樣本移除時檢測到的時域函數的傅裏葉變換(reference)。計算得到的非磁化樣品的折射率和吸收係數如圖1b,c所示。在這種情況下，介質不表現出任何明顯的各向異性，剩餘(yu) 的介質磁化強度不影響用於(yu) 計算介電函數的betway竞猜相位延遲。為(wei) 了使樣品退磁，我們(men) 施加了一個(ge) 反向磁場，以消除betway竞猜場照亮的整個(ge) 區域的淨麵外磁化。然而，需要注意的是，圖1c中所示的部分吸收來自於(yu) 磁疇壁損失，即在樣品磁化後，即在磁疇對準後，磁疇壁損失減小。

其中E_s(ω)和E_r(ω)分別是betway竞猜通過樣本傳(chuan) 播和樣本移除時檢測到的時域函數的傅裏葉變換(reference)。計算得到的非磁化樣品的折射率和吸收係數如圖1b,c所示。在這種情況下，介質不表現出任何明顯的各向異性，剩餘(yu) 的介質磁化強度不影響用於(yu) 計算介電函數的betway竞猜相位延遲。為(wei) 了使樣品退磁，我們(men) 施加了一個(ge) 反向磁場，以消除betway竞猜場照亮的整個(ge) 區域的淨麵外磁化。然而，需要注意的是，圖1c中所示的部分吸收來自於(yu) 磁疇壁損失，即在樣品磁化後，即在磁疇對準後，磁疇壁損失減小。

圖1 樣品表征:(a)測量樣品磁化狀態引起的相位延遲的三偏振器裝置示意圖。WGP1和WGP3設置為(wei) 0°(即網格線正交於(yu) betway竞猜電場極化，導致最大傳(chuan) 輸)。WGP2的方向分別是45°和-45°。(b)(c)SrFe₁₂O₁₉在0.15-1 THz頻率範圍內(nei) 的折射率和吸收係數。采用標準THz-TDS光譜法獲得樣品的傳(chuan) 遞函數，並從(cong) 中提取複介電函數。(d)不同磁化強度下相位延遲的頻譜依賴性。為(wei) 了確定裝置的不可逆性，我們(men) 將磁場方向反轉。一致地，測量的旋轉的符號改變了(虛線圖)。(e)在0.35 THz測量的相位延遲的剩磁磁化相關(guan) 性(線性檢驗)。(f)特定情況下傳(chuan) 輸betway竞猜脈衝(chong) :非磁化樣品(藍線)和WGP2分析儀(yi) 三個(ge) 方向-45°磁化樣品(紅、黑、綠線)。

相位延遲特性

從(cong) 非磁化狀態開始，通過逐步施加和，使樣品沿betway竞猜傳(chuan) 播軸永jiu磁化每次測量前的外部磁場。通過探測離樣品表麵一定距離處的磁感應，估算出每次測量時的麵外剩餘(yu) 磁化強度。隨後，根據飽和磁化強度對其進行校準(詳見方法)。在去除外加磁場後，磁化狀態也被發現是穩定的。材料在給定磁化狀態下的偏振態測量是通過由三個(ge) 線柵偏振器(WGP1;WGP2;和WGP3)，如圖1a所示。我們(men) 假設在0°時，線柵極化器對垂直極化的betway竞猜電場有透射作用，即其線梳是水平排列的。我們(men) 注意到這個(ge) 條件對應於(yu) 最大傳(chuan) 輸信號。

將WGP1和WGP3設置為(wei) 0°，以確保生成的和檢測到的信號都具有垂直線性極化。通過將WGP2的旋轉從(cong) 最大傳(chuan) 輸位置分別調整到45°和45°，我們(men) 探索了直接映射到圓形輻射本征模式的兩(liang) 個(ge) 正交偏振態。在不同的磁化強度下，法拉第偏振旋轉(相當於(yu) 相位延遲值的一半)和橢圓度都很容易被發現。當發射磁場呈現出可忽略的橢圓度時，在磁化感應強度為(wei) 540mT的B下，測量到210°的顯著延遲(圖1d)。

這種磁場相當於(yu) 從(cong) VSM測量中得到的318 kAm^-1的剩餘(yu) 磁化強度。

我們(men) 確定了磁費爾德常數,定義(yi) 為(wei) 法拉第旋轉歸一化磁化強度和樣品厚度d,有寬帶ν≈1.53 10³ rad T^-1m^-1,反過來導致品質因數(FOM)旋轉角筒子,1.376,0.620和0.096的rad計算最大旋轉角度為(wei) 0.2,0.3和0.5 THz。

在非磁化樣品的情況下，測量了一個(ge) 可忽略的旋轉(<6°)。該值與(yu) 橢圓偏振測量的精度一致，且小的剩餘(yu) 磁化強度總是由樣品的邊緣引起。反轉應用場的方向會(hui) 導致滯後符號的反轉。這證實了裝置的非互易性，並將其與(yu) 常規非磁性裝置區分開來。延遲也被發現在考慮的頻率範圍是平坦的。為(wei) 了檢驗延遲對磁場的依賴性，我們(men) 展示了不同磁化(M)水平下在0.35 THz時的相位延遲。正如所料, 實驗精度、延遲與(yu) 內(nei) 磁化強度成線性正比。

討論

由圖d提供的數據可以看出，當傳(chuan) 播長度為(wei) 3 mm時，樣品可以產(chan) 生210°的不可逆可調相位延遲。作為(wei) 一個(ge) 直接的應用，我們(men) 在這裏演示了一個(ge) 全功能的寬帶隔離器。隔離所需的相位延遲可以通過簡單地磁化樣品來獲得，從(cong) 而在通過它傳(chuan) 播時獲得45°的偏振旋轉(圖f)。由於(yu) 反射波的非互反性，通過隔振器反向傳(chuan) 播的反射波也會(hui) 發生相位差，共產(chan) 生90°偏振旋轉，即反射波相對於(yu) 原波發生交叉。

如果是0°對齊偏振鏡放置在隔離器前，這樣一個(ge) 反向傳(chuan) 播的交叉波被消除，並且不到達源或係統中的其他前段。利用從(cong) 測量中獲得的數據，我們(men) 施加了一個(ge) 與(yu) 135 kAm^-1的剩餘(yu) 磁化強度相對應的磁化場，以誘導所需的45度旋轉。所提出的betway竞猜隔離器的功能已經使用圖2所示的後向波特性設置進行了測試，其中一個(ge) 平麵鏡通常放置在樣品之後，以允許betway竞猜波通過相同的樣品進行反向傳(chuan) 播。在這個(ge) 配置中使用了兩(liang) 個(ge) 極化器，它們(men) 遵循典型的法拉第隔離器設計:WGP4設置為(wei) 0,WGP5設置為(wei) 45°。

圖2 隔離器特性設置。采用雙偏振器(WGP4和WGP5)結構。將WGP4設置為(wei) 0，以確保生成的信號和檢測到的信號都處於(yu) 垂直偏振狀態

 圖3 旋轉和相位延遲映射。當WGP2分別對準(a) -45°和(b) 45°時，傳(chuan) 輸betway竞猜波。當外加磁場的方向相反時，旋轉就會(hui) 改變符號。(c)不同磁化場的後向反射波。圖中標記出隔離和相位反轉點(在反射波中分別誘導90°和180°的轉動)。

圖3顯示了在橢圓偏振儀(yi) 的設置下，通過樣品的前向傳(chuan) 輸引起的旋轉的映射(圖3a,b)，以及在這種隔離器配置(但現在沒有WGP5)中，波被反向反射到源時所累積的總延遲(圖3c)。隔離點對應於(yu) 後向反射波的90°旋轉。值得注意的是，隨著磁化強度的進一步增加，後向反射可以完quan相位反轉。

圖4

由於(yu) 不可逆性，當磁場符號反轉時，整個(ge) 延遲過程反轉。為(wei) 了估計隔離深度，圖中顯示了從(cong) 圖3c在0和135 kAm^-1處提取的剩餘(yu) 磁化強度的兩(liang) 條時間線。當樣品未磁化時，當WGP5不存在或放置在0°方向時，後向反射場完quan透射。這表明沒有極化旋轉發生。偏振鏡引起了一個(ge) 小的延遲，因為(wei) 它可以很容易地通過簡單地比較兩(liang) 個(ge) 圖推導出來。相反，當介質被磁化，WGP5不存在或放置並定位於(yu) 45度時，沒有檢測到betway竞猜輻射並獲得完quan的隔離(在我們(men) 檢測的靈敏度範圍內(nei) )。由於(yu) WGP5的任何其他方向都沒有實現隔離，這證實了旋轉器在實驗精度範圍內(nei) 具有45°偏振旋轉。

綜上所述，我們(men) 介紹了一種在betway竞猜頻率下可調節的不可逆PR。通過對延遲的控製，我們(men) 設計並實驗了一種擴展到十倍頻寬的betway竞猜隔離器。本文提出的一般的不可逆相位延遲可以應用於(yu) 不可逆場位移、耦合和旋轉。我們(men) 相信，我們(men) 的研究結果將為(wei) 開發一種新的betway竞猜器件鋪平道路，這種betway竞猜器件利用磁場誘導的不可逆性，既可以作為(wei) 獨立元件，也可以與(yu) 其他交互係統集成，還可以實現betway竞猜激光器和放大器。

圖5 磁介質特性(a) SrFe12O19晶體(ti) 相的XRD測量譜。(b)由VSM測量得到的滯回曲線。(c)在不同磁化階段測量的樣品表麵特定點處的感應場。(d) WG2兩(liang) 個(ge) 正交方向的總發射功率與(yu) 誘導旋轉。綠色的是兩(liang) 種情況下的記錄功率之和。

研究方法

結構表征

利用XRD技術對樣品相進行表征，XRD技術是一種分析技術，可以用來揭示材料的化學和物理成分。由於(yu) x射線的波長與(yu) 原子間的距離相當，衍射x射線的測量提供了有關(guan) 晶體(ti) 結構的信息。一個(ge) 典型的衍射儀(yi) 記錄了衍射波在不同角度下的強度(XRD θ-2θ譜)。角譜是特定晶體(ti) 結構的特征，用於(yu) 識別和確定材料相位。我們(men) 使用Rigaku (D/MAX-2200/ PC) x射線衍射儀(yi) 和Cu K-alpha輻射線進行了表征，使用的是JCPDS文件編號33-1340。圖a為(wei) XRD θ-2θ譜，證實了SrFe12O19的結晶相。

磁介質特性

利用Lakeshore VSM(型號7400)在室溫下測量磁滯曲線(磁化狀態M與(yu) 外加感應場B)，對磁性介質進行了表征。圖b顯示了飽和磁化強度為(wei) 360 kAm-1時樣品的滯後行為(wei) 。為(wei) 了估算每個(ge) 磁化階段後的剩磁磁化強度，我們(men) 測量了樣品特定距離(d)處的感應場強(B₀)，並根據飽和時的剩磁(從(cong) 磁滯曲線得到)對其進行校準。磁感應隨距離樣品的距離衰減如圖c所示。

betway竞猜光譜和介電函數的計算

THz-TDS是betway竞猜體(ti) 製下材料表征的標準技術。由於(yu) 現有betway竞猜探測技術的相幹性，可以記錄betway竞猜場振幅的時間軌跡。它的傅裏葉變換揭示了betway竞猜脈衝(chong) 頻譜的振幅和相位。這使得對betway竞猜輻射和材料誘導效應的完整描述成為(wei) 可能，從(cong) 而為(wei) 提取betway竞猜區域的材料特性提供了一個(ge) 重要的光譜工具。作為(wei) 一個(ge) 直接的應用，我們(men) 使用THz-TDS來計算我們(men) 的樣品的複介電函數。該技術是基於(yu) 測量傳(chuan) 輸betway竞猜脈衝(chong) 通過樣品和相應的參考時，樣品被刪除。利用公式1計算透射幅值，得到折射率和材料吸收係數。

損耗和頻率依賴性

在這一節中，我們(men) 想要強調一個(ge) 真正的隔離器的兩(liang) 個(ge) 主要的非理想因素，確實影響我們(men) 在betway竞猜帶的實現:固有損耗和頻率依賴的延遲。

在鐵氧體(ti) 中，非磁化狀態的磁疇壁引起傳(chuan) 輸損耗。當樣品被磁化並且疇壁消失時，後者被減少。例如，雖然圖c顯示了未磁化樣品的特定(且相對較高)損耗，但當我們(men) 磁化樣品以獲得45°轉(隔離器所需)時，樣品的功率傳(chuan) 輸增加了22%，如圖d所示。最重要的是，除了SrFe12O19在betway竞猜範圍內(nei) 相對透明外，這種材料在沿傳(chuan) 播方向磁化時不表現出明顯的圓二色性。這意味著緩速器的右圓偏振模和左圓偏振模經曆相同的衰減。換句話說，旋轉和隔離特性不受損耗的影響。鑒於(yu) 此，我們(men) 想強調，選擇隔離器材料的關(guan) 鍵標準是相位延遲與(yu) 頻率的獨立性。

關(guan) 於(yu) betway竞猜波長隔離裝置的可行性，參考文獻顯示，一般來說，不依賴頻率的旋轉預期高於(yu) 材料磁共振。對於(yu) 許多鐵氧體(ti) 來說，後者很方便地位於(yu) 次betway竞猜區域。此外，鐵氧體(ti) 在betway竞猜域中表現出較低的群速度色散，這一特性在處理短(寬帶)脈衝(chong) 傳(chuan) 播時一直被認為(wei) 是一種優(you) 勢。由於(yu) 我們(men) 的檢測係統的信噪比有限和我們(men) 相對較大的樣本厚度，我們(men) 無法表征超過1 THz的延遲。然而，我們(men) 期望在磁化飽和(~1 mm)條件下，通過使用所需的厚度來獲得45°偏振旋轉，隔振器的透明窗口將一致放大。

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