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磁流体新型磁光调制特性的研究

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时间:2018-11-24 18:55:12

    纳米磁流体是一种由纳米级强磁性颗粒均匀分散于载液中形成的稳定的胶体,是一种新型功能复合材料。它不但具有一般固体磁性物质的磁性,还具备液体的流动性。磁流体内部的磁性颗粒在外加磁场作用下可以实现可调谐的规律性有序分布,使得磁流体在外加磁场作用下能表现出许多独特的光学性质,如:法拉第效应、双折射效应和二向色性等等。 磁流体在外加磁场作用下的磁光调制作为磁流体的一个重要应用,一直以来都是人们研究的热点。本论文中,我们在传统的磁流体磁光调制的研究基础上,设计了一种简易可行的方案,实现了一种新型可调谐的磁光调制。在外加恒定磁场的作用下,通过改变经过磁流体样品的入射光的偏振方向实现了对透射光光强的可调谐性调制,同时还研究了入射光的偏振方向对磁流体此种新型可调谐磁光调制过程中的调制特性和弛豫特性(第一弛豫过程和第二弛豫过程)的具体影响。实验结果表明,磁流体此种新型磁光调制的调制深度随着(入射光的偏振方向与外加磁场方向之间的夹角)的增大而增大,但其相应的响应时间与入射光偏振方向的改变无关。当外加磁场的强度为390Oe时,入射光的偏振方向与外加磁场的方向平行时,体积分数为5.62%的磁流体样品具有最大的调制深度(-52.35%)。磁流体的这种在外加磁场作用下的可调谐性磁光调制的物理机理,我们根据磁流体在外加磁场作用下的二向色性进行了合理的解释。 文中还对磁流体在纵场(入射光的传输方向平行与外加磁场的方向)和横场(入射光的传输方向垂直与外加磁场的方向)实验环境下的磁光调制进行了详细的研究。当入射光的偏振方向恒定时,我们具体研究了外加磁场的强度以及磁流体样品的浓度对磁流体磁光调制过程中的调制特性以及弛豫特性(上升弛豫过程和下降弛豫过程)的影响。结果表明,纵场和横场实验环境中,随着外加磁场强度的持续增加,纳米磁流体磁光调制过程中的上升弛豫过程对应的上升时间先增大到一定值以后有一个快速的跌落现象,随后保持不变。而纳米磁流体磁光调制过程中的下降弛豫过程对应的下降时间以及透射光光强的调制深度都表现出先随着外加磁场的增强而增加,至一定程度以后均趋于饱和。同时,外加磁场作用下纳米磁流体磁光调制过程中的调制特性和弛豫特性也与磁流体样品的浓度有关,纳米磁流体样品的浓度越大,磁光调制过程中的上升时间和透射光光强的调制深度也越大,而其下降时间反而减小。实验分析还表明,在纵场和横场实验环境下,磁流体磁光调制过程中调制特性和弛豫特性表现基本一致,无明显差异。在纵场环境下,当外加磁场强度为134Oe时,所研究的样品中得到的最短响应时间为:0.54389s。论文还对磁流体磁光调制过程中的透射光光强的调制深度进行了定量的分析,得到体积分数为5.62%的样品在横场实验环境下(磁场强度为642.8Oe)具备最大调制深度(65.56%)。 这些研究结果有利于更深入地认识磁流体在外加磁场作用下的磁光调制特性,对于基于纳米磁流体的新型光子器件的研制以及改善其灵敏度、精确性等指标均有着实际的指导意义。