ปรากฏการณ์แมกเนโตออปติกคือปรากฏการณ์หลายอย่างที่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าแพร่กระจายผ่านตัวกลางที่เปลี่ยนแปลงไปเนื่องจากการมีอยู่ของสนามแม่เหล็ก กึ่งสถิต ในตัวกลางดังกล่าว ซึ่งเรียกอีกอย่างว่าไจโรโทรปิกหรือไจโรแมกเนติก การโพลาไรเซชันแบบวงรีที่หมุนซ้ายและขวาสามารถแพร่กระจายด้วยความเร็วที่ต่างกัน นำไปสู่ปรากฏการณ์สำคัญหลายอย่าง เมื่อแสงส่งผ่านชั้นของวัสดุแมกเนโตออปติก ผลที่ได้เรียกว่าปรากฏการณ์ฟาราเดย์ : ระนาบของการโพลาไรเซชันสามารถหมุนได้ ทำให้เกิดตัวหมุนฟาราเดย์ผลของการสะท้อนจากวัสดุแมกเนโตออปติกเรียกว่า ปรากฏการณ์ เคอร์แมกเนโตออปติก (ไม่ควรสับสนกับปรากฏการณ์เคอ ร์ แบบไม่เชิงเส้น )

โดยทั่วไป ปรากฏการณ์แม่เหล็กไฟฟ้าจะทำลายสมมาตรการย้อนกลับของเวลา ในระดับท้องถิ่น (กล่าวคือ เมื่อพิจารณาเฉพาะการแพร่กระจายของแสงเท่านั้น โดยไม่พิจารณาแหล่งกำเนิดสนามแม่เหล็ก) รวมถึงความสมดุลของลอเรนซ์ซึ่งเป็นเงื่อนไขที่จำเป็นสำหรับการสร้างอุปกรณ์ต่างๆ เช่นตัวแยกแสง (ซึ่งแสงสามารถผ่านได้ในทิศทางเดียว แต่ไม่สามารถผ่านในอีกทิศทางหนึ่งได้)

วัสดุไจโรโทรปิกสองชนิดที่มีทิศทางการหมุนของโพลาไรเซชันหลักสองทิศทางกลับกัน ซึ่งสอดคล้องกับเทนเซอร์ ε เชิงซ้อนคู่ควบสำหรับตัวกลางที่ไม่มีการสูญเสีย เรียกว่าไอโซเมอร์เชิงแสง

โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ในวัสดุแม่เหล็กไฟฟ้า การมีอยู่ของสนามแม่เหล็ก (ไม่ว่าจะมาจากภายนอกหรือเนื่องจากตัววัสดุเองเป็นเฟอร์โรแมกเนติก ) สามารถทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงใน เทนเซอร์ สภาพยอมทางไฟฟ้า ε ของวัสดุได้ ε จะกลายเป็นค่าแอนไอโซโทรปิก เป็นเมทริกซ์ 3×3 ที่มี ส่วนประกอบนอกแนวทแยงมุม เป็นจำนวนเชิงซ้อน ขึ้นอยู่กับความถี่ ω ของแสงตกกระทบ หากสามารถละเลยการสูญเสียจากการดูดกลืนได้ ε จะเป็นเมทริกซ์เฮอร์มิเชียนแกนหลักที่ได้ ก็จะเป็นจำนวนเชิงซ้อนเช่นกัน ซึ่งสอดคล้องกับแสงโพลาไรซ์แบบวงรี ที่โพลาไรซ์หมุนซ้ายและขวาสามารถเดินทางด้วยความเร็วที่ต่างกัน (คล้ายกับการหักเหสองทิศทาง )

โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ในกรณีที่สามารถละเลยการสูญเสียจากการดูดกลืนได้ รูปแบบทั่วไปที่สุดของเฮอร์มิเชียน ε คือ:

${\displaystyle \varepsilon ={\begin{pmatrix}\varepsilon _{xx}'&\varepsilon _{xy}'+ig_{z}&\varepsilon _{xz}'-ig_{y}\\\varepsilon _{xy}'-ig_{z}&\varepsilon _{yy}'&\varepsilon _{yz}'+ig_{x}\\\varepsilon _{xz}'+ig_{y}&\varepsilon _{yz}'-ig_{x}&\varepsilon _{zz}'\\\end{pmatrix}}}$

หรือกล่าวอีกนัยหนึ่ง ความสัมพันธ์ระหว่างสนามการกระจัดDและสนามไฟฟ้าEคือ:

${\displaystyle \mathbf {D} =\varepsilon \mathbf {E} =\varepsilon '\mathbf {E} +i\mathbf {E} \times \mathbf {g} }$

ที่ไหน${\displaystyle \varepsilon '}$เป็นเมทริกซ์สมมาตร จริง และ${\displaystyle \mathbf {g} =(g_{x},g_{y},g_{z})}$เป็นเวกเตอร์เสมือน จริง ที่เรียกว่าเวกเตอร์ไจเรชันซึ่งโดยทั่วไปแล้วขนาดของมันมีขนาดเล็กเมื่อเทียบกับค่าไอเกนของ${\displaystyle \varepsilon '}$ทิศทางของgเรียกว่าแกนไจเรชันของวัสดุ ในลำดับแรกgจะแปรผันตรงกับสนามแม่เหล็กที่ ใช้

${\displaystyle \mathbf {g} =\varepsilon _{0}\chi ^{(m)}\mathbf {H} }$

ที่ไหน${\displaystyle \chi ^{(m)}\!}$คือค่าความไวต่อสนามแม่เหล็กเชิงแสง (ซึ่งเป็นค่าสเกลาร์ในตัวกลางไอโซโทรปิก แต่โดยทั่วไปแล้วจะเป็นค่าเทนเซอร์ ) หากค่าความไวนี้ขึ้นอยู่กับสนามไฟฟ้า ก็จะสามารถเกิด ปรากฏการณ์ ทางแสงแบบไม่เชิงเส้นของการสร้างพารามิเตอร์ทางแสง ด้วยสนามแม่เหล็ก (ซึ่งคล้ายคลึงกับปรากฏการณ์พ็อกเกลส์ที่ความแรงถูกควบคุมโดยสนามแม่เหล็กที่ใช้)

กรณีที่ง่ายที่สุดในการวิเคราะห์คือกรณีที่gเป็นแกนหลัก (เวกเตอร์ลักษณะเฉพาะ) ของ${\displaystyle \varepsilon '}$และค่าไอเกนอีกสองค่าของ${\displaystyle \varepsilon '}$เหมือนกันทุกประการ จากนั้น เพื่อความเรียบง่าย เราให้gอยู่ใน ทิศทาง zเทนเซอร์ ε จะลดรูปเหลือเป็นดังนี้:

${\displaystyle \varepsilon ={\begin{pmatrix}\varepsilon _{1}&+ig_{z}&0\\-ig_{z}&\varepsilon _{1}&0\\0&0&\varepsilon _{2}\\\end{pmatrix}}}$

โดยทั่วไปแล้ว เราจะพิจารณาแสงที่แพร่กระจายใน ทิศทาง z (ขนานกับg ) ในกรณีนี้ คำตอบคือคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าแบบโพลาไรซ์วงรีที่มีความเร็วเฟส${\displaystyle 1/{\sqrt {\mu (\varepsilon _{1}\pm g_{z})}}}$(โดยที่ μ คือค่าสภาพซึมผ่านของแม่เหล็ก ) ความแตกต่างของความเร็วเฟสนี้ทำให้เกิดปรากฏการณ์ฟาราเดย์

สำหรับแสงที่แผ่กระจายในแนวตั้งฉากกับแกนการหมุนอย่างสมบูรณ์ คุณสมบัติดังกล่าวเรียกว่าปรากฏการณ์คอตตอน-มูตงและใช้สำหรับตัวหมุนเวียนแสง (Circulator )

การหมุนของเคอร์และความรีของเคอร์

การหมุนเคอร์และความรีเคอร์ คือการเปลี่ยนแปลงในทิศทางการโพลาไรซ์ของแสงตกกระทบที่สัมผัสกับวัสดุไจโรแมกเนติก การหมุนเคอร์คือการหมุนในระนาบการโพลาไรซ์ของแสงที่ส่งผ่าน และความรีเคอร์คืออัตราส่วนของแกนหลักต่อแกนรองของวงรีที่เกิดจาก แสงโพลาไรซ์ แบบวงรีบนระนาบที่แสงเคลื่อนที่ผ่าน การเปลี่ยนแปลงในทิศทางของแสงตกกระทบแบบโพลาไรซ์สามารถวัดปริมาณได้โดยใช้คุณสมบัติทั้งสองนี้

ตามหลักฟิสิกส์คลาสสิก ความเร็วของแสงแปรผันตามค่าสภาพยอมทางไฟฟ้าของวัสดุ:

${\displaystyle v_{p}={\frac {1}{\sqrt {\epsilon \mu }}}}$

ที่ไหน${\displaystyle v_{p}}$คือความเร็วของแสงที่เคลื่อนที่ผ่านวัสดุนั้น${\displaystyle \epsilon }$คือค่าสภาพยอมทางไฟฟ้าของวัสดุ และ${\displaystyle \mu }$ค่าสภาพยอมทางไฟฟ้าคือค่าการซึมผ่านของวัสดุ เนื่องจากค่าสภาพยอมทางไฟฟ้ามีลักษณะไม่เป็นเนื้อเดียวกันในทุกทิศทาง แสงโพลาไรซ์ที่มีทิศทางต่างกันจึงเดินทางด้วยความเร็วที่ต่างกัน

เราจะเข้าใจเรื่องนี้ได้ดีขึ้นหากเราพิจารณาคลื่นแสงที่มีการโพลาไรซ์แบบวงกลม (ดังที่เห็นทางด้านขวา) หากคลื่นนี้มีปฏิสัมพันธ์กับวัสดุที่ส่วนประกอบแนวนอน (คลื่นไซน์สีเขียว) เคลื่อนที่ด้วยความเร็วที่แตกต่างจากส่วนประกอบแนวตั้ง (คลื่นไซน์สีน้ำเงิน) ส่วนประกอบทั้งสองจะเบี่ยงเบนจากความแตกต่างของเฟส 90 องศา (ซึ่งเป็นเงื่อนไขที่จำเป็นสำหรับการโพลาไรซ์แบบวงกลม) ทำให้ค่าความรีของเคอร์ (Kerr ellipticity) เปลี่ยนแปลงไป

การเปลี่ยนแปลงของการหมุนเคอร์สามารถสังเกตได้ง่ายที่สุดในแสงโพลาไรซ์เชิงเส้น ซึ่งสามารถแยกออกเป็น ส่วนประกอบ โพลาไรซ์แบบวงกลม สอง ส่วน ได้แก่ แสงโพลาไรซ์แบบวงกลมซ้าย (LHCP) และแสงโพลาไรซ์แบบวงกลมขวา (RHCP) ความไม่เป็นเนื้อเดียวกันของค่าสภาพยอมทางแม่เหล็กไฟฟ้าของวัสดุทำให้ความเร็วของแสง LHCP และ RHCP แตกต่างกัน ซึ่งจะทำให้มุมของแสงโพลาไรซ์เปลี่ยนแปลง วัสดุที่แสดงคุณสมบัตินี้เรียกว่าวัสดุไบรีฟริงเจนท์

จากการหมุนนี้ เราสามารถคำนวณความแตกต่างของส่วนประกอบความเร็วตั้งฉาก หาค่าสภาพยอมทางไฟฟ้าแบบแอนไอโซโทรปิก หาเวกเตอร์ไจเรชัน และคำนวณสนามแม่เหล็กที่ใช้^{[ 1 ]}${\displaystyle \mathbf {H} }$.

• ปรากฏการณ์ซีแมน
• เอฟเฟกต์ QMR
• ปรากฏการณ์เคอร์แบบแม่เหล็กไฟฟ้า
• ปรากฏการณ์ฟาราเดย์
• ปรากฏการณ์วอยต์
• ปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก