磁性物质的线性及非线性效应来源于磁性物质对磁场的响应。对磁性物质的线性及非线性研究可以从其动力学磁化入手,求出其线性及非线性磁化率,找出其共振频率区间,并在此基础上进一步研究磁性物质的线性及非线性效应。铁磁性物质的共振区间处于微波频段,可以用来加工微波器件,典型的反铁磁材料的共振频率处于THz区间,可以用来加工THz信号。一般情况下反铁磁体的非线性效应比较弱,激发其非线性效应需要入射光具有很高的光强,现有的光源很难实现,因此,在现有光源的基础上设法提高磁性体系线性及非线性效应是一项很有意义的课题。目前,二次谐波技术及和频与差频技术是实现频率上转换和下转换的方法,也是产生新光源的常用手段。本文初步建立了反铁磁体和频及差频的二阶非线性理论,构造了磁性物质/金属结构,从理论上研究了法拉第旋光效应、克尔效应等线性磁光效应及和频生成、差频生成等二阶非线性光学效应,探索了可以提高线性效应及增强反铁磁膜和频与差频转换效率的方法。本文所研究的反铁磁非线性效应基于反铁磁磁矩和电磁波间的偶极相互作用而非传统非线性光学理论的非线性极化。主要研究方法、过程及结果如下:1.计算了反铁磁体非线性二阶和频及差频磁化率。选取了一种典型的双子格反铁磁结构模型,在课题组前期工作的基础上,首次计算了有外场且两束电磁波倾斜入射时,反铁磁二阶和频及差频非线性磁化率。得到了显函数形式的有外场存在时反铁磁体二阶非线性和频及差频磁化率的表达式,为进一步研究反铁磁体系非线性现象奠定了理论基础。2.详细地讨论了由铁磁性材料/金属构成的一维及二维光子晶体结构的磁光效应。铁磁材料为铋铁石榴石(BIG),金属为相对吸收系数较小的贵金属银(Ag)。在BIG/Ag一维磁光子晶体结构中,主要研究了法拉第效应。研究结果表明法拉第旋转角最高达到单层BIG的356倍左右。其次,较大法拉第旋转角与较高透射率两者重合的区域很窄。基于法拉第效应的研究结果,进一步设计了由BIG/Ag组成的二维磁光子晶体结构。在这一结构中,法拉第效应改善得不很明显,因而利用传输矩阵的方法求解了克尔旋转角,发现最大克尔旋转角被提高了3个数量级。3.研究了给定输入强度的情况下,提高反铁磁膜和频效应的方法。反铁磁体系包括反铁磁单层膜及其和电介质层构成的电介质/反铁磁/电介质、电介质/反铁磁/金属三明治结构。分析了反铁磁膜和频激发机制及不同体系结构对和频效应的增强作用,发现和频生成能流与电介质及入射角度密切相关,电介质/反铁磁/金属三明治结构输出的能流密度是裸膜的十几倍。研究发现可以实现磁场对和频波输出的控制。4.研究了Si O2/Mn F2/Ag及Zn F2/Mn F2/Ag三明治结构差频效应。发现电介质/反铁磁/金属三明治结构中,差频输出与反铁磁裸膜相比增加了一个数量级。且当增加外磁场强度时,Zn F2/Mn F2/Ag三明治结构差频输出是单层膜的两个数量级。在相同入射能量情况下,差频效应的转换率高于和频效应。