中文摘要：

在磁性薄膜中,非线性自旋波的波谱性质(包括交换模式,偶极交换模式,静磁模式以及电磁模式)以及与此相关的微波与红外性质得到了广泛关注.由于微波磁矩时间反演的非对称性导致色散关系的非倒易性,这使得这种介质与普通的光学介质有不同的性质特征.最近类似的研究已经在试验和理论上扩展到了多层介质膜或超晶格中以寻找新的非线性性质.我们已经对多层磁性膜体系进行了初步的探索,得到了一些特殊的结果,如:表面静磁孤子存在的可能,非线性表面静磁波的截止功率和波数等等.因而展开系统的研究是及时和必要的.在本项目的研究中我们首先要求的一些铁磁体系和反铁磁体系的非线性磁化率张量(主要指各向异性铁磁体和外场中的反铁磁体的,而简单体系的已经求出),然后由它们描述多层介质膜中的动力学磁化.在磁偶极作用的范围上研究静磁模和电磁模非线性色散性质,二次谐波的形成,双稳态及多稳态,以及非线性磁-光效应等.

结论摘要：

磁非线性并不像一般光学中非线性那样强烈。主要原因是在电磁场中磁场比电场小几个数量级，因而非线性光学主要指材料的电极化对电磁波中电场的响应，而磁极化对磁场的相应被忽略。然而磁非线性研究还是很有意义的（1）强激光技术的发展使弱非线性现象能得到观察；（2）非均匀材料中光的局域化可使区域的场强被放大几个数量级；（3）由于磁矩的时间反演非倒易性使光或电磁波的传播具有非倒易性；（4）对磁共振材料而言，共振点附近非线性磁化率并非是非常弱。 我们对铁磁体和反铁磁体进行了非线性磁化率的微扰理论推导，以多层膜和薄膜为例研究了其中电磁波和自旋波的基本性质和特点，讨论了试验上观测的可能性，我们还对具有周期性的磁-光材料的光学性质进行了一些实验研究。主要新的结果是（1）在反铁磁膜和多层膜中，发现电磁波传播的强非倒易性，确定了强非线性出现的结构和位型。（2）在铁磁薄膜的研究中，总结出磁晶各向异性的作用，发现了新的静磁波模式。（3）在线性时看到了在光子晶体中反铁磁膜巨大的旋光性，而且过去反铁磁体旋光性并没有研究过。（4）对ZnO 纳米材料线进行研究，其周期性的螺旋结构可形成自然的光子带隙材料。