基于法拉第效应（Faraday effect）的磁光器件在光纤通讯、激光、电力测量、航空航天、医疗等领域得到广泛应用。科技发展对磁光材料和器件性能的要求日益提升,提高法拉第效应和费尔德常数并减少光学吸收损失是推动磁光材料发展的强大动力。以钇铁石榴石(Y₃Fe₅O₁₂,YIG)为代表的磁光石榴石晶体,因在近红外波长具有较低的光吸收系数和优异的磁光性能,是目前唯一适用于光通信近红外波段的材料。尤其是Bi掺杂的YIG膜（Bi:YIG）,因其具有巨法拉第效应而得到广泛关注。本文围绕提高磁光薄膜的法拉第效应展开,以制备出高质量和性能优异的磁光薄膜应用于磁光隔离器为目的,从理论、仿真和实验三个方面对单晶（BiTm）₃（Ga Fe）₅O₁₂膜进行了系统性研究。主要研究工作如下:首先,利用CASTEP模块进行了第一性原理计算,仿真了Bi掺入对YIG电子结构的影响。仿真结果表明,O 2p轨道起中介作用,掺入Bi而引入的Bi 6p轨道首先与O 2p杂化,然后与Fe 3d杂化,从而引起Fe 3d和O 2p能带宽度变化,最终使得Fe 3d轨道和Bi 6p轨道分别与O 2p轨道几乎完全重叠,这种重叠是自旋轨道分裂和杂化的基础,是法拉第效应增强的基础。其次,利用无铅液相外延（LPE）工艺,在钆镓石榴石（GGG）衬底上设计并制备了单晶（BiTm）₃（Ga Fe）₅O₁₂厚膜,研究了生长速率和膜厚对膜的结构和性能的影响。发现,膜内Bi³⁺含量不仅直接影响着晶格失配情况,而且对法拉第效应起到了决定性的作用。过大的晶格失配使膜面产生缺陷会造成镜面反射效果较差也会影响法拉第效应;晶格失配应力对单轴各向异性的影响是改变畴结构的根本原因;即使膜厚超过了60μm,晶格失配应力依然存在;畴宽不仅受到膜厚影响,还受到失配应力弛豫的影响;生长速率在0.65⁰.85μm/min之间镜面效果最优,生长速率0.75μm/min的膜晶格失配最小;法拉第效应主要受到入射波长、Bi³⁺含量和缺陷引起的光损耗影响;生长速率0.85μm/min为最优生长参数,获得膜的最大法拉第角为0.041°/μm@1550 nm,最大费尔德常数为-2.595×10^-4°/（Oe·μm）@1550 nm。最后,基于本文制备的单晶（BiTm）₃（GaFe）₅O₁₂厚膜作为法拉第转子,设计了新型磁光隔离器。当外磁场为800 Gs时,饱和法拉第角为53°@1550 nm,当外磁场为590 Gs时,法拉第角为45°@1550 nm,光吸收系数α=15 cm^-1@1550 nm,光透射系数T=85%@1550 nm,性能优良,整体满足设计要求。