[發(fā)明專利]一種大場縱向表面磁光克爾效應(yīng)測量裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810036920.3
• 申請日: 2008-04-30
• 公開（公告）號: CN101271059A
• 公開（公告）日: 2008-09-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬斌;顧培培;張宗芝;金慶原
• 申請（專利權(quán)）人: 復(fù)旦大學(xué)
• 主分類號: G01N21/21
• 分類號: G01N21/21;G01R33/14
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司
• 代理人: 陸飛;盛志范

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光學(xué)技術(shù)測量領(lǐng)域，具體涉及一種大場縱向表面磁光克爾效應(yīng)測量裝置。

技術(shù)背景

1877年John?Kerr發(fā)現(xiàn)了磁光克爾效應(yīng)，按照樣品磁化強(qiáng)度矢量相對激光入射面和樣品表面的不同，磁光克爾效應(yīng)可以分為三種：縱向克爾效應(yīng)、極向克爾效應(yīng)和橫向克爾效應(yīng)[1]。1985年Moog和Bader進(jìn)行鐵磁超薄膜的磁光克爾效應(yīng)測量，成功地得到一原子層厚度磁性物質(zhì)的磁滯回線[2]。由于此方法的測量靈敏度可達(dá)到一個(gè)原子層厚度，所以成為表面磁學(xué)研究的重要方法。

下面以縱向克爾效應(yīng)為例，來說明利用克爾效應(yīng)測量薄膜磁性的原理。

克爾效應(yīng)是指鐵磁性樣品的磁化狀態(tài)對從其表面反射的光的偏振狀態(tài)的影響，當(dāng)入射光為線偏振光時(shí)，樣品的磁矩會使光的偏振面發(fā)生旋轉(zhuǎn)，使出射光變成橢偏光。圖3是縱向克爾效應(yīng)的示意圖，磁性樣品的磁化強(qiáng)度矢量位于入射面內(nèi)，并平行于膜面。當(dāng)一束線偏振光入射到樣品表面時(shí)，在樣品面內(nèi)磁矩的作用下，導(dǎo)致出射光的偏振面相對于入射光發(fā)生了一個(gè)小角度的旋轉(zhuǎn)，這個(gè)偏振面轉(zhuǎn)過的角度稱為克爾旋轉(zhuǎn)角θ_k。這個(gè)旋轉(zhuǎn)角能被檢偏棱鏡測量出來[1]。在實(shí)際測量過程中，如圖4所示，起偏棱鏡和檢偏棱鏡的偏振方向并不完全垂直，而是有一個(gè)小的夾角δ，目的是為了區(qū)分正負(fù)克爾旋轉(zhuǎn)角。這是因?yàn)樘綔y器只能檢測光強(qiáng)，若兩個(gè)棱鏡的偏振方向互相垂直，即消光位置，無論反射光偏振面是順時(shí)針還是逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，反映在光強(qiáng)上的變化都是光強(qiáng)從零增大，故無法判斷出射光的偏振面旋轉(zhuǎn)方向，也就不能知道樣品的磁化方向。而當(dāng)轉(zhuǎn)過一個(gè)小角度δ后，通過檢偏棱鏡的光有一個(gè)本底光強(qiáng)I₀，當(dāng)出射光偏振面逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，即轉(zhuǎn)過+θ_k時(shí)，光強(qiáng)增加了ΔI_k變?yōu)镮₊；反之光強(qiáng)減弱。

如圖3所示，激光經(jīng)過起偏棱鏡后的偏振面平行于入射面，即為p光入射，又經(jīng)過鐵磁性樣品表面反射，反射光中產(chǎn)生了一個(gè)很小的垂直于E_p的電場分量E_S，通常E_S＜＜E_p，在一階近似下有：

ESEp=θk+iϵk---(1)]]>

其中ε_k為克爾橢偏率。

通過檢偏棱鏡的光強(qiáng)為：

I＝|E_psinδ+E_Scosδ|²??(2)

整理得到：

I＝|E_p|²(δ²+2δθ_k)???(3)

無外加磁場時(shí)本底光強(qiáng)為：

I₀＝|E_p|²δ²???????????(4)

所以克爾旋轉(zhuǎn)角θ_k為：

θk=δΔIk2I0---(5)]]>