[发明专利]一种大场纵向表面磁光克尔效应测量装置

说明书

技术领域

本发明属于光学技术测量领域，具体涉及一种大场纵向表面磁光克尔效应测量装置。

技术背景

1877年John Kerr发现了磁光克尔效应，按照样品磁化强度矢量相对激光入射面和样品表面的不同，磁光克尔效应可以分为三种：纵向克尔效应、极向克尔效应和横向克尔效应[1]。1985年Moog和Bader进行铁磁超薄膜的磁光克尔效应测量，成功地得到一原子层厚度磁性物质的磁滞回线[2]。由于此方法的测量灵敏度可达到一个原子层厚度，所以成为表面磁学研究的重要方法。

下面以纵向克尔效应为例，来说明利用克尔效应测量薄膜磁性的原理。

克尔效应是指铁磁性样品的磁化状态对从其表面反射的光的偏振状态的影响，当入射光为线偏振光时，样品的磁矩会使光的偏振面发生旋转，使出射光变成椭偏光。图3是纵向克尔效应的示意图，磁性样品的磁化强度矢量位于入射面内，并平行于膜面。当一束线偏振光入射到样品表面时，在样品面内磁矩的作用下，导致出射光的偏振面相对于入射光发生了一个小角度的旋转，这个偏振面转过的角度称为克尔旋转角θ_k。这个旋转角能被检偏棱镜测量出来[1]。在实际测量过程中，如图4所示，起偏棱镜和检偏棱镜的偏振方向并不完全垂直，而是有一个小的夹角δ，目的是为了区分正负克尔旋转角。这是因为探测器只能检测光强，若两个棱镜的偏振方向互相垂直，即消光位置，无论反射光偏振面是顺时针还是逆时针旋转，反映在光强上的变化都是光强从零增大，故无法判断出射光的偏振面旋转方向，也就不能知道样品的磁化方向。而当转过一个小角度δ后，通过检偏棱镜的光有一个本底光强I₀，当出射光偏振面逆时针方向旋转，即转过+θ_k时，光强增加了ΔI_k变为I₊；反之光强减弱。

如图3所示，激光经过起偏棱镜后的偏振面平行于入射面，即为p光入射，又经过铁磁性样品表面反射，反射光中产生了一个很小的垂直于E_p的电场分量E_S，通常E_S＜＜E_p，在一阶近似下有：

ESEp=θk+iϵk---(1)]]>

其中ε_k为克尔椭偏率。

通过检偏棱镜的光强为：

I＝|E_psinδ+E_Scosδ|²  (2)

整理得到：

I＝|E_p|²(δ²+2δθ_k)   (3)

无外加磁场时本底光强为：

I₀＝|E_p|²δ²           (4)

所以克尔旋转角θ_k为：

θk=δΔIk2I0---(5)]]>