磁光克尔效应研究

摘要 当光电子技术日益在新兴高科技领域获得广泛应用的同时，以磁光效应原理为背景的磁光器件显示了其独特的性能和广阔的应用前景，引起了人们的浓厚兴趣。表面磁光克尔效应，作为测量材料磁光特性特别是薄膜材料的物性的一种有效方法，已被广泛应用于磁有序、磁各向异性、多层膜中的层间耦合以及磁性超薄膜的相变行为等问题的研究。本文简单介绍了什么是磁光克尔效应、磁光克尔效应的发展、以及表面磁光克尔效应作为一种测量方法的原理、实验装置和发展。

关键词 磁光克尔效应 磁光特性 表面磁光克尔效应

一、引言

1845年，Michael Faraday发现当给玻璃样品加一磁场时，透射光的偏振面将发生旋转，首次发现磁光效应。随后他在处于外加磁场中的金属表面做反射实验，但由于他所谓的表面不够平整，因而实验结果不能使人信服。1877年John Kerr在观察偏振光从抛光过的电磁铁磁极反射出来时，发现了磁光克尔效应(magneto-optic Kerr effect) ?1?。19xx年Moog和Bader两位学者对铁超薄膜磊晶成长在金单晶(100)面上的磁光克尔效应做了大量实验，成功得到一原子层厚度磁性物质的磁滞回线，并提出SMOKE作为表面磁光克尔效应 (surface magneto-optic Kerr effect)的缩写，用以表示应用磁光克尔效应在表面磁学上的研究。由于此方法磁性测量灵敏度达一原子层厚度，且此装置可配置于超高真空系统上面工作，所以成为表面磁学的重要研究方法。

二、光学中的磁光克尔效应

当一束单色线偏振光照射在磁光介质薄膜表面时，透射光线的偏振面与入射光的偏振面相比有一转角，这个转角被称作磁光法拉第转角(?F)?2?。反射光线的偏振面与入射光线的偏振面相比也有一转角，这个转角被叫做磁光克尔转角(?K)，这种效应叫做磁光克尔效应。

磁光克尔效应包括三种情况?3?：(1)纵向磁光克尔效应，即磁化强度方向即平行于介质表面又平行于光线的入射面时的磁光克尔效应；(2)极向磁光克尔效应，即磁化强度方向与介质表面垂直时发生的磁光克尔效应；(3)横向磁光克尔效应，即磁化强度方向与介质表面平行与反射面垂直时的磁光克尔效应。

三、磁光克尔测量技术

(一)工作原理

当一束线偏振光入射到不透明的样品表面时，如果样品室各向异性的，反射光将变成椭圆偏振光，并且偏振方向与入射光的偏振方向相比会发生一定角度的偏转。如果此时样品还处于铁磁状态，铁磁性还会导致反射光偏振面相对于入射光的偏振面额外转过一个小的角度，此角即为磁光克尔旋转角?K，如图1所示即椭圆长轴和参考轴之间的夹角。一般而言，由于样品对P偏振光和S偏振光的的吸收率不同，即使样品处于非磁状态，反射光的椭偏率也要发生变化，而样品的铁磁性会导致椭偏率有一个附加的变化，这个变化称为克尔椭偏率?K，即

椭圆长短轴之比。

(二)发展过程

19xx年福勒(Fowler)等人首次利用极向磁光克尔效应成功的观察到不透明

?4?立方铁氧体YFeO和中的磁畴，同时也测量了垂直入射时这两种材料HoFeO33

的极向磁光克尔效应，所用的装置如图2?4?所示。测试精度在0.1'之内。

O. 光源

L. 准直透镜

I. 可变光阑

F. 干涉滤波器

P. 福斯特型起偏棱镜

C. 法拉第补偿元件

S. 磁化线圈中的样品

G. 格兰—汤姆逊后置检偏器

PT.光电倍增管

图2 福勒极向克尔效应测量

在上述设备的基础上，19xx年贝尔实验室的洪(Wun)?4?用极头中间打孔的电磁铁代替图2中的线圈，费尔得常熟比蒸馏水更大的偏磷酸盐玻璃做法拉第元件，用光斩波器和锁定放大器来提高信噪比，测定了三溴化铬(CrBr3)的克尔转角.

19xx年，沈德芳用极向克尔回线翻转的办法研究了Cd-Co和Cd-Fe无定形薄膜的退火对补偿温度的影响?5?。所用的装置如图3?5?所示。加在X-Y记录仪X方向的讯号是与样品磁场成正比的霍尔电压，Y方向的讯号是与样品垂直方向的磁化强度以及极向克尔效应成比例的差分放大器的输出。因此连续改变磁场的大小和方向就可以画出一个磁滞回线。根据回线的有无和大小可以迅速而方便的检查样品的均匀性和克尔效应的大小。

A. 检偏器 B. 光束分裂器

D. 光电检测器 P. 起偏器

DA.差分放大器 M. 反射镜

L .He-Ne激光器 S. 样品

V. 真空泵 EM.电磁铁

Ha.霍尔元件 R .X-Y记录仪

PS.直流电源 T. 热电偶

FC.磁场控制器

H. 插入加热器获加液氮的孔

图3 极向克尔回线测试系统

19xx年，柯纳尔(Connell)借用史密斯(Smith)19xx年的工作?6?，用椭偏仪测量了钛铁合金的磁光常数。方法是先测量椭偏常数Δ和Ψ，在通过迭代计算得到克尔旋转角和椭偏率，据称这一方法的测量精度较高，旋转角和椭偏率的相对测量精度达0.005?。他还用这些测量结果推算出介电张量的对角元和非对角元。

现在已经发展了多种测量磁光克尔效应的方法，如磁光调制法?7,8,9?、旋转检偏器的位相偏移测定法?10,11?和消光法?12?。

(1) 磁光调制法，

早期测量中应用较多的是磁光调制法?7,8,9?，实验装置如图4?9?所示。在频率为ω的外加交变磁场或电场的驱动下入射电场的偏振面发生微小的调制变化。最终分析从检偏器出来并被检测的光电信号中的交流成分可得到要测量的克尔角?k。测量装置中采用调制锁相技术，因此可获得较高的性噪比。但是要通过调节检偏器的方位角使信号幅度最大来确定克尔旋转角，带来一定的测量误差和不便。高次频信号的存在使波形偏离正弦或余弦变化规律，给波形的判断带来困难。同时调制器的品质因数和使用条件不同也会影响数据的稳定性。这种方法多用于单波长和单参数克尔角的测量。

1.激光器；2.光阑；3.起偏器；

4.调制元件；5.调制信号源；

6.调制线圈；7.样品；8.磁场；

9.检偏器；10.测角仪；

11.光电探测器和信号放大器；

12..示波器；

图4磁光调制测量装置示意图

(2) 旋转检偏器的位相偏移测定法

旋转检偏器的方法是通过测量检偏器的方位角在不同位置时光信号强度的变化来求得磁光克尔转角和椭偏率吗，实验装置如图5?2?所示。此方法实验图像清楚，所用光学元件少，避免了某些场合使用特种光学元件所引起的间接测量误差，光谱测量的范围较宽，系统可以自行定标，是一种磁光效应的绝对测量方法，特别适用于材料磁光效应光谱特性的研究。整个系统易于实现自动化操作，使测量过程更加简单，数据的密度和质量也得到相应的提高。此装置对一般的磁光样品，绝对测量的准确率可达到0.01?。

1. 石英光纤； 2. 准直镜； 3. 光阑； 4. 起偏器； 5、6. 反光镜； 7. 样品；

8. 熔石英1/4波长器 9. 步进电机； 10.检偏器； 11.防震光学平台

?2?

图5旋转检偏器的实验装置示意图

(3) 消光法

19xx年，朱伟荣对Bader?13,14?和Chappert等人?15?的方案做了修改，提出了一种新的SMOKE系统?16?，图6为系统的光路示意图?16?。在偏振镜后面加一分光镜，将光束一分为二，参考光束直接直接送入探测器1，信号光束经过样品和偏振镜2后送入探测器2。通过测量信号光束和参开光束的比值来消除激光器光强

??

和偏振面不稳定造成的影响。系统的灵敏度可达0.0001～0.0002。

图6 SMOKE系统光路图

（三）新方法的探索

自19xx年以来，相继出现了多种SMOKE实验方法，由于SMOKE要求能够达到单原子层厚度磁性检测的灵敏度，因此对光源和检测手段提出了很高的要求。目前国际常用的是输出功率稳定的偏振激光器作为光源。如Bader等人?13,14?采用稳定度小于0.1%的偏振激光器。Chappert等人?15?用Wollaston棱镜分光的方法，将样品反射的光经过Wollaston棱镜分为I偏振光和P偏振光，通过测量两束光的比值来消除光强不稳定造成的影响。此方法的背景信号非常大，对探测器和后极放大器提出更高的要求。也有人采用普通的氦氖激光器?16?，在起偏器后加一分光镜，将光束分为信号光和参考光两束。通过测量两者的比值消除激光器光强和偏振面不稳定造成的影响。

通过对前人测试方法的改进，刘平安等?17?人给出了一种新型SMOKE测量系统。采用更为普通的半导体激光器作为光源，用常见的硅光电池进行克尔信息的采集，同样成功的测得了磁滞回线。且整个装置又较高的检测灵敏度，实验装置系统如图7??所示.这一系统在一些科研机构和大学近代物理实验室使用后均取得良好的实验效果。

图7 SMOKE系统简图

复旦大学学生刘方泽、黄鑫尝试利用纵向磁光克尔效应(LOMKE)与旋转磁场结合的方法(ROTMOKE)?19?定量测量Co/IrMn双层膜中的交换偏置各向异性。通过与LMOKE测量结果的比较，表明通过此方法不容易得到准确地交换偏置各向异性常数。但是作为一种快捷的研究磁性薄膜性质的方法，如何实现用ROTMOK?19?研究材料的交换偏置各向异性是一个值得研究的方向和值得探索的问题。 ?18??18?

四、优势

数个原子层所构成的超级薄膜和多层膜的表面磁性，是当今凝聚态物理领域研究的一大热点。作为一种有效的超薄膜表面磁性测量的实验手段，表面磁光克尔效应(SMOKE)谱正受到广泛的关注和越来越多的重视。已被广泛应用于磁有序，磁各向异性和刺进耦合等问题的研究?20?。与其他磁性测量手段相比，SMOKE具有以下四点优势。

1.SMKOE测量的灵敏度高。国际上现在通用的SOMKE测量装置的测量灵

敏度可以达到亚单原子层的磁性。这一点使得SMOKE在超薄膜磁性的研究中有着重要的地位。

2.SMOKE测量是无损伤测量。SMOKE测量技术用的“探针”是激光束，测量过程不会对样品造成任何破坏，对于需要做多种测量的试验样品，这一点非常重要。

3.SMOKE测量得到的信息来源于介质上光斑照射的区域，激光光束的光斑可以聚焦到1mm以下，所以SMOKE可以进行局域磁性的测量。这是其他磁性测量手段如震动样品磁强计和铁磁共振所无法比拟的。SMKOE的这一特点使它成为研究不均匀楔形磁性薄膜样品的最好工具。

4.SMOKE测量系统的结构简单，易于与其他的实验设备(特别是超高真空系统)相互兼容，易实现自动化操作。有助于提高它功能并扩展其研究领域。

五、总结

从发现磁光克尔效应到现在，磁光克尔法作为一种测量材料磁性特别是超薄膜磁性材料物性的有效方法，已成为表面刺血研究的重要手段，被广泛应用于磁有序、磁各向异性、磁畴结构?21?、多层膜层间耦合和磁性超薄膜像变行为等问题的研究。为获得理想的和可供实用的高性能磁光器件，对磁光材料做细致深入的光谱学特性的测量研究和分析具有基础和应用上的双重意义，无疑磁光克尔效应是首选地测量手段。如何改进当前的测量方法，开发新的磁光克尔效应测量方法，以简便快捷的进行样品磁光特性的测量，并提高测量的精度，是此领域当前和以后的主要研究方向。

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第二篇：一种新型表面磁光克尔效应测量系统

第37卷第1期20xx年1月河南大学学报(自然科学版)JournalofHenanUniversity(NaturalScience)Vol.37　No.1Jan.2007

一种新型表面磁光克尔效应测量系统

刘平安1,2,陈希江3,丁菲1,2,陆申龙2

(1.河南大学基础实验教学中心,河南开封475004;2.复旦大学物理系,上海200433;

3.复旦天欣科教仪器有限公司,上海200433)

摘　要:研制了一种新型的科研教学两用的表面磁光克尔效应测量系统,给出了该测量系统的设计方案、结构、技术性能、实验原理及使用方法.该测量系统可用于磁光器件、磁性薄膜及不同材料多层磁性薄膜特性参数的测量.关键词:表面磁光克尔效应;磁性;磁滞回线

中图分类号:TM937　　　文献标识码:A文章编号:1003-4978(2007)01-0018-05

DesignandExperimentalResearchaNewofSurfaceLIUPing2an1,2,H3,1,2long2

(1.TeachifUniversity,HenanKaifeng475004,China;

.ofPhysics,FudanUniversity,Shanghai200433,China;

3.cienceInstrumentCorporationofFudanTianxin,Shanghai200433,China)

Abstract:Anewsystemthatcanbeappliedforscientificresearchandexperimentteachingofsurfacemagneto2opticKerreffecttestingismanufactured.Thedesignscheme,configuration,techniqueperformance,testingprinciples,andoperationskillofthesystemarestated.Also,thesystemcanbeusedforthemeasurementofthecharacteristicparametersofmagneto2opticelements,magneticfilmandmulti2layermagneticfilmsthatmakeupofdifferentmaterials.

Keywords:surfacemagneto2opticKerreffect(SMOKE);magnetism;magnetichysteresisloop

0　引言

表面磁光克尔效应(surfacemagneto2opticKerreffect,缩写为SMOKE)作为表面磁学的重要实验手段,已被广泛应用于磁有序、磁各向异性、多层膜中的层间耦合以及磁性超薄膜间的相变行为等问题的研究.自19xx年代以来相继出现了多种SMOKE实验方案.

由于SMOKE要求能够达到单原子层磁性检测的灵敏度,因此对于光源和检测手段提出了很高的要求.目前国际上比较常见的是用输出功率很稳定的偏振激光器.如Bader等人[1]采用的高稳定度偏振激光器,其稳定度小于0.1%.也有用Wollaston棱镜分光的方法,降低对激光功率稳定度的要求.Chappert等人[2]的方案是将从样品出射的光经过Wollaston棱镜分为s和p偏振光,再经过测量它们的比值来消除光强不稳定造成的影响.但这种方法的背景信号非常大,

对探测器以及后级放大器的要求很高.也有人[3]采用普通的氦氖激光器在起偏器后加分光镜,将信号分为信号光束和参考光束,通过测量二者的比值来消除由于激光器光强和偏振面不稳定造成的影响.作者给出的SMOKE新型测量系统,采用更为普通的半导体激光器作光源,用常见硅光电池进行克尔信号的采集,同样成功地得到了磁滞回线,且整个系统有较高的检测灵敏度.因此,它是一种普适方案,在一些科研机构和大学近代物理实验室使用后,均取得了良好的实验效果.

　收稿日期:2006209216

　基金项目:国家自然科学基金项目(10234010)

　作者简介:刘平安(1965-),男,河南博爱人,复旦大学物理系国内访问学者,主要从事表面磁光克尔效应研究.

刘平安,等:一种新型表面磁光克尔效应测量系统　191　工作原理

如图1所示,当一束线偏振光入射到不透明样品表面时,

如果样品是各向异性的,反射光将变成椭圆偏振光且偏振方

向会发生偏转,而如果此时样品还处于铁磁状态,铁磁性还会

导致反射光偏振面相对于入射光的偏振面额外再转过一个小

图1　SMOKE原理图的角度,这个小角度称为克尔旋转角θk,即椭圆长轴和参考轴Fig.1　TheprincipleoftheSMOKE间的夹角.同时,一般而言,由于样品对p偏振光(电场矢量

Ep平行于入射面)和s偏振光(电场矢量Ep垂直于入射面)的吸收率是不一样的,即使样品处于非磁状态,反射光的椭偏率也要发生变化,而T铁磁性会导致椭偏率有一个附加的变化,这个变化称为克尔椭偏率εk,即椭圆长短轴之比.

SMOKE系统图如图2所示.所用的光源是普通的国产半导体激光器,工作电压为3V,输出功率为1.5mW.激光束通过起偏棱镜后变成线偏振光,然后从样品表面反射,经过检偏棱镜进入探测器.检偏棱镜的偏振方向要与起偏棱镜成偏离消光位置一个很小的角度δ.是为了区分正负克尔旋转角.在消光位置,反映在光强的变化上都是强度增大.而在近似消光位置,I0.δ同向时光强增大,反向时光强减小..样品放置在磁场中,,,通过检偏棱镜的光强也发生变化,根据探测.在入射光路和接收光路中分别加入了可调光阑以,减少杂信号.

在图1的光路中,假设取入射光为P偏振(电场矢量Ep平

行于入射面),当光线从磁化了的样品表面反射时,由于克尔效

应,反射光中含有一个很小的垂直于Ep的电场分量Es,通常Es

ενEp.在一阶近似下有:Es/Ep=θk+ik.此时通过检偏棱镜的

光强为:

2I=|Epsinδ+Escosδ|=

|Ep|22θε|sinδ+(k+ik)cosδ|.(1)

通常δ较小,所以可以取sinδ≈δ,cosδ≈1,得到:

22θ(2)I≈|Ep||δ+(ik)|.k+ε

θε一般情况下,δ?θk,而k和k在一个数量级上,消去二阶项后式

(2)变为:

22δθk)=I0(1+2θ).(3)I≈|Ep|(δ+2k/δ

2其中I≈|Ep|2δ为无外加磁场时的光强.

式(3)移项得在样品达磁饱和状态下克尔旋转角θk为:

θk=δ.2I0图2　SMOKE系统Fig.2　SystemconfigurationoftheSMOKE(4)

+-实际测量时最好测量磁滞回线中正向饱和时的克尔旋转角θk和反向饱和时的克尔旋转角θk,那么

(+-θθ=.k=k-θk)=24I04I0(5)

式(5)中,I(+MS)和I(-MS)分别是正负磁饱和状态下的光强.从式(5)可以看出,光强的变化ΔI只与克

εθ尔旋转角θk有关,而与k无关.说明在图1这种光路中探测到的克尔信号只是克尔旋转角.由于k近似正比

于磁化强度M,所以可通过对光强的测量,得到磁化强度的相对值.于是,通过改变外加磁场,即得到磁滞回线.

当要测量克尔椭偏率ε/2的相位差,所以检k时,只要在检偏器前放置一个四分之一波片,它可以产生π

εθε偏器看到i(θk+ik)=-εk+ik,而不是θk+ik,因此测量到的信号为克尔椭偏率

.

　20河南大学学报(自然科学版),20xx年,第37卷第1期

经过推导可得在饱和情况下εk为εk==-.4I04I0(6)

2　实验装置简介

本测量系统由以下5部分组成:

(1)光学减震平台.

(2)光路系统,包括输入光路与接收光路.激光器用普通半导体激光器,起偏和检偏棱镜都用格兰-汤普逊棱镜,光电检测装置由孔状可调光阑、干涉滤色片和硅光电池组成.格兰-汤普逊棱镜的机械调节结构由角度粗调和螺旋测角组成,测微头的线位移转变为棱镜转动的角位移.测微头分度值为0.01mm,转盘分度值为1°,通过测微头线位移的角位移定标可知其测量精度在2′左右.

(3)励磁电源主机和可程控电磁铁.励磁电源主机可选择磁场自动和手动扫描.

(4)前级放大器和直流电源组合装置.a)将光电检测装置接收到的克尔信号作前级放大,并送入信号检测主机中.b)将霍耳传感器探测到的磁场强度信号作前级放大并送入检测装置.c)压电源.

(5)信号检测主机.,A/D转换后送计算机处理,A20s、40s、80s准三角波,3　(1)磁场均匀的SMOKE测量系统专用电磁铁如图3所示.采用了磁轭、磁头

由同一个整体环状圈铁锻打出来的方法,使磁轭形状完全接近磁力线走向,减少了

漏磁损失,可以在较少的线圈匝数条件下,在宽气隙中产生磁感应强度高达302mT

的磁场.测量表明该磁场稳定性好且与励磁电流有非常好的线性关系.

(2)高稳定度半导体激光器电源.创新地将半导体激光光源用于SMOKE测

量系统.一般文献皆认为[1-3],因为SMOKE实验中所探测的信号很小,若光源功

率稳定性不够理想,信号就会被淹没在本底涨落中.因此,SMOKE须使用稳定度

很高的偏振型氦氖激光器,半导体激光器因稳定性差,谱线宽度较大,不适合用作图3　专用电磁铁Fig.3　Thespecialelectromagnet

SMOKE的光源.经作者反复研究,半导体激光器稳定性差的主要原因在于其电源稳定性差,为此研制了高稳定度的半导体激光器电源,其稳定度可达0.05%,达到国外进口高稳定度氦氖激光器0.1%稳定度的标准.由于半导体激光器体积小,成本很低,这为国内推广和向国外出口SMOKE测量系统创造了有利条件.

(3)在SMOKE实验系统中探测器用硅光电池代替光电倍增管.一般的SMOKE装置对信号的采集与放大多采用光电倍增管,光电倍增管灵敏度比硅光电池高,但光电倍增管必须用高工作电压,使用寿命不如硅光电池.本测量系统用硅光电池代替光电倍增管,因为设计了高稳定度的放大器,所以得到的信号稳定度仍然很好,符合实验的要求.

(4)实验系统由用VisualC++编写的控制程序通过一台计算机实现自动控制和测量.根据设置的参数,计算机经D/A卡控制磁场电源和继电器进行磁场扫描.从样品表面反射的光信号以及霍耳传感器探测到的磁场强度信号分别由A/D卡采集,经运算后作图显示,在屏幕上直接呈现磁滞回线的整个扫描过程.4　SMOKE系统性能测量及实验结果

4.1励磁电流变化范围

励磁电源可使用20V和40V两种三角波交流电压.当使用20V电压时,实际测量磁铁线圈励磁电流最大值为8.37A,当使用40V时,励磁电流最大值为10.8A.

4.2　样品所在处磁感应强度B1与霍耳传感器探测到的磁场强度B2的关系

手动改变励磁电流从0～10.00A变化,每间隔0.5A

用数字式特斯拉计测量电磁铁两极中心处的磁感

刘平安,等:一种新型表面磁光克尔效应测量系统　21

应强度B1,同时记录信号检测主机上霍耳传感器探测到的磁感应强度B2的大小,B2是以电压大小表示的.实验结果如表1所示.

表1　B1与B2的关系

Tab.1　TherelationshipbetweenB1andB2

电流/A

B1/mTB2/V电流/AB1/mT

B2/V

0.0001.255.501861.94

0.50171.326.002022.00

1.00351.386.502182.05

1.50521.457.002332.10

2.00681.517.502482.16

2.50851.578.002622.22

3.001021.638.502752.27

3.501191.709.002852.29

4.001351.769.502922.32

4.501521.8210.003022.36

5.001691.88---

　　从表1测量数据可看出,两磁极间的磁感应强度最大可达302mT,在整个测量范围内,用计算机求得B1与B2的相关系数为0.997,而在0～8.50A的范围内,B1与B2的相关系数为0.999(86).这说明样品所在位置处的磁感应强度与实验中霍耳传感器在线探测到的磁场强度有很好的线性关系.4.3　发射—接收系统的稳定度

用半导体激光器直接照射接收器(内置硅光电池),用DT2930MULTIM其输出电压,每次持续1min,连续测3次.在测试的60s,.因为DT2930的量程为1.9999V,仅见最后一位跳动,0.05%,完全满足实验的要求.4.4　图4,表2是实验数据记录及求出的克尔旋转角大小.因为硅和铝都是非磁性材料,

.

(a)半导体激光器用普通电源供电　　　　　　　　　(b)半导体激光器用高稳定电源供电(a)Undertheordinaryelectricalsourceof　　　　　　　(b)Underthehighandstableelectricalsource

semiconductorLASER　　　　　　　　　　　　　　ofsemiconductorLASER

图4　硅基镀铝膜样品在不同电源作用下的测量曲线

Fig.4　Thecurvesbemeasuredunderthedifferentelectricalsourcesofthealuminumlaminatedfilms

Sisub2stratesample

表2　硅基镀铝膜样品在不同电源作用下克尔旋转角的值

Tab.2　TheKerrrotationangleunderthedifferentelectricalsourcesofthealuminumlaminatedfilmsSisub2stratesample

I(+MS)/V

I(-MS)/V

I0/V

ΔI/V

0.400.02

普通电源高稳定电源

1.451.06

1.051.04

1.251.05

δ)/(°

0.3

0.3

θ)k/(°

0.0240.0014

　　由图4(a),(b)及表2中的实验数据计算结果对比可看出,半导体激光器用普通电源供电时,其噪声是用笔者设计的高稳定电源供电时的20倍左右,且噪声对应的克尔旋转角与信号的克尔旋转角已经接近在一个数量级上,所以半导体激光器使用普通的电源供电无法进行SMOKE实验.用高稳定度激光器电源供电时,噪声所引起的光强波动为±0.01V,对应的克尔旋转角为0.0014°,这也是本SMOKE系统的所能达到的灵敏度.4.5　实验结果

利用该系统已测量软铁、硅钢片、不锈钢、玻莫合金薄膜、硅基镀铝膜、不同材料的多层膜等多种铁磁质材料及其薄膜的磁滞回线,限于篇幅,不一一列举,这里仅给出玻莫合金薄膜样品和不锈钢材料在纵向克尔模式下的磁滞回线,分别如图5和图6所示.表3是这两种材料的实验数据记录,

其中克尔旋转角分别为

　22河南大学学报(自然科学版),20xx年,第37

卷第1期0.0282°、0.0635°.

表3　玻莫合金薄膜和不锈钢样品实验记录

Tab.3　Theexperimentaltrackrecordsaboutthepermalloymagnetoresistancefilmsandstainlesssteel

I(+MS)/VI(-MS)/VI0/VΔI/V

1.02

0.65玻莫合金薄膜不锈钢2.021.691.001.041.511.365δ)/(°0.1670.533θ)k/(°0.02820.0635

5　结束语

通过大量的铁磁质材料和铁磁性薄膜样品的测量,表明采用本文所述新方案研制的高精度表面磁光克尔效应测量系统具有科学性和合理性,可以满足纳米磁性材料、磁光存贮器件、巨磁阻等材料磁性参数的测量.若将其应用于超高真空系统中,可实现真正的原位磁性检测

.

图5　玻莫合金薄膜的磁滞回线图样

Fig.5　Magnetichysteresisloopofthe

permalloymagnetoresistance

films图6　不锈钢的磁滞回线图样Fig.6　Magnetichysteresisloopofthestainlesssteel

参考文献:

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[4]赵凯华.新概念物理教程———光学[M].北京:高等教育出版社,2004.

[5]廖延彪.偏转光学[M].北京:科学出版社,2005.

责任编辑:

梁宏伟