表面磁光克尔效应 2
磁光克尔效应研究
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1.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)。
1985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。
2.磁光克尔效应图1 克尔效应示意图一束线偏振光从具有磁矩的介质表面反射时，反射光将是一束椭圆偏振光，而且偏振方向将发生产生旋转。
相对于入射的线偏振光（以椭圆的长轴为标志）的偏振面方向有一定的偏转，偏转的角度为克尔转角，短轴与长轴的比为椭偏率，如图1所示。
复磁光克尔角定义为：，其大小正比于样品的磁化强度。
表1给出了常见的磁性物质在室温下的磁光克尔转角的数值。
磁光克尔效应 定义
磁光克尔效应定义磁光克尔效应是指在磁场作用下，光在介质中传播时，光的偏振方向会发生旋转的现象。
这一效应的发现和研究对于光学和磁学领域的发展具有重要的意义，并在实际应用中也有着广泛的应用。
磁光克尔效应最早是由法国物理学家克尔（Verdet）在19世纪发现和研究的。
当光线通过透明的磁性介质时，如玻璃、液体或气体等，若外加磁场沿着光的传播方向，就会引起光的偏振面旋转一个角度，这个角度与磁场的强度和介质的性质有关。
这种现象被称为磁光克尔效应。
磁光克尔效应的产生机制是基于光的电磁性质和磁性介质的相互作用。
当光通过磁性介质时，光的电场和磁场与介质中的电子和磁矩相互作用，从而导致光的偏振面的旋转。
这种旋转是由于光的电场和磁场引起介质中的电子和磁矩的运动，从而改变了光的传播方向。
磁光克尔效应的大小与磁场的强度和介质的性质有关。
一般来说，当磁场越强，克尔常数越大，光的偏振面的旋转角度也就越大。
而不同的介质对于磁光克尔效应的响应也是不同的，克尔常数可以用来描述介质的磁光性质。
光的波长也会对磁光克尔效应产生影响，不同波长的光在介质中所受到的磁光克尔效应也是不同的。
磁光克尔效应在实际应用中有着广泛的应用。
其中最常见的应用就是磁光器件，如光偏转器、光调制器和光开关等。
利用磁光克尔效应可以实现对光的调控和控制，使得光的传输和处理更加灵活和高效。
此外，磁光克尔效应还可以应用于磁光存储技术、光纤通信和激光器等领域。
磁光克尔效应是光学和磁学领域中一种重要的现象和效应。
它的发现和研究不仅对于科学研究具有重要的意义，而且在实际应用中也有着广泛的应用前景。
磁光克尔效应的研究和应用将有助于推动光学和磁学领域的发展，为我们的生活和科技进步带来更多的可能性。
磁光效应实验报告
轴不够重合，检偏棱镜，透镜聚焦位置不好，抑或是测量时噪音过大，影像数据的读取。
四、
参考文献
[1]. Qiu Z Q , Bader S D. Surface magneto-optic Kerreffect [J ] . Journal of Magnetism and Magnetic Materials , 1999 ,200 :664～678. [2]. 赵凯华. 新概念物理教程·光学[M] . 北京:高等教育出版社,2004. [3]. 刘公强，乐志强，沈德芳。磁光学。 上海科学技术出版社，2002. [4]. 廖延彪. 偏振光学[M] . 北京:科学出版社,2005. [5]. 吴思诚 王祖铨. 近代物理实验 高等教育出版社，2005. [6]. M. Faraday, Trans. Roy. Soc. (London) 5 (1846) 592. [7]. J. Kerr, Philos. Mag. 3 (1877) 339. [8]. J. Kerr, Philos. Mag. 5 (1878) 161. [9]. E.R. Moog, S.D. Bader, Superlattices Microstruct. 1 (1985) [10]. 543. [11]. S.D. Bader, E.R. Moog, P. GruK nberg, J. Magn. Magn. [12]. Mater. 53 (1986) L295. [13]. S.D. Bader, J. Magn. Magn. Mater. 100 (1991) 440. [14]. J.C. Maxwell, A Treatise on Electricity and Magnetism, [15]. Vol. II, chap. XXI, Clarendon Press, Oxford, 1873, pp.399-417. [16]. Z.Q. Qiu, S.D. Bader / Journal of Magnetism and Magnetic Materials 200 (1999) 664}678 677
磁光克尔效应及其测量
磁光克尔效应及其测量磁光克尔效应是一种物理现象，它可以使光通过磁场发生变化，从而有助于研究光的特性。
磁光克尔效应的发现起源于二十世纪初，当时，埃尔森弗朗西斯阿伯特克尔（Ernst Franz Abbe）发现当在放射光照射磁场时，克尔指数发生变化，这种现象被称作磁光克尔效应。
磁光克尔效应可以被用来研究和测量光的特性，它主要会影响光的双折射，衍射和色散。
克尔效应有多种类型，其中重要的一种是非线性克尔效应，即通过磁场改变光的双折射。
磁光克尔效应也可以用来测量激光的分布、光的偏振状态和其他特性。
磁光克尔效应的测量主要使用磁光克尔效应测量仪，它可以测量光的显微结构和发送的量子数。
它们可以用来测量光的偏振状态、衍射图像、光的色散等，以及纳米结构的形状和光源。
测量仪也可以用来研究激光脉冲的信号。
在实验室中，磁光克尔效应测量仪可以用来研究光的特性，并发现新的效应。
磁光克尔效应测量仪是一个可以用来探索物理现象的重要工具。
它们可以用来探究激光脉冲的行为、激光腔的性质，以及光的色散和偏振性质。
另外，磁光克尔效应测量仪还可以用来研究复合材料的结构，以及支持纳米尺度结构的力学特性。
在研究光的性质时，磁光克尔效应的测量是一项重要的任务，它可以为研究者提供重要的信息和见解，帮助他们更好地理解光的特性。
磁光克尔效应测量仪也被用于科学和工程领域，为科研和应用提供了重要的研究数据和技术支持。
总之，磁光克尔效应是一种非常重要的物理现象，它可以用来研究光的物理性质和量子特性。
磁光克尔效应测量仪可以用来测量和研究光的衍射图像、偏振状态和其他特性，也可以用于研究复合材料和纳米结构的形状和光源。
另外，研究者还可以使用磁光克尔效应测量仪来探索激光脉冲的信号。
表面磁光克尔实验报告.
1．极向克尔效应：如图 2 所示，磁化方向垂至于样品表面并且平行于入射面。通常情况下，
极向克尔信号的强度随光的入射角的减小而增大，在 0o入射角时（垂直入射）达到最大。
图 2 极向克尔效应
2．纵向克尔效应：如图 3 所示，磁化方向在样品膜面内，并且平行于入射面。纵向克尔信号的强度一般随光的入射角的减小而减小，在 入射角时为零。通常情况下，纵向克尔信号中无论是克尔旋转角还是克尔椭偏率都要比极向克尔信号小一个数量级。图 3 纵向克尔效应
振面旋转方向和δ同向时光强增大，反向时光强减小，这样 品的磁化方向可以通过样光强的变化来区分。在图 2 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 ， 通常Es<<Ep。
在一阶近似下有：
Es／Ep=θk+iεk (1)
正是这个原因纵向克尔效应的探测远比极向克尔效应来得困难。但对于很多薄膜样品来说，易磁轴往往平行于样品表面，因而只有在纵向克尔效应配置下样品的磁化强度才容易达到饱和。因此，纵向克尔效应对于薄膜样品的磁性研究来说是十分重要的。
3．横向克尔效应：如图 4 所示，磁化方向在样品膜面内，并且垂至于入射面。横向克尔效应中反射光的偏振状态没有变化。这是因为在这种配置下光电场与磁化强度矢积的方向永远没有与光传播方向相垂直的分量。横向克尔效应中，只有在 偏振光（偏振方向平行于入射面）入射条件下，才有一个很小的反射率的变化。图 4 横向克尔效应
成偏离消光位置一个很小的角度δ，
如图 6 所示。样品放置在磁场中，当外加磁场改变样品磁化强度时，反射光的偏振状态发生改变。通过偏振棱镜 2 的光强也发生变化。在一阶近似下光强的变化和磁化
磁光克尔效应实验研究
磁光克尔效应实验研究一、引言磁光效应是一种物理现象，其中光的传播受到磁场的影响。
克尔效应是指极化光线遭遇磁场后会发生克尔旋转。
磁光克尔效应实验是研究这一现象的重要途径。
本文将探讨磁光克尔效应的基本原理和实验方法。
二、磁光效应的基本原理磁光效应的基本原理是当光线通过介质时，介质中的原子或分子会对光线产生各种影响。
在外加磁场的情况下，这种影响会发生变化，导致光线的特性发生改变。
克尔效应是其中的一种，即光线的振动方向会随磁场的变化而发生旋转。
三、磁光克尔效应实验方法磁光克尔效应实验是通过实验装置和光学器件进行的。
实验过程中，首先需要准备好光源、磁场发生器和探测器等设备。
然后将这些设备连接在一起，调节磁场强度和光线入射角度，观察光线经过磁场后的旋转情况。
四、磁光克尔效应实验研究磁光克尔效应实验的研究旨在探讨克尔旋转角度与磁场强度、介质性质等因素之间的关系。
通过实验数据的分析和处理，可以得出光线旋转角度随磁场变化的规律，并研究不同介质对磁光效应的影响。
五、实验结果与讨论根据实验数据，可以得出光线旋转角度与磁场强度呈线性关系的结论。
同时，不同介质对光线旋转的影响也存在差异，这可能与介质的磁性和光学性质有关。
通过实验结果的分析，可以深入探讨磁光效应的机制和应用。
六、结论磁光克尔效应实验为研究磁光效应提供了重要的实验依据。
通过实验可以探讨克尔旋转现象的机制和规律，深化对光学现象的理解。
磁光效应在光电信息领域具有重要的应用潜力，未来的研究将进一步拓展其在光学器件和通信技术中的应用。
以上是对磁光克尔效应实验研究的一些探讨，希望可以为相关领域的研究提供一定的参考价值。
参考文献： 1. X. Zhang, Y. Wang. (2020) Magnetic field modified magneto-optical effects and ultrafast magnetization manipulation in plasmonicnanostructures. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 500:166249. 2. Y. Liu, Z. Chen. (2019) Magnetic field-induced polarization conversion and optical isolation based on magnetoplasmonics. Nanoscale, 11:19026-19033.。
利用表面磁光克尔效应监测Ni薄膜生长的物相转变
薄 膜 ４片 ， 各样 品 的冷却 时 间为 ５ｍｉ．其 中样 品 ｎ
１ ２和 ３是 常温 下 溅 射 生成 ， 品 ４在 相 同 的技 ， 样 术 下 溅 射 生 成 后 增 加 了 退 火 处 理 ， 火 温 度 为 退 ４ ０℃ ， ０ 退火 时 间为 ２ ｎ 冷 却 时 间为 ６ ｎ ０ｍｉ ， ０ｍｉ． 氩 气流量 和溅 射 时间见 表 １ ．
第 ３ ２卷 第 ８ 期
２１ ０ ２年 ８月
物 理
实 验
Ｖｏ１ ２ ＮＯ． ．３ Байду номын сангаас Ａ ｕｇ ２ ２ ．， ０１
ＰＨ ＹＳ ＣＳ ＥＸＰＥＲＩ ＥＮＴＡＴ１ Ｉ Ｍ ０Ｎ
利 用 表 面 磁 光 克 尔 效 应 监 测 Ｎｉ 薄膜 生 长 的 物 相 转 变
石 绍华 ， 阳 雨 ， 欧 李道 勇 曹伟 然。 ，
如 果把 介质 的介 电张量 分解 为对 称 和反对 称
部 分 ， 为反 对称 部 分 决 定 了介 质 对 入 射 光 偏 振 认 面 偏转方 向和椭偏 率 的影 响 ， 反对 称部 分 表示 为
厂 １ ｉ Ｑ． 一 ｉ ］ Ｑ，
对 溅射 室抽 气 ， 压强 降为 １ Ｐ Ｏ ａ时通 入 纯 氩气 ， 控 制 氩气 流量 为 １ ／ 对 溅 射 室 冲洗 ３ｍｉ． ０ｍＬ ｓ ｎ
２ Ｏ １ Ｏ
２ ２
２ 实 验
２ Ｉ 镍薄 膜 的制备 ． 镀 膜采 用 沈 阳科 友真 空仪 器研究 所 制造 的磁 控 溅射 仪 ， 材 为 ９ ． ９ 镍 ， 底 为 Ｓ０。 晶 靶 ９ ９ 基 ｉ 单
片．首先 利用机 械泵 和 涡轮分 子 泵二 级 抽气 系 统
２ ２ 磁 性 检 测 ．
磁光克尔 实验报告
磁光克尔实验报告引言磁光效应是指光波在磁场中传播时发生的旋光现象。
克尔效应是磁光效应的一种特殊现象，指的是在磁场中垂直于磁场方向的光波传播时，会发生旋光现象。
磁光克尔实验是用来研究磁光效应的一种常用实验方法，本实验旨在通过观察和测量克尔角来研究磁光克尔效应，并验证克尔关系式。
实验装置与原理实验装置主要由磁铁、起偏器、检偏器、光源、光阑、样品、读数器等组成。
光源经过起偏器后，成为偏振光，通过光阑后遇到样品，样品中的光将发生旋光，然后再通过检偏器，最后进入读数器进行测量。
克尔角是克尔效应的一个重要参数，定义为磁场方向与光轴方向（矩形截面晶体的主平面内）法线的夹角。
克尔角的大小直接与样品的性质及磁场的强弱有关。
实验步骤1. 将实验装置按照要求搭建好，调整起偏器和检偏器的角度，使其相互垂直。
2. 使用光源照射样品，调整磁铁的电流大小，观察检偏器的显示值，并记录下来。
3. 改变磁场的方向，逐渐增加电流大小，记录下检偏器的显示值。
4. 根据记录的数据绘制出克尔角随磁场强度的变化曲线。
数据处理与分析根据实验记录的数据，我们可以得到克尔角随磁场强度的变化曲线。
根据克尔关系式可以得到：K = V / (L * B)其中，K为克尔角，V为检偏器的显示值，L为样品的长度，B为磁场的强度。
通过绘制曲线，我们可以观察到克尔角随磁场强度的变化趋势。
一般来说，随着磁场强度的增加，克尔角会呈现出先增大后减小的趋势。
这是因为在磁场较弱时，磁光效应相对较小，克尔角较小；随着磁场强度的增加，磁光效应逐渐强化，克尔角也逐渐增大；当磁场达到一定强度后，由于样品本身的特性限制，克尔角开始减小。
结论通过本次实验，我们成功研究了磁光克尔效应，并验证了克尔关系式。
我们观察到克尔角随磁场强度的变化曲线，并根据该曲线得出了克尔角随磁场强度变化的一般规律。
此外，我们还了解到了磁光克尔效应在光学、材料学等领域的重要应用。
总的来说，本实验对我们深入理解磁光效应以及克尔效应的产生机制起到了重要的作用，为进一步研究相关领域的理论和应用提供了实验基础。
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深圳大学实验报告课程名称：近代物理实验
实验名称：表面磁光克尔效应
学院：物理科学与技术学院
组号指导教师：
报告人：学号：
实验地点：实验时间：
实验报告提交时间：
五、数据处理
5.1、纵向克尔效应：
图1、纵向实验图
纵向克尔效应是指磁化方向在样品膜面内，并且平行于入射面。
因此信号的强度会随光的入射角的减小而减少。
当信号垂直入射时强度为零。
当样品被纵向磁化时，当外部磁场增强，原本不带磁的样品上的磁场强度也随着增强，则接受的信号会越强。
而当外部磁场消失，样品上的磁场也不会消失，而接受的信号强度会一直保持在最大值。
直到外部加上一个反向磁场时，样品上带的磁场才会消失，而此时的信号会减少到初始状态。
由实验中得出，当磁性样品的磁性增大时，会出现克尔旋转角，从而使激光再次打入探测仪。
因而出现了能量的变化。
图1为测得的信号，虽变化不明显，但是基本上与理论相符。
5.2、极向克尔效应：
图2极向实验图
图3、极向克尔效应理想图
极向克尔效应是指磁化方向垂至于样品表面并且平行于入射面。
极向克尔信号的变化与纵向相反，其强度随光的入射角的减小而增大，若信号垂直入射则其强度最大。
样品上的磁场大小随外加磁场的变化而变化。
当外加磁场增大时，样品被磁化并其磁场强度增大。
而外加磁场消失样品上的磁场也消失了。
图3为极向克尔效应的理想图，而图2为实验图。
从图2发现接受的信号强度随着外加磁场的增大而减小，与理论相反。
极向克尔信号极弱，在调整电路时除了问题，没有找准消光点，而是光强最大点，导致在实验中当磁性样品的磁性增大时，会出现克尔旋转角，信号强度反而减小。
六、实验结论
本次实验的操作较为困难，主要是调节仪器光路，不仅需严格的按照光路调节的步骤进行，并且还要非常的仔细，否则会造成信号的衰减。
老师教我们一个小的技巧，就是拿一张白纸来判断激光是否对准各个仪器的中心。
一开始我们在调节仪器光路时很粗心，各个仪器之间没有保持平行，而激光没有对准仪器中心，虽然光线有透过仪器，但那个光线是由仪器内部反射出来的，结果接受的信号及其不精确。
随后从新调整了仪器光路，效果不错，完成了纵向克尔效应，虽然不明显。
而极向克尔效应没有完成，一个是仪器光路没调好，没找到消光点。
另一个是机器误差造成的。
实验基本上算是顺利完成了。
七、思考题
1、如何判断是哪种克尔效应？
答：通常情况下，极向克尔信号的强度随光的入射角的减小而增大，在0°入射角时（垂直入射）达到最大；纵向克尔信号的强度一般随光的入射角的减小而减小，在0°入射角时为零；横向克尔效应中反射光的偏振状态没有变化。
2、如何判断正负克尔效应？正负克尔效应的产生与什么因素有关？
答：反射光光强直接增大为正克尔效应，反射光光强减小为负克尔效应。
正负克尔效应的产生与与样品上所带的磁场有关。
3、实验中所使用的材料是哪种磁性材料？
在极向磁化时，样品上的磁场随外加磁场变化而变化等效，样品表现出顺磁性；在纵向极化时则表现出矩磁性。