表面磁光克尔效应实验
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表面磁光克尔 效应实验
齐冰 科技楼313
基础知识
磁光克尔效应：入射的线偏振光在已磁化的物质 表面反射时，振动面发生旋转的现象，1876年由 John Kerr发现。克尔效应在表面磁学中的应用， 即为表面磁光克尔效应。
图1 表面磁光克尔效应原理
1．极向克尔效应：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，在垂直入射时达到最大。
当两个偏振方向之间有一个小角度时，通过 偏振棱镜2的光线有一个本底光强。反射光偏振面 旋转方向同向时光强增大，反向时光强减小，这 样样品的磁化方向可以通过光强的变化来区分。
表面磁光克尔效应实验扫描图样
克尔信号分析
虽然表面磁光克尔效应的测量结果是克尔 旋转角或者克尔椭偏率，并非直接测量磁 性样品的磁化强度。但是在一阶近似的情 况下，克尔旋转角或者克尔椭偏率均和磁 性样品的磁化强度成正比。表面磁光克尔 效应实际上测量的是磁性样品的磁滞回线， 因此可以获得矫顽力、磁各向异性等方面 的信息。
实验中所使用的材料是哪种磁性材料？
磁滞回线原理
HS:当H增加到这一值时， 增加到这一值时， 当 增加到这一值时 B 不再增加，达到饱和。 不再增加，达到饱和。
磁滞回线 B Bm Br Hc O HS H
Br:剩磁 剩磁 Hc:矫顽力 矫顽力
不断地正向或反向缓慢改变磁场， 不断地正向或反向缓慢改变磁场 ， 磁化曲线为一闭合曲 磁滞回线。 线—磁滞回线。
磁性材料可分为顺磁质、抗磁质、铁磁质等， 磁性材料可分为顺磁质、抗磁质、铁磁质等，它们 的磁化机制各不相同在这里不作详细介绍。 的磁化机制各不相同在这里不作详细介绍。 磁性材料又可分为硬磁材料、软磁材料、 磁性材料又可分为硬磁材料、软磁材料、矩磁材料 等等，它们的磁滞回线是各有特点的 等等，它们的磁滞回线是各有特点的
2．纵向克尔效应：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，在零入 射角时为零。
3．横向克尔效应：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。
实验光路图
光路图特点
偏振器件配置
偏振器配置原因：两个偏振棱镜的设置状 态主要是为了区分正负克尔旋转角。
B
B
Leabharlann Baidu
B
O
H
H
O
H
硬磁材料 软磁材料 矩磁材料
磁化原理
（1）、一般材料的磁化原理 ）、一般材料的磁化原理 B0
（a）无外磁场时
B/
（b）有外磁场时
（2）、铁磁质的磁化原理 ）、铁磁质的磁化原理
B0
（a）无外磁场时
（b）有外磁场时
课后问题
如何判断是哪种克尔效应？
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？
齐冰 科技楼313
基础知识
磁光克尔效应：入射的线偏振光在已磁化的物质 表面反射时，振动面发生旋转的现象，1876年由 John Kerr发现。克尔效应在表面磁学中的应用， 即为表面磁光克尔效应。
图1 表面磁光克尔效应原理
1．极向克尔效应：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，在垂直入射时达到最大。
当两个偏振方向之间有一个小角度时，通过 偏振棱镜2的光线有一个本底光强。反射光偏振面 旋转方向同向时光强增大，反向时光强减小，这 样样品的磁化方向可以通过光强的变化来区分。
表面磁光克尔效应实验扫描图样
克尔信号分析
虽然表面磁光克尔效应的测量结果是克尔 旋转角或者克尔椭偏率，并非直接测量磁 性样品的磁化强度。但是在一阶近似的情 况下，克尔旋转角或者克尔椭偏率均和磁 性样品的磁化强度成正比。表面磁光克尔 效应实际上测量的是磁性样品的磁滞回线， 因此可以获得矫顽力、磁各向异性等方面 的信息。
实验中所使用的材料是哪种磁性材料？
磁滞回线原理
HS:当H增加到这一值时， 增加到这一值时， 当 增加到这一值时 B 不再增加，达到饱和。 不再增加，达到饱和。
磁滞回线 B Bm Br Hc O HS H
Br:剩磁 剩磁 Hc:矫顽力 矫顽力
不断地正向或反向缓慢改变磁场， 不断地正向或反向缓慢改变磁场 ， 磁化曲线为一闭合曲 磁滞回线。 线—磁滞回线。
磁性材料可分为顺磁质、抗磁质、铁磁质等， 磁性材料可分为顺磁质、抗磁质、铁磁质等，它们 的磁化机制各不相同在这里不作详细介绍。 的磁化机制各不相同在这里不作详细介绍。 磁性材料又可分为硬磁材料、软磁材料、 磁性材料又可分为硬磁材料、软磁材料、矩磁材料 等等，它们的磁滞回线是各有特点的 等等，它们的磁滞回线是各有特点的
2．纵向克尔效应：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，在零入 射角时为零。
3．横向克尔效应：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。
实验光路图
光路图特点
偏振器件配置
偏振器配置原因：两个偏振棱镜的设置状 态主要是为了区分正负克尔旋转角。
B
B
Leabharlann Baidu
B
O
H
H
O
H
硬磁材料 软磁材料 矩磁材料
磁化原理
（1）、一般材料的磁化原理 ）、一般材料的磁化原理 B0
（a）无外磁场时
B/
（b）有外磁场时
（2）、铁磁质的磁化原理 ）、铁磁质的磁化原理
B0
（a）无外磁场时
（b）有外磁场时
课后问题
如何判断是哪种克尔效应？
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？