DE2854064A1

DE2854064A1 - Verfahren und vorrichtung zum messen magnetooptischer anisotropie

Info

Publication number: DE2854064A1
Application number: DE19782854064
Authority: DE
Inventors: Masaru Ito; Seiichi Murayama; Kounosuke Oishi; Manabu Yamamoto
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1977-12-14
Filing date: 1978-12-14
Publication date: 1979-06-21
Also published as: US4298284A; DE2854064C2

Description

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zum Messen magnetooptischer Anisotropie und insbesondere zum Messen einer durch magnetische Anisotropie hervorgerufene, geringe Änderung des Polarisationszustandes von Licht.

Es sind bereits photometrische Methoden und Geräte bekannt, die Änderungen des Polarisationszustandes von Licht messen, welche durch eine Drehung der magnetooptisehen Polarisation (Faraday-Effekt) und durch magnetische· Doppelbrechung (Voigt-Effekt) hervorgerufen werden. Es ist beispielsweise ein Verfahren bekannt, bei dem eine magnetisierte Probe mit linear polarisiertem Licht bestrahlt und die Polarisationskomponente des aus der Probe austretenden Lichts, die senkrecht zu dem auf die Probe auffallenden linear polarisierten Licht ist, mit einem Polarisationsanalysator gemessen wird.

Das Prinzip des herkömmlichen Verfahrens zur Messung der auf dem magnetooptischen Effekt beruhenden Änderung des Polarisationszustandes des austretenden Lichts ist in Fig. 1 dargestellt. Aus einer Lichtquelle 1 austretendes Licht wird in einem Polarisator 2 in linear polarisiertes Licht umgesetzt, das eine Polarisationskomponente in Eichtung eines Vektors P aufweist und auf eine Probe 3 auffallen gelassen wird. Das aus der Probe 3 austretende Licht gelangt über einen Analysator 5, dessen Polarisationsebene senkrecht zur Polarisationsebene des Polarisators ausgerichtet ist, zu einem Photodetektor 7· Wenn an die Probe 3 ein magnetisches Feld H angelegt wird, so wird auf Grund des magnetooptischen Effekts eine optische Anisotropie in der Probe 3 hervorgerufen. Dieser Vorgang wird als magnetische Doppelbrechung bezeichnet. Licht, welches durch eine magnetisch doppelbrechende Substanz

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hindurchgegangen ist, weist einen Polarisationszustand auf, der anders als der Polarisationszustand des in die Substanz gelangenden Lichts ist. Fig. 2 gibt dies wieder.

In Fig. 2 (a) befindet sich der Ort der Spitze des elektrisehen Vektors des eintretenden Lichtes in einer zum optischen Lichtweg parallelen Richtung und entgegengesetzt zur Fortpflanzungsrichtung des Lichtstrahls. Dieser Ort stimmt mit dem Vektor P überein, der die Polarisationsrichtung des Eingangspolärisators 2 wiedergibt. Das durch die Probe 3 hindurchgegangene Licht ist auf Grund der in der Probe hervorgerufenen Doppelbrechung elliptisch polarisiert, wie dies Fig. 2(b) zeigt.Wenn die Doppelbrechung der Probe 3 stärker wird, so wird das Licht, das durch die Probe hindurchgeht, immer mehr in Richtung einer Zirkularpolarisierung polarisiert, wie dies Fig. 2(c) zeigt. Dann geht die Polarisierung des Lichts

in eine elliptische Polarisierung über, wie Fig. 2(d) zeigt. Und ßchliesslich ist das Licht wieder linear polyrisiert, wie Fig. 2(e) zeigt. Die Polarisationsrichtung dieses linear polarisierten Lichts stimmt mit einem Vektor überein, der die Ausrichtung des Analysators 5 wiedergibt.

Fig. 3 zeigt die Änderung der Intensität des durch .dsn Analysator 5 hindurchgehenden Lichtes in Abhängigkeit von den Polarisationsänderungen. Auf der Abszisse ist das Mass bzw. die Grosse Q der optischen Anisotropie aufgetragen, die durch die Probe 3 hervorgerufen wird. Die Grosse O_- ist proportional (n_Q-n_e), wobei n_Q und n_e die Brechungsindices der Probe für in der Z-Richtungpolarisiertes Licht bzw. für das in der X-Richtung polarisierte Licht angeben. Auf der Ordinate von Fig. 3 ist die Intensität des durch den Analysator 5 hindurchgehenden Lichtes aufgetragen. Die Bezugszeichen (a) - (e) in

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Fig. 3 entsprechen dem in Fig. 2 dargestellten polarisierten Licht (a) - (e), und bezeichnen die jeweiligen Lichtintensitäten, die nach Durchgang durch den Analysator 5 erhalten werden.

Bei den herkömmlichen Verfahren ist das Licht, mit der die Probe bestrahlt wird, linear polarisiert. Wenn die Probe eine geringe Anisotropie aufweist, so entspricht also der Arbeitspunkt dem Punkt (a) in Fig. 3· Wenn die Atomzahl dich te bzw. Atomdichte IT der Probe in einem Einheitsvolumen gering ist, so kann die zu messende Lichtintensität I bei dem herkömmlichen Verfahren durch die nachfolgend angegebene Gleichung ausgedrückt werden:

I=A+ B'N² (1)

Die Konstante A ist eine Streulicht, eindringendes Licht, Lichtemissionen eines Ofens oder von Flammen, die der Atomisierung der Probe dienen usw., berücksichtigende "Stör"-Grösse. Die Konstante B hängt von der Lichtwellenlänge, der Länge der magnetooptischen Wechselwirkung, der Stärke der magnetooptischen Anisotropie usw. ab. Wenn die Dichten N gering sind, so wird die Signalkomponente, die durch den zweiten Ausdruck der oben angegebenen Gleichung gegeben ist, auf Grund des Quadrats von N äusserst klein, und diese Signalkomponente ist dann praktisch nicht mehr vom Rauschen oder vom Hintergrund des ersten Ausdrucks in der Gleichung (1), der die Störeinflüsse berücksichtigt, zu unterscheiden. Weiterhin ist es für die praktische Anwendung auch äusserst nachteilig, dass die Intensität I vom Quadrat der Dichten N abhängt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen magnetooptischer Anisotropie bzw. zum Messen geringer, auf magnetooptische Anisotropie zurückzuführenden Änderung des Polarisations-

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zustande von Licht anzugeben bzw. zu schaffen, um die zuvor beschriebenen Nachteile herkömmlicher Verfahren und Geräte zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch das in Anspruch angegebene Verfahren gelöst.

Die in Anspruch 2 angegebene Vorrichtung löst ebenfalls die gestellte Aufgabe.

Anspruch 6 gibt eine Vorrichtung an, mit der ebenfalls die gestellte Aufgabe gelöst werden kann.

Die in Anspruch 7 angegebene Vorrichtung ermöglicht ebenfalls die Lösung der gestellten Aufgabe.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Geraäss der vorliegenden Erfindung sind zusätzlich Einrichtungen zum Hervorrufen optischer Anisotropie zur Verstärkung auf dem optischen Lichtweg vorgesehen, um die magnetooptische Anisotropie einer Probe zu messen. Das heisst, es sind Einrichtungen zur Erzeugung zirkulär polarisierten Lichts oder elliptisch polarisierten Lichts vorgesehen, die direkt an einer Lichtquelle angebracht sind, oder die auf einem optischen Lichtweg angeordnet sind, der sich von der Lichtquelle zum Polarisationsanalysator erstreckt. Die Einrichtungen, die zirkulär oder elliptisch polarisiertes Licht erzeugen,unterscheiden sich von den herkömmlichen Verfahren und Vorrichtungen zur Messung einer durch magnetooptische Anisotropie hervorgerufene Änderung des Lichtpolarisationszustandes grundsätzlich, und zwar deshalb, weil diese zirkulär oder elliptisch polarisiertes Licht erzeugenden Einrichtungen zusätzlich zur Verstärkung der magnetooptischen Anisotropie einer Probe herangezogen werden.

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Erfindungsgemäss weist die Intensität I des durch den Analysator hindurchgehenden Lichts einen gewissen, endlichen "Streulichtanteil" auf, und gleichzeitig wird bezüglich bzw. zusätzlich zu der Änderung des Polarisationszustandes, die einer anisotropen, durch das Anlegen eines Magnetfeldes in der Probe hervorgerufenen Änderung entspricht, eine Lichtintensität hinzugefügt, die proportional dem Änderungswert ist. Infolgedessen kann die Intensität des auf den Photodetektor fallenden Lichtes in Abhängigkeit von der Intensität I des auf die Probe einfallenden Lichtes durch folgende Gleichung ausgedrückt werden:

I = I₀ (C + D-N)

Hierbei sei angenommen, dass N klein ist. Die Konstante C hängt von dem Mass der elliptischen Polarisation des auf die Probe auffallenden Lichts und von der Ausrichtung des Analysators ab, und die Konstante D hängt von der Lichtwellenlänge, der Länge, auf der eine magnetooptische Wechselwirkung stattfindet, von der Magnetfeldstärke usw. ab.

Wie aus der zuvor angegebenen Gleichung ersichtlich ist, ist die zu messende Lichtintensität bei dem erfindungsgemässen Messverfahren eine lineare Funktion der Atomzahldichte N der Probe. Dies stellt einen erheblichen "Vorteil gegenüber dem herkömmlichen Messverfahren dar. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass auch eine äusserst kleine Änderung genau gemessen werden kann, da die zu messende Lichtintensität hoch ist.

Bei dem erfindungsgemässen Verfahren und bei der erfindungsgemässen Vorrichtung zum Messen magnetooptischer Anisotropie sind Einrichtungen vorgesehen, die optische Anisotropie hervorrufen und die an der Lichtquelle angebracht oder auf einem optischen Lichtweg angeordnet sind, der sich von der Lichtquelle zum Polarisationsanalysator erstreckt.

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Mit der vorliegenden Erfindung kann der Polarisationszustand des vom Polarisationsanalysator abgegebene Lichtes mit sehr hoher Genauigkeit analysiert werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. Λ die Anordnung für eine herkömmliche Vorrichtung

zum Messen einer durch magnetooptische Anisotropie hervorgerufene Änderung der Lichtpolarisation, Pig. 2 und 3 Diagramme, anhand denen die Grundsätze zur Messung der durch magnetooptische Anisotropie

hervorgerufene Lichtpolarisation gemäss herkömmlichen Verfahren und gemäss der vorliegenden Erfindung erläutert werden,
Fig. 4,5 und 6 Anordnungen erfindungsgemasser Vorrichtungen zur Messung der magnetooptischen Anisotropie, Fig. 7 ein Diagramm, in dem die Ausgangssignale, die mit der in Fig. 6 dargestellten Anordnung gemessen wurden, über der Probenmenge bzw. -konzentration aufgetragen sind, und

Fig. 8 ein schematisches Diagramm, das den Zusammenhang zwischen den Magnetfeldern und den Ausgangssignalen wiedergibt, wenn die Magnetfeldstärke bei der in Fig. 6 dargestellten Anordnung geändert wird.

Ausführungsbeispiel· 1:

Wie Fig. A- zeigt, wird Licht, das von einer Lichtquelle (einer Glühlampe, einer Entladungslampe oder einem Laser) kommt, in einem elliptisch oder zirkulär polarisiertes Licht erzeugenden Generator 2 in elliptisch oder zirkulär polarisiertes Licht verändert, oder das Mass der elliptisehen Poiarisation des von der Lichtquelle 1 kommenden Lichts wird im besagten Generator 2 geändert. Das vom Generator 2 abgegebene Licht fällt auf eine Probe 3· Als ein elliptisch oder zirkulär polarisiertes Licht er-

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zeugender Generator ist eine Kombination aus einem Linear-Polarisator 21 und einem optisch anisotropen Element (beispielsweise einem ein Viertel Wellenlängenplättchen) bekannt. Weiterhin können Einrichtungen zum Auswählen einer bestimmten Wellenlänge, beispielsweise Filter und Spektroskope verwendet werden, wenn dies erforderlich sein sollte. Derartige Einrichtungen sind jedoch in der Figur nicht dargestellt . Ein zum Lichtweg senkrechtes magnetisches Feld H wird mit den Magnetpolen 4A und 4B an die Probe 3 angelegt. Die Richtung und Stärke des Magnetfeldes kann fest oder veränderlich sein.

Einer solchen Anordnung wird das aus der Probe 3 austretende Licht mit einem Doppelbrechungs-Analysator 5 in zwei zueinander senkrechte Polarisationskomponenten aufgeteilt.

Die jeweiligen Polarisationskoraponenten werden mit Photodetektoren 7A und 7B gemessen. Der Analysator 5 braucht nicht doppelbrechend zu sein, vielmehr kann er ein Element sein, mit dem nur eine der Polarisatiosnkomponenten erhalten wird. Bei dem zuvor beschriebenen Gerät kann erforderlichenfalls bei der Anordnung des optischen Systems ein Spiegel oder Reflektor 6 verwendet werden.

Bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel zeigt die Tatsache, dass der elliptisch oder zirkulär polarisiertes Licht erzeugende Generator 2 zwischen der Lichtquelle 1 und der Probe 3 angeordnet ist, dass der Arbeitspunkt (a) in Fig. 3 sich nicht zu den Arbeitspunkten (b·), (c), (d) usw.hin verschiebt, wenn der elliptisch oder kreisförmig polarisiertes Licht erzeugende Generator nicht verwendet wird. Das heisst, beim Messen einer geringen durch die Probe 3 hervorgerufenen Anisotropie wird eine Einrichtung zusätzlich in den Lichtweg gebracht, um die Anisotropie noch zu vergrössern, so dass dadurch ei ne gewisse endliche Vergrösserung des Masses der optischen Anisotropie über die gesamte optische Weglänge erhalten wird. Wie aus Fig. 3 zu ersehen ist, weist das durch den

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Analysator 5 gelangende Licht Streulicht in einem gewxssen begrenzten Masse auf, und gleichzeitig wird für die geringe Änderung der Anisotropie Q eine Änderung der Intensität I proportional dazu hervorgerufen- Die theoretische Analyse und die experimentellen Untersuchungen haben gezeigt, dass folgende Gleichungen gelten:

¹A - ¹O ¹B - ¹O

Hierbei sind I, und I-g die Intensitäten der auf die Photodetektoren 7Δ und 7B fallenden Lichtstrahlen, I die Intensität des auf die Probe 3 fallenden Lichts und N die Atomzahldichte, die hier als klein angenommen wird. Wie sich aus den Gleichungen entnehmen lässt, sind die Intensitäten I. und I-g bei dem erfindungsgemässen System linear von N abhängig. Der Absolutwert des Ausdrucks

D. ·ΪΓ Q = a, b), der das Ausgangssignal betrifft, ist

ο
grosser als das Ausgangssignal beim herkömmlichen System (da beim herkömmlichen System das Ausgangssignal vom Quadrat von ET abhängt und sehr klein ist). Der Vorteil des erfindungsgemässen Geräts liegt also darin, dass es weniger empfindlich auf Störungen oder Schwankungen reagiert, die bei der Lichtemission der Lichtquelle bzw. des Ofens entstehen.

Mit dem zuvor beschriebenen Verfahren kann durch Messen der Lichtintensität I« oder Ig die Atomzahldichte N aus Gleichung (2) oder (3) berechnet werden.

In den Gleichungen (2) und (3) sind die Grossen C und C_K Konstanten, die von dem Mass der elliptischen Polarisation des auftreffenden elliptisch oder zirkulär polarisierten Lichts und von der Ausrichtung des Analysators abhängen. Die Konstanten D und D^ hängen von der Lichtwellenlänge, der Länge der magnetooptischen Wechselwirkung der Magnet-

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feldstärke usw. ab. Wenn das eintretende Licht zirkulär polarisiert und die Ausrichtung des Analysators 5 einen Winkel von 45° gegenüber dem Magnetfeld H aufweist, so
gelten in diesem speziellen Falle folgende Beziehungen:

C = C, = C (C ist eine Konstante) (4·)

3. U

D, = - γ -£aQj q · (5)

Hier gibt /jx&7 das Vorzeichen des Produkts aO wieder,
α ist die Grosse, deren Vorzeichen in Abhängigkeit vom
Polarisationszustand derart umgekehrt wird, dass dieses Vorzeichen plus ist, wenn die die zusätzliche zirkuläre oder elliptische Polarisation erzeugende Einrichtung ein Element ist, das zirkulär oder elliptisch polarisiertes Licht im Gegenuhrzeigersinn erzeugt, und dass das Vorzeichen minus ist, wenn die zusätzliche, eine zirkuläre oder elliptische Polarisation erzeugende Einrichtung ein Element ist, das elliptisch polarisiertes Licht im Uhrzeigersinn erzeugt, θ ist ein Winkel, der die Polarisation srichtung des Lichts angibt, das vom Analysator 5
abgetrennt werden soll, und zwar bezüglich der Eichtung des Wagnetfeldes H (d. h., im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist O = + /r/^). q und γ bezeichnen die Intensitäten der Doppelbrechung und die Absorption der Probe pro Einheitsatomnummerdichte. Wenn θ =. + 7Γ/4- dem Photodetektor A und θ = Tf/H- dem Photodetektor B entspricht, können die Gleichungen (4) und (5) in den Gleichungen (2) und (5)
eingesetzt werden, und es ergeben sich:

¹A ⁼ °o-\^c - y^ff -

IB = I₀-^C - γΝ + ßj q nJ (7)

Durch Umrechnung ergibt sich dann

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¹A - ¹B ⁼ -

sowie

(10) _{A BA B} q N/[C - γΐί} (11)

Mit dem durch die Gleichungen (6) bis (11) zu beschreibenden Prinzip können bessere Messmethoden geschaffen werden, wie dies nachfolgend ersichtlich ist.

(1) Wenn die Differenz zwisehen dem Ausgangssignal I^ des Photodetektor ^ΓΛ ^un(i clem Ausgangssignal I-g des Photodetektors 7vj genommen wird, so ist die^se Differenz proportional der Atomnummerdichte N, und die feste Vorspan-

nungskomponente bzw. ein bestimmter Absolutwert in den Ausgangssignalen wird eliminiert (um die Differenz zwischen I_A und Ig zu erhalten, wird ein an sich bekannter Operationsverstärker verwendet).

(2) Wenn (I. - I-p) durch die Intensität I_Q des eintretenden Lichts oder durch (I^ + Ig) geteilt wird, erhält man unabhängig von I ein Ausgangssignal, das von der Atomnummerdichte abhängt. Ein Verfahren bzw. Schaltungselemente, die eine solche Division vornehmen, ist bzw. sind bekannt.

Wenn sich der Analysator 5 um die Achse des optischen Weges dreht, so können'den Intensitäten I^ und Ig entsprechende Signale zeitlich nacheinander bei Verwendung nur eines der Photodetektoren 7A oder 7B erhalten werden.

Ausführungsbeispiel 2

Bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel wird von einer Lichtquelle 1 abgestrahltes Licht in einem

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elliptisch polarisiertes Licht erzeugenden Generator 2 in elliptisch oder zirkulär polarisiertes Licht umgesetzt, und wird dann auf eine Probe 3 fallengelassen, an dem senkrecht zum Lichtweg ein magnetisches Feld anliegt. Das von der Probe 3 abgegebene Licht wird durch einen Reflektor oder Spiegel 8 wieder auf dem Lichtweg zurückreflektiert. Das reflektierte Licht geht wieder durch die Probe 3 hindurch und seine elliptische Polarisation wird im elliptisch oder zirkulär polarisiertes Licht erzeugenden Generator 2 verändert. Im Generator 2 wird das Licht mittels eines DoppeIbrechungs- Polarisators 21 in zwei zueinander senkrecht stehende Polarisationskomponenten aufgeteilt. Die beiden Polarisationskomponenten werden am Spiegel 6 bzw. 9 reflektiert und fallen auf Photodetektoren 7B und 7 A auf.

Bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel befindet

sich im optischen Lichtweg ein zusätzlicher Spiegel 8, der zu folgenden Vorteilen führt:

(1) Da das Licht zweimal durch die Probe 3 hindurchgeht, wird die Länge auf der eine magnetooptische Wechselwirkung auftreten kann, vergrössert, und die Nachweisempfindlichkeit wird verbessert.

(2) Wenn ein optoelastischer Effekt oder ein elektrooptischer Effekt für oder in einem optisch anisotropen Element 22 untersucht werden soll, braucht die mechanische Kraft oder die Spannung, die von aussen auf das Element 22 ausgeübt wird, nur halb so gross zu sein.

Bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel dient der halblichtdurchlässige Spiegel 9 dazu, dass aus der Probe 3 austretende Licht auf den Photodetektor 7A zu werden. ,'

Bei dem zuvor anhand von Fig. 4 beschriebenen Ausführungs-

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beispiel ist das auf die Probe auffallende Licht zirkulär polarisiert, wenn das anisotrope Element 22 ein Viertelwellenplättchen ist. Um das in Fig. 5 dargestellte Gerät in derselben Weise zu betreiben, muss das anisotrope Element 22 ein Achtel-Wellenlängenplättchen sein.

Das auf die Probe 3 fallende Licht ist elliptisch polarisiert, wobei die zueinander senkrecht stehenden Komponenten eine Phasendifferenz von 7Γ/4- aufweisen. Das am Spiegel 8 reflektierte Licht wird jedoch wieder in zirkulär polarisiertes Licht umgesetzt, nachdem es wieder durch das anisotrope Element 22 hindurchgelaufen ist.

Auch wenn das optisch anisotrope Element 22 zwischen der Probe 3 und dem Analysator 5 bei dem in Fig. 4 dargestellten Gerät angeordnet ist, gelten die Gleichungen (2) und (3). In diesem Falle ist das auf die Probe 3 auffallende Licht linar polarisiertes Licht und das auf den Analysator 5 auffallende .Licht ist zirkulär oder elliptisch polarisiert.

Wie bis jetzt beschrieben, zeichnet sich die vorliegende Erfindung dadurch aus, dass das Licht, mit dem die Probe bestrahlt wird, linear polarisiert, elliptisch polarisiert oder zirkulär polarisiert sein kann, und dass im Falle von linear polarisiertem Licht dieses durch zusätzliche Elemente im optischen Lichtweg in zirkulär polarisiertes oder elliptisch polarisiertes Licht umgesetzt wird, bevor es zum Analysator gelangt.

Ausführungsbeispiel 3

Die in Fig. 6 dargestellte Ausführungsform weist im wesentlichen dieselbe Anordnung wie das Gerät gemäss des Ausführungsbei spiels 1 (vgl. Fig. 4) auf. Bei diesem hier dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Zeeman-Effekt bei der zusätzlichen Einrichtung ausgenutzt, die zirkulär

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polarisiertes Licht erzeugt. Oder genauer ausgedrückt, wird ein magnetisches Feld H mit Magnetpolen 1OA und 10B parallel zum optischen Lichtweg an eine Atomresonanzlinienquelle 1 angelegt. Die Intensitäten der zirkulär polarisierten Lichtkomponenten, deren Zeeman-Frequenzverschiebungen +p und -p gleich sind, werden mit I₀/2 bezeichnet. Weiterhin werden cc und q für die +p-Komponenten mit cc(+p) bzw. q(+p) bezeichnet. Die Gleichungen (6) und (7) gehen dann in folgende Gleichung über:

+ (l_o/2) (θ - yJSr - /i(-p)7q(-p)!r}

Da die +p-Komponente und die -p-Komponente Zirkularpolarisationen mit entgegengesetzter Polarisationsrichtung sind, weisen die Grossen a(+p) und oc(-p) hierbei einander entgegensetzte Vorzeichen auf. Wegen der Brechungsindex-Dispersion in der Nähe einer Atomresonanzlinie weisen die Grossen q(+p) und q(-p) entgegengesetzte Vorzeichen auf, sind jedoch in ihrem Absolutwert gleich. Aus der Gleichung (12) ergibt sich dann:

I_A = I₀ (c - yN -

Das gleiche gilt für den Photodetektor 7B, für den die entsprechende Gleichung gilt:

I_B = I₀-(c - jN + AC+p27 q(+p)

Die Gleichungen (6) bis (11) und die Erläuterung im Zusammenhang mit diesen Gleichungen können auch hier übernommen werden. Wie bei dem in I¹Xg. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel kann die Atomnuramerdichte N der Probe durch Messen I_A und Ig getrennt voneinander, gleichzeitig oder abwechselnd ermittelt werden. Die Stärke des Magnetfeldes

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das an die Lichtquelle 1 angelegt wird, kann etwa fest oder veränderlich sein. Wenn das Magnetfeld H ein Wechselfeld ist, erhält man Wechselstrom- bzw. Wechselspannungs-Ausgangssignale I^ und Ig, was insbesondere für den Nachweis von schwachen Signalkomponenten von Vorteil ist. Wenn das Magnetfeld IL nämlich mit einer Frequenz f moduliert wird, so wird auch q mit der Frequenz f moduliert, und Komponenten der Frequenz f, die in den Signalen I^ und Ig enthalten sind, werden in der Hauptsache Signalkomponenten.

Bei dem in Fig. 6 dargestellten Gerät strahlt eine als Lichtquelle 1 verwendete Hochfrequenzlampe mit einer Frequenz von 20 Megahertz (MHz) und 100 Watt (W) eine Atomresonanzlinie von CDI bei 228,8 ntn ab, und es wurde ein Magnetfeld H von 0,21 Tesla (T) mit den Magnetpolen 1OA und 1OB parallel zum; optischen Lichtweg an die Hochfrequenzlampe gelegt. Weiterhin wurde beim Magnetfeld H₀ von 1 Tesla (T) mit Magnetpolen A-A und 4ΐ$ senkrecht zum optischen Lichtweg an die Probe 3 angelegt. Das aus der Probe austretende Licht wurde im Analysator 5 in zwei zueinander senkrechte Polarisationskomponenten aufgeteilt, und die jeweiligen Komponenten wurden mit den Photodetektoren 7A und 7B gemessen. Fig. 7 zeigt ein Messdiagramm für diesen Fall, bei dem die Probenkonzentration ( in ppb) über dem Lichtausgangssignal aufgetragen wurde. Wie Fig. 7 zeigt, ist die Probenkonzentration wie im Falle der Atomlichtabsorption linear proportional zum Ausgangssignal. Dies zeigt, dass der Messvorgang sehr einfach ist. Wenn das an die Lichtquelle angelegte Magnetfeld beispielsweise auf H ~ 0,4- T verstärkt wurde, kann die Empfindlichkeit noch verbessert werden, wie sich dies aus dem in Fig. 8 dargestellten Diagramm ergibt.

Dr. Gy

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Claims

PATFNTAN WALTE

SCHIFF ν. FÜNER SfREHL SCriÜBEL-HOPF EBBjNGHAUS FINCK

MARIAHILFPLATZ 2 & 3, MÜNCHEN 9O 2 8 5 A 0 6

POSTADRESSE: POSTFACH 95 01 6O, D-8OOO MÖNCHEN 95

HITACHI, LTD. 14. Dezember 1978

DEA-5753

Verfahren und Vorrichtung zum Messen magnetooptischer

Anisotropie

Patentansprüche

Verfahren zum Messen magnetooptischer Anisotropie, bei dem eine magnetooptische Anisotropie aufweisende Probe mit Licht bestrahlt und der Polarisationszustand des Bestrahlungslichts nach Durchgang durch die Probe mit einem Polarisationsanalysator analysiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine optische Anisotropie erzeugende Einrichtung an einer Lichtquelle vorgesehen oder im optischen Lichtweg zwischen der Lichtquelle und dem Polarisationsanalysator angeordnet wird.

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2. Vorrichtung zum Messen mqgie"fcooptischer Anisotropie, mit einer Einrichtung, die an eine Probe ein Magnetfeld anlegt, mit einer Lichtquelle, die die Probe mit Licht bestrahlt, sowie mit einem Polarisationsanalysator und einem Photodetector, die auf einem optischen Weg des von der Probe austretenden Lichts angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine/ -^₁ z'irkularpolisiertes oder elliptisch polarisiertes Licht erzeugende Einrichtung (2) auf dem optischen Lichtweg vorgesehen ist, auf dem die Lichtquelle (1), die Probe (3) und der Polarisationsanalysator (5) liegt.
3· Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Polarisationsanalysator (5) ein Doppelbrechung s-Analysator ist und zwei zueinander senkrechte Polarisationskomponenten, die im Doppelbrechungs-Analysator getrennt worden sind, mit entsprechenden Photodetektoren (7A, JB) gemessen werden .
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3» gekennzeichnet durch einen elliptisch polarisiertes Licht erzeugenden Generator (2), der einen Polarisator (21) und ein optisch anisotropes Element (22) aufweist, die auf dem optischen Lichtweg zwischen der Lichtquelle (1) und der Probe (3) hintereinander angeordnet sind.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4-, dadurch gekennzeichnet, dass ein Polarisator zwischen der Lichtquelle (1) und der Probe (3) und ein optisch anisotropes Element zwischen der Probe (3) und dem Polarisationsanalysator (5) angeordnet sind.
6. Vorrichtung zum Messen magnetooptischer Anisotropie, gekennzeichnet durch einen elliptisch oder zirkulär polarisiertes Licht erzeugenden Generator (2), der einen doppelbrechenden Polarisator (21) und ein op-

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tisch anisotropes Element (22) aufweist, die auf dem optischen Lichtweg zwischen einer Lichtquelle (1) und Photodetektoren (7-A-, 7B) hintereinander angeordnet sind, eine Einrichtung (4A, 4-B), die ein Magnetfeld (H_f) an eine Probe (3) anlegt, auf die Licht fällt, das aus dem elliptisch oder zirkulär polarisiertes Licht erzeugenden Generator (2) austritt, und einen Reflektor (8), der das aus der Probe (3) austretende Licht in umgekehrter Richtung zurückwirft, wobei zwei einander senkrechte Polarisationskomponenten, die dadurch getrennt werden, dass das aus der Probe (3) austretende Licht am Reflektor (8) umgekehrt wird und nochmals durch die Probe (3) und das doppelbrechende Element (21) läuft, durch entsprechende Photodetektoren (7A, 7B) gemessen werden (Fig. 5).

7· Vorrichtung zum Messen magnetooptischer Anisotropie, gekennzeichnet durch eine Atomresonanzlinienquelle (1), Einrichtungen (1OA, 10B), mit denen ein Magnetfeld (H) parallel zum optischen Lichtweg an die Quelle (1) gelegt wird, eine Probe (3)i die im optischen Lichtweg angeordnet ist und mit Licht bestrahlt wird, das von der Atomresonanzlinienquelle (1), an der das Magnetfeld (EL) angelegt wird, bestrahlt wird, Einrichtungen (4-A, 4B), mit denen ein Magnetfeld (H.) an die Probe (3) gelegt wird, einen doppelbrechenden Analysator (5)? der auf dem optischen Lichtweg in Strahlungsrichtung gesehen hinter der Probe (3) angeordnet ist, und wenigstens einen Photodetektor (7A, 7B), der das vom Analysator abgegebene Licht misst- (Fig. 6).

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