 |
Результаты измерений гиромагнитных эффектов изменения интенсивности прошедшего и отраженного света
|
|
|
|
Измерения экваториальных эффектов изменения интенсивности отраженного и прошедшего света при S - поляризации падающего излучения были проведены на пленках железа, напыленных на стеклянные подложки толщиной 0,2 мм. Оптическая схема измерений доказана на рис. 25. Эффекты регистрировались на фиксированной длине световой волны λ = 653 нм. Оптические постоянные пленок определялись эллипсометрическим методом [45]. Показатель преломления материала подложки находился с помощью 
- эффекта (см. параграф 3.6).
Ниже приведены результаты измерении для двух пленок железа, напыленных методом взрыва (образец № l) и испарением с вольфрамовой лодочки (образец №2). Оптические постоянные (при λ = 633 нм) образцов были найдены равными: n = 2,02, K = 2,69 (№1); n = 2,225, K = 2,99 (№2). Для сравнения приведем значения оптических констант для монокристаллического железа на этой же длине волны: n = 2,86, K = 3,88 [52]. Значительное расхождение оптических характеристик металлических пленок от массивного материала и между собой говорит о сильной зависимости высокочастотных свойств пленочных объектов от способа их приготовления.
|
Рис. 25. Оптическая схема опыта для наблюдения гиромагнитных эффектов прошедшего и отраженном свете
Рис. 26. Угловая зависимость эффекта.
Пленка Fе. d2 = 110 нм, λ = 633 нм (образец №1).
▲ - падение света со стороны ферромагнитной пленки,
● - падений света со стороны подложки.
Рис. 27. Угловая зависимость эффекта.
Пленка Fе. d2 = 108 нм, λ = 633 нм (образец №2).
▲ - падение света со стороны ферромагнитной пленки,
● - падений света со стороны подложки.
Коэффициенты пропускания изучаемых пленок на рабочей длине волны равняются ~ 0,26% (№1) и ~ 0,16% (№2). Расчет толщины пленок по формуле
|
|
|
(4.7)
дает значения толщины 
для первой и второй соответственно ~ 110 нм и ~ 100 нм. Показатель преломления стекла подложек обоих образцов был найден равным 
= 1,52.
Ввиду малой прозрачности исследуемых ферромагнитных пленок гиромагнитные эффекты в отраженном и прошедшем свете должны описываться, соответственно формулами (4.1) и (4.3).
На рис. 26 и 27 представлены данные измерений угловой зависимости экваториального - эффекта в прошедшем свете для образцов №1 и №2. Эффект изменения интенсивности света наблюдался для случаев падения света как со стороны магнитной пленки, так и со стороны подложки. Величины -эффекта в максимуме составляют ~ 8 ∙ 
(№1) и ~ 2,5 ∙ (№2), т.е. отличаются более чем в три раза. На рисунках 26 и 27 хорошо видна знаковая симметрия полученных кривых, что означает выполнение на эксперименте предсказываемого теорией условия (1.48) изменения знака эффекта при обращении хода светового луча. Общий ход зависимостей величины - эффекта от угла падения света для образцов №1 и №2 сходен, за исключением больших углов падения, где на кривых рис. 27 имеет место уменьшение величины - эффекта, которое сменяет его монотонное возрастание (j 0°-60°).
Для установления соответствия наблюдаемых угловых зависимостей - эффекта (рис. 26 и 27) с теорией представим формулу эффекта (4.3) в виде
, (4.8)
где 
и 
- действительная и мнимая части недиагональной магнитной проницаемости
. (4.9)
Функции M (j) и N (j), зависящие от угла падения и оптических констант, имеют вид
(4.10)
где
(4.11)
При получений выражений (4.10) и (4.11) использовалось приближение
, (4.12)
которое хорошо выполняется в оптическом диапазоне для ферромагнитных металлов.
Общий анализ зависимостей 
и 
от угла падения затруднителен. На рис. 28 приведены графики этих функций, рассчитанных при n = 2,02, k = 2,69 и = 1,52 (образец №1). Из рисунка видно, что функции и не совпадают.
|
|
|
Различие этих функций имеет существенное значение, т.к. позволяет с помощью (4.8) одновременно рассчитать действительную и мнимую части недиагональной компоненты тензора магнитной проницаемости из экспериментальной угловой зависимости - эффекта, взяв его значения при двух углах падения. Заметим, что в случае 
- эффекта в отраженном свете произвести выделение величии 
и из его угловой зависимости невозможно.
Процедура нахождения и из данных измерений угловой зависимости - эффекта была произведена для обоих образцов. Разброс найденных из различных пар углов значений и в обоих случаях не превышал 10%. Средние величины 
и 
по всем расчетным парам углов оказались равными:
Образец №1: = - 2,4 ∙ 
; = 8,6 ∙ 
,
Образец №2: = - 1,2 ∙ ; = 3,9 ∙ .
С использованием этих значений 
и были рассчитаны угловые зависимости - эффекта. Расчетные кривые изображены на рис. 26 и 27 сплошными линиями. Близость экспериментальных значений к расчетным угловым зависимостям показывает, что наблюдаемая угловая зависимость хорошо описывается формулой (4.3).
Рис. 28. Угловые зависимости функций М (- - - - -) и N (______), при n = 2,02, k = 2,69, 
Рис. 29. Угловая зависимость эффекта.
Пленка Fe. = 110 нм. λ = 633 нм. (образец №1).
Сплошная линия ~ 
С целью дополнительной проверки полученных результатов на тех же самых образцах были произведены измерения гиромагнитного - эффекта в отраженном свете. На рис. 29 представлены данные по измерению угловой зависимости - эффекта на образце №1. Из рисунка хорошо видно, что наблюдаемая зависимость величины эффекта от угла падения света удовлетворяет закону т.е. находится в полном соответствии с формулой (4.1). Это еще раз показывает, что для данного образца 
.
Затем была рассчитана величина – эффекта по формуле (4.1) при значениях и 
взятых из измерений - эффекта. Ниже приведены экспериментальные и расчетные значений - эффекта при j = 45° для обоих образцов.
Эксперимент Расчет
Образец №1 1,1 ∙ 0,9 ∙
Образец №2 0,74 ∙ 0,72 ∙
Налицо близкое согласие экспериментальных и расчетных значений, что подтверждает правильность определения величин и для исследуемых образцов.
|
|
|
Весь набор полученных результатов в совокупности: характерный вид угловых зависимостей и - эффектов, смена знака - эффекта при обращении хода светового луча, хорошее согласие расчетных и экспериментальных значений 
- эффекта показывает, что наблюдаемый эффект изменения интенсивности S - поляризованного излучения, прошедшего через экваториально намагниченную пленку ферромагнитного металла, является новым гиромагнитным магнитооптическим эффектом в прошедшем свете.
|
|
|
