DE2854064C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Messen magnetooptischer Anisotropie - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen schwacher magnetooptischer Anisotropie nach dem Voigt-Effekt entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie Vorrichtungen zur Durchführung dieses Verfahrens.

Es sind bereits photometrische Verfahren und Vorrichtungen bekannt, welche die verschiedenen magnetooptischen Effekte (Faraday-, Cotton-Mouton-, Voigt-Effekt) auszunutzen, um Änderungen des Polarisationszustandes von Licht zu messen. In der »Zeitschrift für angewandte Physik«, Band 29, 1970, ist auf den Seiten bis 237 ein Verfahren sowie die zugehörige Vorrichtung dargestellt, wonach eine Probe mit linear polarisiertem Licht durchstrahlt und gleichzeitig einem zum Lichtweg senkrechten Magnetfeld ausgesetzt wird. Mit einem Polarisationsanalysator wird die Polarisationskomponente des aus der Probe austretenden Lichts ge-

messen, die senkrecht zur Polarisationsrichtung des auf die Probe auftreffenden Lichts ist Dieses Verfahren sowie die Vorrichtung zu seiner Durchführung sind im folgenden unter Bezugnahme auf die F i g. 1 bis 3 im einzelnen beschrieben.

ίο Das Prinzip der Messung der auf dem magnetooptischen Effekt beruhenden Änderung des Polarisationszustandes von eine Probe durchlaufendem Licht ist in F i g. 1 dargestellt Aus einer Lichtquelle 1 austretendes Licht wird in einem Polarisator 2 in linear polarisiertes Licht umgesetzt, das eine Polarisationskomponente in Richtung eines Vektors P aufweist und auf eine Probe 3 auftrifft Das aus de" Probe 3 austretende Licht gelangt über einen Analysator 5, dessen Polarisationsebene senkrecht zur Polarisationsebene des Polarisators 2 ausgerichtet ist, zu einem Photodetektor 7. Wenn an die Probe 3 ein magnetisches Feld H angelegt wird, wird aufgrund des magnetooptischen Effekts eine optische Anisotropie in der Probe 3 hervorgerufen. Dieser Vorgang wird als magnetische Doppelbrechung bezeichnet.

Das Licht, das die magnetisch doppelbrechende Substanz durchlaufen hat, weist einen Polarisationszusland auf, der sich von dem des in die Substanz eintretenden Lichts unterscheidet, wie im folgenden anhand von F i g. 2 dargestellt ist.

Nach F i g. 2(a) stimmt die Richtung des elektrischen Feldvektors des eintretenden Lichtes mit der des Vektors P überein, der die Polarisationsrichtung des Eingangspolarisators 2 wiedergibt. Das durch die Probe 3 hindurchgegangene Licht ist aufgrund der in der Probe hervorgerufenen Doppelbrechung elliptisch polarisiert, wie dies; F i g. 2(b) zeigt. Wenn die Doppelbrechung der Probe 3 stärker wird, wird das Licht, das durch die Probe hindurchgeht, immer mehr in Richtung einer Zirkularpolarisation polarisiert, wie in F i g. 2(c) gezeigt. Dann geht die Polarisation des Lichts in eine elliptische Polarisation iiibyr, wie F i g. 2(d) zeigt. Schließlich ist das Licht wieder linear polarisiert, wie F i g. 2(e) zeigt. Die Polarisationsrichtung dieses linear polarisierten Lichts stimmt mit der Richtung eines Vektors überein, der die Ausrichtung des Analysator^;5 wiedergibt.

F i g. 3 zeigt die Änderung der Intensität des durch den Analysator 5 hindurchgehenden Lichtes in Abhängigkeit von den Polarisationsänderungen. Auf der Abszisse ist das Maß bzw. die Größe Q der optischen Anisotropie aufgetragen, die durch die Probe 3 hervorgerufen wird. Die Größe Q\sx proportional (n_o—n_c), wobei n_o und n_e die Brechungsindizes der Probe für in der Z-Richtung bzw. für in der V-Richtung polarisiertes Licht angeben. Auf der Ordinate von Fig. 3 ist die Intensität des durch den Aanalysator 5 hindurchgehenden Lichtes aufgetragen. Die Bezugszeichen (a)—(e) in F i g. 3 entsprechen den jeweiligen in F i g. 2(a)—(e) dargestellten Polarisationszuständen und bezeichnen die jeweiligen Lichtintensitäten nach Durchlaufen des Ana-Iysators5.

Bei dem bekannten Verfahren ist das Licht, mit der die Probe bestrahlt wird, linear polarisiert. Wenn die Probe eine geringe Anisotropie aufweist, entspricht der Arbeitspunkt dem Punkt (a)in Fig. 3. Wenn die Atomzahldichte bzw. Atomdichte N der Probe in einem Einheitsvolumen gering ist, kann die zu messende Lichtintensität / bei diesem Verfahren durch die nachfolgend angegebene Gleichung ausgedrückt werden:

(1)

Die Konstante Λ ist eine Streulicht, eindringendes Licht, Lichtemissionen von einem Ofen 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. Die Signalkomponente ist dann praktisch nicht mehr vom Rauschen oder vom Hintergrund nach dem ersten Ausdruck in der Gleichung (1), der die Störeinflüsse berücksichtigt, zu unterscheiden. Weiterhin ist es für die praktische Anwendung auch äußerst nachteilig, daß die Intensität /vom Quadrat der Dichte Nabhängt

Weiterhin ist aus der Deutschen Patentschrift 15 98 965 ein Verfahren zur Messung des magnetischen zirkularen Dichroismus bekannt das jedoch nicht unter Ausnutzung des transversalen magnetooptischen Voigt-Effekts, sondern des longitudinalen, nach Faraday bekannten magnetooptischen Effekts arbeitet Nach diesem Verfahren wird ein monochromatisches Lichtbündel mit aufgeprägter, während des Meßvorganges konstant gehaltener zirkularer Polarisation durch eine Probe geschickt, die gleichzeitig einem parallel zu dem Lichtbündel gerichteten magnetischen Wechselfeld ausgesetzt wird. Da der magnetische zirkuläre Dichroismus bestimmt werden soll, d. h. die unterschiedliche Absorption der beiden zirkularen Komponenten entgegengesetzten Drehsinns, in die sich linear polarisiertes Licht zerlegen läßt ist ausschließlich zirkulär polarisiertes Licht für die Bestrahlung des Meßobjekts geeignet. Der einfallende zirkulär polarisierte Lichtstrahl wird durch die Probe entsprechend ihres zirkularen Dichroismus gedämpft so daß sich dieser aus der Intensität des aus der Probe austretenden Lichtstrahls bestimmen läßt. Da nach diesem Verfahren die Intensität und nicht der PoIarisationszustand des aus der Probe austretenden Lichtstrahls gemessen wird, ist ein Polarisationsanalysator nicht vorgesehen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen schwaeher magnetooptischer Anisotropie bzw. zum Messen geringer, auf diese magnetooptische Anisotropie zurückzuführender Änderungen des Polarisationszustandes von Licht anzugeben, womit das Nutzsignal ohne gleichzeitige Verstärkung der Störsignale hervorgehoberi und eine möglichst lineare Änderung des Nutzsignals von der zu messenden magnetooptischen Anisotropie erzielt wird.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch das im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebene Verfahrensmerkmal bzw. mit den Vorrichtungen nach den kenzeichnenden Teilen der Ansprüche 3 und 5. Vorteillhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Gemäß der vorliegenden Erfindung sind zur Messung der magnetooptischen Anisotropie einer Probe auf dem optischen Weg eines Meßstrahls Einrichtungen vorgesehen, um diesem Strahl einen definierten Polarisationszustand aufzuprägen. Diese Einrichtungen erzeugen aus linear polarisierten Licht nicht linear, d. h. elliptisch oder zirkulär polarisiertes Licht und sind direkt an einer Lichtquelle angebracht oder auf dem optischen Weg zwischen der Lichtquelle und einem Polarisationsanalysator angeordnet Aufgrund dieser Einrichtungen unterscheiden sich das erfindungsgemäße Verfahren und die entsprechenden Vorrichtungen zu seiner Durchführung grundsätzlich von den bekannten Verfahren und Vorrichtungen zur Messung einer durch magnetooptische Anisotropie hervorgerufenen Änderung des Polarisationszustandes von Licht da durch diese nicht linear polarisiertes Licht erzeugenden Einrichtungen dem für die Messung verwendeten, ursprünglich linear polarisierten Lichtstrahl zusätzlich zum eigentlichen Meßwert ein Polarisationszustand aufgeprägt wird, der einem definierten Grundwert optischer Anisotropie entspricht. Dieser Polarisationszustand wird damit der zu bestimmenden Größe, d. h. der Änderung des Polarisationszustar.ds des Meßstrahls aufgrund der magnetooptischen Anisotropie der Probe, überlagert.

Die Intensität /des durch den Analysator hindurchgehenden Lichts weist einen endlichen »Streulichtanteil« auf. Erfindungsgemäß wird dem Intensitätswert der von der Änderung des Polarisationszustandes abhängt die einer anisotropen, durch das Anlegen eines Magnetfeldes an die Probe hervorgerufenen Änderung entspricht ein Maß an Lichtintensität hinzugefügt das proportional dem Änderungswert ist. Infolgedessen kann die Intensität des auf den Photodetektor fallenden Lichtes in Abhängigkeit von der Intensität I₀ des auf die Probe einfallenden Lichtes durch folgende Gleichung ausgedrückt werden:

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 Analysator 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.

Mit der vorliegenden Erfindung kann der Polarisationszustand des aus der Probe austretenden Lichtes mit sehr hoher Genauigkeit analysiert werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Anordnung einer oben beschriebenen Vorrichtung zum Messen einer durch magnetooptische Anisotropie hervorgerufenen Änderung der Lichtpolarisation,

F i g. 2 und 3 Diagramme, zur Erläuterung des Prinzips der Messung der durch magnetooptische Anisotropie hervorgerufenen Lichtpolarisation,

Fig.4, 5 und 6 Anordnungen erfindungsgemäß der Vorrichtungen zur Messung einer schwachen magnetooptischen Anisotropie,

F i g. 7 ein Diagramm, in dem die Ausgangssignale der in F- i g. 6 dargestellten Anordnung über der Probenmenge bzw. -konzentration aufgetragen sind, und

Fig. 8 ein Diagramm, das die Ausgangssignale als Funktion der Magnetfeldstärke bei der in F i g. 6 dargestellten Anordnung zeigt.

r^{elle bzw}-^{eines ofens für die Atomisieruns}

Wner^FG?ühlampe.^Weuier Entladungslampe oder einem Laser) kommt durch einen Generator 2 elliptisch oder zirkulär polarisiert oder das Maß der elliptischen Polarisation des von der Lichtquelle 1 kommenden Lichts wird in diesem Generator 2 geändert. Das ^vo™^Gene.^rat°^r _t| ² abgegebene Licht fällt auf eine Probe 3. Als ein de artiger Generator kann eine Kombination aus einem Linear-Polarisator 21 und einem —'■'* -",«otrnoen EIe-

^ _berechnet werden.

te N au'^g* ,J^₂, _unV(3) sind die Größen C und '^„stanten die von dem Maß der elliptischen Polan- ^ion des äugenden Lichts und von der Ausrichtung sa on α_{Die Konstanten D un}d D*

de Anary _üchtwelienlänge, der Länge der ma-

,o hangen von ο _{]wjrk der} Magnetfeldstarke

_{das eintr}etende Licht zirkulär polans.er

wendet werden, wenn dies erforderlich sein sollte. artige Einrichtungen sind jedoch in der Figur nichjdargestellt. Ein zum Lichtweg senkrechtes magnetisches Feld Hs wird mit den Magnetpolen 4A und 4ß an die Probe 3 angelegt. Die Richtung und Stärke des Magnetfeldes kann fest oder veränderlich sein

Das aus der Probe 3 austretende Licht wird mit einem Doppelbrechung«-Analysator 5 in zwei zueinander senkrechte Polarisationskomponenten auf get« t Die jeweiligen Polarisationskomponenten werden mit Pho-

odetektoren 7Λ und 7ß gemessen. Der Ana ysator 5 muß aber nicht doppelbrechend sein. Y'^elinehr _p^"" ^er ein Element sein, mit dem man nur eine: der Poiansationskomponenten erhält. Be. dem zuvor beschnebenen Gerät kann erforderlichenfalls be, der.Anordnung des

optischen Systems ein Spiegel oder Reflektor 6 verwen-C.

C = CTCiSt eine Konstante)

20

A_uSnd des im beschriebenen Ausführung, vorgesehenen elliptisch oder zirkulär polans.ertes L ch erzeugenden Generators 2 zwischen der ^quelle 1 und der Probe 3 wird der Arbeitspunkt W ™ Fifr^in

Richtung auf die Kurvenpunkte Γί>;Ύ4[^Λ™°⁰?^η; Das heißt, beim Messen einer geringen Anisotropie der Probe 3 wird zusätzlich eine Einrichtung m den Lieh weg gebracht, um die Wirkung der Anisotropie zu ver-

größern, so daß man über die ff »"«^J^rgch« ge einen einem bestimmten Grundwert der °P^llscne" Anisotropie entsprechenden Polarisat·»™«^ ^e™J· Wie aus F i g. 3 zu ersehen ist, weist das durch,den Analysator 5 gelangende Licht einen begrenzten Streulicht-Anteil auf. Gleichzeitig wird eine der geringen^Anderung der Anisotropie Q proportionale Änderung der Intensität / hervorgerufen. Die theoret.sche Analyse und die experimentellen Untersuchungen haben gezeigt, daß folgende Gleichungen gelten:

Vorzeichen des Produkts *0 wie-Hier PjM-g^ _{deren Vorzeichen} in Abhängigkeit ^ _Polarisationszustand derart festgelegt wird, daß es ^,ar» _zusatzi_iche nicht lineare Polansa-

>+■« ·J^ Einrichtung ein Element .st, das zirku-

™^™"β „ _larisiertes Licht im Gegenuhrze.-laroder * ρ P ^ ^^ ^ _{wenn diese E} „.

gerann jze g ^ ^ _{Licht im} Uhrzeigersinn er-

^₁ ^ ist ein Winkel, der die Polarisationsnchtung des zeugt» ^ _Ana,_{ysator 5} abgetrennt werden

Lichts a g ^ ^ ^^ _{des fe}

J^·™ . vorliegenden Ausführungsbe.sp.el ist

des Hifi. ^ ^ ^ _{bezeichnen die lnten}s.täten der Dop-

^«_{/4 dem Photodete}ktor B entspricht, können JJf β- _{und {5)} ·_{η die Gleichunge}n (2) und

_{m werden}, und es ergeben s.ch:

JcJN+W<i ^}

Durch Umrechnung ergibt sich dann:

21* N

sowie

/_/a_/_b;//_o=-[*] · 2qN
ι

D-N)

g)

Hierbei sind U und /_fl die Intensitäten der auf die Photodetektoren IA und 7ß fallenden Lichtstrahl«^ J. die intensität des auf die Probe 3 fallenden L.chts und N die Atomzahldichte, die hier als klein angenommen wird. Wie sich aus den Gleichungen entnehmen laßt, sind die Intensitäten I_A und h bei dem erfind^ungsgemaßenSystemlinearvonNabhängig.Der Absolutwertes

Ausdrucks Dj ■ Ntf- a. W der das Ausgangssignal betrifft, ist größer als das Ausgangssignal beim herkomm-UchenSystemidabeimherkömmhchenSystemdasAus-

gangssignal vom Quadrat von N abhangt und sehr Wem ist) Der Vorteil des erfindungsgemaßen Geräts liegt also darin, daß es weniger empfindlich auf Störungen oder Schwankungen reagiert, die bei der Lichtemission Das durch die Gleichung (6) bis (Π) zu beschreibende uas _{de vorteilha}fte Merkmale auf:

(^Dte Differenz zwischen ^^^^^ desL^P^^O\f_k^^^

μ °_{nd die} dem aufgeprägten Grundwert entsprechende ^^^^JX, bestimmter Absolutwert in den ^P^ j ,_{en wird} eliminiert (um die D.fferenz zwi- ^JJ^^Sd/ _m erhalten, wird ein an sich bekannter sch«^™° ^B _{ker verwe}ndet).

^OP^er^^_{f] Ig) auf} die Intensität /„des emtretengP^ M _f ^ ^ _normiert wird, erhält man denJjJ*⁰^ ⁽ _{ein Ausga}ng_Ssignal, das von der _abhängt. Ein Verfahren bzw. Schal_{die dne solche} Normierung bzw. DiV₁-

ekannt

_Analysator 5 um die Achse des

optischen Weges, so können den Intensitäten U und Ib entsprechende Signale zeitlich nacheinander bei Verwendung nur eines der Photodetektoren TA oder 75 erhalten werden.

Ausführungsbeispiel 3

Ausführungsbeispiel 2

Bei dem in F i g. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel wird von einer Lichtquelle 1 abgestrahlten Licht in einem Generator 2 in elliptisch oder zirkulär polarisiertes Licht umgesetzt. Dieses Licht trifft auf eine Probe 3, an der senkrecht zum Lichtweg ein magnetisches Feld anliegt. Das aus der Probe 3 austretende 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 Generator 2 verändert. Im Generator 2 wird das Licht mittels eines Doppelbrechungs-Polarisators 21 in zwei zueinander senkrechte Polarisationskomponenten aufgeteilt. Die beiden Polarisationskomponenten werden am Spiegel 6 bzw. 9 reflektiert und fallen auf die Photodetektoren 75 und TA.

Bei dem in F i g. 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 magnetoptische Wechselwirkung auftreten kann, vergrößert, und die Nachweisempfindlichkeit verbessert.

(2) Wenn ein optoelastischer Effekt oder ein elektrooptischer Effekt für ein optisch anisotropes Element 22 untersucht werden soll, muß die mechanische Kraft oder die elektrische Spannung, die von außen an das Element 22 angelegt wird, nur halb so groß sein.

Bei dem in F i g. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel dient der halblichtdurchlässige Spiegel 9 dazu, daß aus der Probe 3 austretende Licht auf den Photodetektor TA zu werfen.

Bei dem zuvor anhand von Fig.4 beschriebenen Ausführungsbeispiel ist das auf die Probe auffallende Licht zirkulär polarisiert, wenn das anisotrope Element 22 ein Λ-Plättchen ist Um das in Fig.5 dargestellte Gerät in derselben Weise zu betreiben, muß das anisotrope Element 22 ein Ali-Plättchen sein.

Das auf die Probe 3 fallende Licht ist elliptisch polarisiert, wobei die zueinander senkrecht stehenden Komponenten eine Phasendifferenz von λγ/4 aufweisen. Das am Spiegel 8 reflektierte Licht ist jedoch wieder in zirkulär polarisiertes Licht umgesetzt nachdem es erneut 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 linear polarisiert 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 eo Probe bestrahlt wird, linear elliptisch oder zirkulär polarisiert sein kann, und daß im Falle von linear polarisiertem Licht dieses durch zusätzliche Elemente im optischen Lichtweg in zirkulär oder elliptisch polarisiertes Licht umgesetzt wird, bevor es zum Analysator gelangt Die in F i g. 6 dargestellte Ausführungsform weist im wesentlichen dieselbe Anordnung wie das Gerät gemäß des Ausführungsbeispiels 1 (vgl. F i g. 4) auf. Bei diesem hier dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Zeeman-Effekt bei der Einrichtung ausgenutzt, die zirkulär polarisiertes Licht erzeugt. Genauer ausgedrückt, wird ein magnetisches Feld H_p mit Magnetpolen \0A und 105 parallel zum optischen Lichtweg an eine Atomresonanzlinienquelle 1 angelegt. Die Intensitäten der zirkulär polarisierten Lichtkomponenten, deren Zeeman-Frequenzverschiebungen +p und — ρ gleich sind, werden mit IJ2 bezeichnet. Weiterhin werden α und q für die +p-Komponenten mit o\±p) bzw. q{±p) bezeichnet. Die Gleichungen (6) und (7) für den Photodetektor Ta gehen dann in folgenden Gleichung über:

l_A-(IJ2\C-yN-

(12)

Da die +p-Komponente und die — /^-Komponente Zirkularpolarisationen mit entgegengesetzter Polarisationsrichtung sind, weisen die Größen o(+p) und οά^—ρ) einander entgegengesetzte Vorzeichen auf. Wegen der Brechungsindex-Dispersion in der Nähe einer Atomresonanzlinie weisen die Größen q(+p) und q(—p) entgegengesetzte Vorzeichen auf, sind jedoch in ihrem Absolutwert gleich. Aus der Gleichung (12) ergibt sich dann:

Ia = IJiC-yN-[o(+pM+PM

(13)

Das gleiche gilt für den Photodetektor 75, für den sich die entsprechende Gleichung ergibt:

l_B-IJLC-yN+[*(+PM+P)N\

Die Gleichungen (6) bis (11) und die Erläuterung im Zusammenhang mit diesen Gleichungen können auch hier übernommen werden. Wie bei dem in F i g. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel kann die Atomzahldichte N der Probe durch Messen von U und Ib getrennt voneinander, gleichzeitig oder abwechselnd ermittelt werden. Die Stärke des Magnetfeldes Hp, das an die Lichtquelle 1 angelegt wird, kann fest oder veränderlich sein. Wenn das Magnetfeld H_p ein Wechselfeld ist, erhält man Wechselstrom- bzw. Wechselspannungs-Ausgangssignale Ia und Ie, was insbesondere für den Nachweis von schwachen Signalkomponenten von Vorteil ist. Wenn das Magnetfeld H_p nämlich mit einer Frequenz /moduliert wird, wird auch q mit der Frequenz /moduliert, und Komponenten der Frequenz f, die in den Signalen U und Ib enthalten sind, werden in der Hauptsache Signalkomponenten.

Bei dem in F i g. 6 dargestellten Gerät strahlt eine als Lichtquelle 1 verwendete Hochfrequenzlampe mit einer Frequenz von 20 Megahertz (MHz) und einer Leistung von 100 Watt (W) eine Atomresonanzlinie von Cd] bei 228,8 nm ab. Hierbei wird ein Magnetfeld H_p von 0,21 Tesla (T) mit den Magnetpolen 10/4 und 105 parallel zum optischen Lichtweg an die Hochfrequenzlampe angelegt Weiterhin wird ein Magnetfeld H₅ von 1 Tesla (T) mit den Magnetpolen AA und 45 senkrecht zum optischen Lichtweg an die Probe 3 angelegt Das aus der Probe austretende Licht wird im Analysator 5 in zwei zueinander senkrechte Polarisationskomponenten aufgeteilt, und die jeweiligen Komponenten werden mit den Photodetektoren TA und 75 gemessen. F i g. 7 zeigt ein Meßdiagramm für diesen Fall, bei dem die Proben-

P 9

S konzentration (in ppb) über dem Lichtausgangssignal

f| aufgetragen ist. Wie F i g. 7 zeigt, ist das Ausgangssignal

wie im Falle der Atomlichtabsorption linear proportional zur Probenkonzentration. Dies zeigt, daß der Meßvorgang sehr einfach ist. Wenn das an die Lichtquelle 5 angelegte Magnetfeld beispielsweise auf Hp=: 0,4 T verstärkt wird, kann die Empfindlichkeit noch verbessert
werden, wie sich aus dem in F i g. 8 dargestellten Diagramm ergibt.

ίο

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

15

20

25

30

35

40

50

55

60

65

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Messen schwacher magnetooptischer Anisotropie nach dem Voigt-Effekt, bei dem die Probe mit polarisiertem Licht durchstrahlt und einem zum Lichtweg senkrechten Magnetfeld ausgesetzt und der Polarisationszustand des Lichts nach Durchsetzen der Probe analysiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß mit nicht linear polarisiertem Licht gearbeitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit zirkulär polarisiertem Licht gearbeitet wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, mit einer Lichtquelle, einem Polarisator, einem Analysator und einem Photodetektor, wobei die Probe zwischen Polarisator und Analysator angeordnet und einem zum Lichtweg senkrechten Magnetfeld ausgesetzt ist, gekennzeichnet durch eine im Lichtweg vor dem Analysator (5) angeordnete, eine definierte Anisotropie aufweisende Einrichtung (2), die aus linear polarisiertem Licht nicht linear polarisiertes Licht erzeugt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die eine definierte Anisotropie aufweisende Einrichtung (2) zwischen der Probe (3) und dem Analysator (5) angeordnet ist.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, mit einer Lichtquelle, einem Analysator und einem Photodetektor, wobei die Probe zwischen Lichtquelle und Analysator angeordnet und einem zum Lichiweg senkrechten Magnetfeld ausgesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (1) in einer Einrichtung (1OA tOB) angeordnet ist, die ein zum Lichtweg paralleles Magnetfeld erzeugt. (Fig. 6).

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetfeldeinrichtung (10/4, 10B) ein magnetisches Wechselfeld erzeugt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Analysator (5) ein Doppelbrechungs-Analysator ist und daß zwei Photodetektoren (7 A, 7B) zur Messung der beiden von dem Analysator (5) erzeugten, zueinander senkrechten Polarisationskomponenten vorgesehen sind. (F ig. 4-6).

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, gekennzeichnet durch einen Reflektor (8), der das aus der Probe (3) austretende Licht erneut durch die Probe(3)schickt.(Fig. 5).