WO2013013674A1 - Magnetizable single- and multilayer systems, and production and use thereof - Google Patents

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Abstract

The invention describes the design of an arrangement of a magneto-optical system in which a specific polarization of the reflected or transmitted wave is achieved for a predefined wavelength of the incident electromagnetic wave. The arrangement according to the invention and the use method allow use for optimizing the design of a magneto-optical system in order to achieve the "target" polarization of the reflected or transmitted wave, or of a magneto-optical storage device or of a magnetic field sensor. Furthermore, the invention makes it possible to construct a magneto-optical modulator or a multiplexer comprising a magneto-optical component.

Description

Beschreibung  description
Magnetisierbare Einzel- und Mehrschichtsysteme, deren Herstellung und Verwendung Technisches Gebiet Magnetisable single and multi-layer systems, their production and use Technical field
[0001] Die Erfindung betrifft eine Anordnung eines nnagnetisierbaren Einzel- und Mehrschichtsystems, speziell für die magnetooptische Kopplung von elektromagnetischen Wellen an ein magnetisierbares Einzel- und The invention relates to an arrangement of nnagnetisierbaren single and multi-layer system, especially for the magneto-optical coupling of electromagnetic waves to a magnetizable single and
Mehrschichtsystem mit magnetisierbaren Einzelschichten, sowie deren Herstellung und Verwendung.  Multilayer system with magnetizable individual layers, as well as their production and use.
Stand der Technik  State of the art
[0002] Das magnetische Moment in magnetisierbaren Materialien richtet sich The magnetic moment in magnetizable materials depends
vorzugsweise parallel zu den Feldlinien des Magnetfeldes H aus.  preferably parallel to the field lines of the magnetic field H out.
[0003] Ein magnetisierbares Einzel- und Mehrschichtsystem besteht aus einer bzw. mehreren übereinander gestapelten Schichten, von denen mindestens eine Schicht magnetisierbar ist.  A magnetizable single and multi-layer system consists of one or more stacked layers, of which at least one layer is magnetizable.
[0004] Ferromagnetische Materialien, z.B. Eisen, Nickel, Kobalt, haben ein  Ferromagnetic materials, e.g. Iron, nickel, cobalt, have one
Gedächtnis für das von außen angelegte Magnetfeld H und können nach Abschalten des äußeren Magnetfeldes H eine magnetische Ordnung, d.h. eine endliche Magnetisierung M j aufweisen. Das Einstellen einer spontanen magnetischen Ordnung ist temperaturabhängig und erfolgt in ferromagnetischen Materialien unterhalb der Curie-Temperatur. Memory for the externally applied magnetic field H and can after switching off the external magnetic field H have a magnetic order, ie a finite magnetization M j . Setting a spontaneous magnetic order is temperature dependent and occurs in ferromagnetic materials below the Curie temperature.
[0005] Die Temperaturabhängigkeit der magnetischen Ordnung wird beim  The temperature dependence of the magnetic order is in
Löschvorgang vor jedem Schreibvorgang in magnetooptischen Disks ausgenutzt. Magnetooptische Disks werden magnetisch geschrieben und optisch ausgelesen und kombinieren so die Vorteile der Magnet- und der Lasertechnologie zum Erfassen und Speichern von Daten. Beim Löschen werden die magnetooptischen Disks mit einem Laser-Schreibstrahl lokal über die Curie-Temperatur erhitzt. Nach dem Abkühlen bleibt die Magnetisierung vorhanden. Die unterschiedlich magnetisierten Bereiche reflektieren Licht durch den magnetooptischen Kerr-Effekt unterschiedlich, so dass zum  Erase process used before each write in magneto-optical discs. Magneto-optic discs are magnetically written and optically read, combining the advantages of magnetic and laser technology for capturing and storing data. When erased, the magneto-optical disks are locally heated with a laser writing beam above the Curie temperature. After cooling, the magnetization remains present. The differently magnetized areas reflect light differently by the magneto-optic Kerr effect, so that the
Auslesen ebenfalls ein Laserstrahl, der Laser-Lesestrahl, eingesetzt werden kann. Der Laser-Lesestrahl hat eine geringere Leistung als der Laser- Schreibstrahl, da er das Material nicht erhitzen muss. Magnetooptische Speichermedien sind teure aber sehr gute Datensicherungsspeicher. Reading also a laser beam, the laser reading beam, can be used. The laser reading beam has a lower power than the laser Write beam because he does not need to heat the material. Magneto-optical storage media are expensive but very good backup memories.
Aufgrund von mangelnder Kapazität und/oder hohen Kosten sind die  Due to lack of capacity and / or high costs are the
Zukunftschancen für magnetooptische Speichermedien relativ gering. Derzeit sind keine aktuellen Entwicklungen mehr in diese Richtung zu erwarten.  Future prospects for magneto-optical storage media relatively low. Currently, no current developments are expected in this direction.
[0006] Der elektrische Widerstand von magnetisierbaren Mehrschichtsystemen  The electrical resistance of magnetizable multilayer systems
hängt von der Ausrichtung der Magnetisierung in den Einzelschichten des Mehrschichtsystems zueinander ab. Diese Magnetfeldabhängigkeit des Widerstandes wird z. B. in Magnetowiderstandssensoren, das sind  depends on the orientation of the magnetization in the individual layers of the multilayer system to each other. This magnetic field dependence of the resistance is z. B. in magnetoresistance sensors, that are
magnetisierbare Mehrschichtsysteme, in denen die Magnetisierung wenigstens einer Schicht in einer Richtung reversibel von einem von außen angelegten Magnetfeld H abhängt, genutzt.  magnetizable multilayer systems in which the magnetization of at least one layer in one direction depends reversibly on an externally applied magnetic field H used.
[0007] Mehrschichtsysteme bestehend aus zwei ferromagnetischen Schichten, die durch eine isolierende Schicht getrennt sind, zeigen den Effekt des  Multilayer systems consisting of two ferromagnetic layers, which are separated by an insulating layer, show the effect of
Tunnelmagnetowiderstandes (TMR). Der elektrische Widerstand von TMR- Strukturen hängt von der magnetischen Orientierung der beiden  Tunnel magnetoresistance (TMR). The electrical resistance of TMR structures depends on the magnetic orientation of the two
ferromagnetischen Lagen zueinander ab. TMR-Strukturen werden in  ferromagnetic layers to each other. TMR structures are in
Leseköpfen in Festplatten mit hohen Kapazitäten genutzt. TMR-Strukturen werden auch in magnetischen Sensoren und als Speicherelemente in  Read heads used in hard drives with high capacities. TMR structures are also used in magnetic sensors and as storage elements in
Magnetspeichern (magnetic random access memory, MRAM) verwendet.  Magnetic random access memory (MRAM) is used.
[0008] Mehrschichtsysteme bestehend aus zwei ferromagnetischen Schichten, die durch eine nichtmagnetische Metall-Zwischenschicht getrennt sind, zeigen den Effekt des Riesenmagnetowiderstandes (GMR). Der elektrische  Multilayer systems consisting of two ferromagnetic layers, which are separated by a non-magnetic metal intermediate layer, show the effect of giant magnetoresistance (GMR). The electric
Widerstand von GMR-Strukturen hängt von der magnetischen Orientierung der beiden ferromagnetischen Schichten zueinander ab. Der GMR-Effekt ist kleiner als der TMR-Effekt. GMR-Strukturen werden in Leseköpfen von Festplatten verwendet, welche eine geringere Kapazität als die Festplatten mit Leseköpfen mit TMR-Strukturen besitzen.  Resistance of GMR structures depends on the magnetic orientation of the two ferromagnetic layers to each other. The GMR effect is smaller than the TMR effect. GMR structures are used in read heads of hard disks which have a smaller capacity than the disks with read heads with TMR structures.
[0009] Die magnetooptischen Eigenschaften von magnetisierbaren Einzel- und  The magneto-optical properties of magnetizable single and
Mehrschichtsystemen hängen von der Größe und Richtung der  Multilayer systems depend on the size and direction of the
Magnetisierung in den Einzelschichten ab.  Magnetization in the individual layers from.
[0010] Unter Magnetooptik versteht man die Wechselwirkung von  Magneto-optics means the interaction of
elektromagnetischen Wellen mit magnetisierbaren Materialien. Magnetooptische Effekte werden standardmäßig bezüglich der Ausrichtung der Magnetisierung der Einzelschichten zur Ausbreitungsrichtung der elektromagnetischen Welle gegeben. So wird zwischen longitudinalen (Faraday-Effekt), transversalen und polaren magnetooptischen Effekten unterschieden. electromagnetic waves with magnetizable materials. Magneto-optic effects are given as standard with respect to the orientation of the magnetization of the individual layers to the propagation direction of the electromagnetic wave. Thus, a distinction is made between longitudinal (Faraday effect), transverse and polar magneto-optical effects.
[001 1 ] US 4650290 A , US 3680065 A , US 5538801 A und US 6143435 A  [001 1] US 4650290 A, US 3680065 A, US 5538801 A and US 6143435 A
beschreiben die magnetooptischen Eigenschaften von magnetisierbaren Einzel-, Zwei- oder Dreischichtsystemen in Abhängigkeit von der  describe the magneto-optical properties of magnetizable single, two or three-layer systems depending on the
Magnetisierung der Einzelschichten. Der Nachteil dieser vier Anmeldungen ist, dass sie die Abhängigkeit magnetooptischen Eigenschaften der  Magnetization of the single layers. The disadvantage of these four applications is that they depended on the dependence magnetooptical properties of
Einzelschichten des magnetisierbaren Einzel-, Zwei- oder  Single layers of magnetizable single, two or
Dreischichtsystems von den Eigenschaften der einfallenden  Three-layer system of the characteristics of the incident
elektromagnetischen Welle (beispielsweise Wellenlänge oder  electromagnetic wave (for example, wavelength or
Polarisationszustand) oder die Dicke der magnetisierbaren Einzelschichten nicht berücksichtigen.  Polarization state) or the thickness of the magnetizable single layers do not take into account.
[0012] Die magnetooptischen Effekte sind quantenmechanischer Natur und lassen sich mittels der MAXWELL-Gleichungen und des materialabhängigen Leitfähigkeitstensors σ, Dielektrizitätstensors ε und magnetischen  The magneto-optical effects are quantum-mechanical in nature and can be determined by means of the MAXWELL equations and the material-dependent conductivity tensor σ, dielectric tensor ε and magnetic
Permeabilitätstensors μ beschreiben. Bei Kenntnis der von der Wellenlänge der elektromagnetischen Welle abhängigen Materialtensoren gelangt man zu einer Beschreibung wie sich elektromagnetische Wellen in einem  Permeability tensor μ describe. Knowing the dependent on the wavelength of the electromagnetic wave material tensors leads to a description of how electromagnetic waves in a
magnetisierbaren Einzel- und Mehrschichtsystem ausbreiten.  spread magnetizable single and multi-layer system.
[0013] Ein Modulator prägt einer elektromagnetischen Welle Information auf, z.B. durch Variation von Intensität, Phase, Polarisation oder Richtung der elektromagnetischen Welle. Ein Schalter, z.B. der optische Isolator, ist demnach ein Spezialfall eines Modulators zum An- und Ausschalten von elektromagnetischen Wellen.  A modulator impresses information to an electromagnetic wave, e.g. by varying the intensity, phase, polarization or direction of the electromagnetic wave. A switch, e.g. The optical isolator is therefore a special case of a modulator for switching on and off electromagnetic waves.
[0014] Allgemein bezeichnet man als Doppelbrechung (Dichroismus) ein optisches Phänomen, das in vielen anisotropen Medien auftritt und sich durch unterschiedliche Ausbreitung von elektromagnetischen Wellen für  Generally referred to as birefringence (dichroism) is an optical phenomenon that occurs in many anisotropic media and by different propagation of electromagnetic waves for
verschiedene Orientierungen des Polarisationsvektors auszeichnet.  different orientations of the polarization vector distinguishes.
Doppelbrechung tritt z.B. durch magnetooptische Kopplung einer  Birefringence occurs e.g. by magnetooptical coupling of a
elektromagnetischen Welle an magnetisierbaren Einzel- und Mehrschichtsysteme in einem äußeren Magnetfeld und/oder durch elektrooptische Kopplung einer elektromagnetischen Welle an elektrisch polarisierbare Einzel- und Mehrschichtsysteme in einem äußeren electromagnetic wave to magnetizable single and Multi-layer systems in an external magnetic field and / or by electro-optical coupling of an electromagnetic wave to electrically polarizable single and multi-layer systems in an outer
elektrischen Feld auf.  electric field.
[0015] Ein Anwendungsbeispiel für die elektrooptische Kopplung sind Pockels- und Kerr-Zellen. In ihnen wird das Brechungs- und Polarisationsverhalten eines Materials linear (Pockels-Effekt) und quadratisch (Kerr-Effekt) durch ein von außen angelegtes elektrisches Feld verändert. Typische Änderungen des Brechungsindex betragen Δη/η~10"5. Nach Propagation der An example of an application for the electro-optical coupling are Pockels and Kerr cells. In them, the refraction and polarization behavior of a material is changed linearly (Pockels effect) and quadratically (Kerr effect) by an externally applied electric field. Be typical changes in the refractive index Δη / η ~ 10 '5. After propagation of the
elektromagnetischen Wellen um eine Strecke von 105 Wellenlängen, ergibt sich damit eine Phasenverschiebung von 2ττ. Materialien für Pockels-Zellen sind meist Kristalle, z.B. NH4H2PO , LiNbO3, LiTaO3, KH2PO . Materialien für Kerr-Zellen sind meist isotrope punktsymmetrische Medien (Gase, Flüssigkeiten, bestimmte Gläser). Die elektrooptischen Effekte werden in Verzögerungsplatten mit veränderlichem Brechungsindex zur electromagnetic waves by a distance of 10 5 wavelengths, this results in a phase shift of 2ττ. Materials for Pockels cells are usually crystals, eg NH 4 H 2 PO, LiNbO 3 , LiTaO 3 , KH 2 PO. Materials for Kerr cells are mostly isotropic point-symmetric media (gases, liquids, certain glasses). The electro-optical effects are used in variable refractive index retardation plates
Phasenmodulation, zur Änderung der Lichtpolarisation und zur Änderung der Lichtintensität sowie in Linsen mit veränderlicher Brennweite verwendet. Erreichbare Modulationsfrequenzen liegen bei einigen hundert MHz bis einigen GHz. Die Modulationsfrequenz kann durch integrierte optische Bauweise erhöht werden, z. B. integrierter-optischer Phasenmodulator, integriertes-optisches Interferometer und integrierter-optischer  Phase modulation, to change the light polarization and to change the light intensity as well as used in lenses with variable focal length. Achievable modulation frequencies range from a few hundred MHz to a few GHz. The modulation frequency can be increased by integrated optical design, z. B. integrated-optical phase modulator, integrated-optical interferometer and integrated optical
Richtungskoppler. Jedoch weist ein elektrooptischer Modulator einen  Directional. However, an electro-optic modulator has one
Nachteil dahingehend auf, dass er unter Gleichstrom (DC)-Drift ( NAGATA, Hirotoshi, et al.. Estinnation of direct current bias and drift of Ti:LiNbO3 optical modulators. J. appl. phys.. 1994, Band76, Nr.3, S.1405-1408. ) und unter optischer Beeinträchtigung (Englisch: Optical Damage) leidet. Daher ist es schwierig, ihn für eine längere Zeitdauer stabil zu betreiben, oder es kostet viel, um eine Verschlechterung seiner elektrooptischen Merkmale zu vermeiden.  Disadvantageously, that it is characterized by direct current (DC) drift (NAGATA, Hirotoshi, et al., Estinnation of direct current bias and drift of Ti: LiNbO3 optical modulators, J. Appl. Phys., 1994, Vol , P.1405-1408.) And optical damage (English: Optical Damage) suffers. Therefore, it is difficult to stably operate it for a long period of time, or it costs much to avoid deterioration of its electro-optical characteristics.
[0016] Ein Anwendungsbeispiel für magnetooptische Kopplung sind optische  An example of application for magneto-optical coupling are optical
Isolatoren. Das sind optisch isotrope und magnetisierbare Materialien, welche durch Anlegen eines Magnetfeldes optisch anisotrop werden und die Polarisationsrichtung der elektromagnetischen Welle in Abhängigkeit von dem Winkel zwischen der Ausbreitungsrichtung der elektromagnetischen Welle und dem Magnetfeld genau um 45° zwischen beiden Enden des magnetisierbaren Materials drehen. An beiden Enden des optischen Isolators befinden sich Polarisationsfilter, welche um 45° gegeneinander verdreht sind. Elektromagnetische Wellen geeigneter Wellenlänge können den hinteren Polarisationsfilter ungehindert passieren, während die Polarisationsrichtung zurückreflektierter elektromagnetischer Wellen um 90° gedreht wurde und diese den vorderen Polarisator nicht passieren können. Da die Faraday- Rotation des Lichts stark von der Wellenlänge abhängt, funktionieren optische Isolatoren nur bei einer bestimmten Wellenlänge perfekt; bei allen anderen Wellenlängen wird Licht auch in Gegenrichtung durchgelassen und ein Teil des Lichts in Vorwärtsrichtung vom Analysator ausgefiltert. Vor kurzem sind vielfältige optische Kommunikationssysteme offenbart worden, in denen ein elektrisches Feld von einer Antenne als eine Quelle eines Radiofrequenzsignals einem elektrooptischen Modulator beaufschlagt wird ( DE 60307919 T ). Insulators. These are optically isotropic and magnetizable materials, which become optically anisotropic by applying a magnetic field and the polarization direction of the electromagnetic wave as a function of rotate the angle between the propagation direction of the electromagnetic wave and the magnetic field exactly 45 ° between both ends of the magnetizable material. At both ends of the optical isolator are polarizing filters, which are rotated by 45 ° to each other. Electromagnetic waves of appropriate wavelength can pass unobstructed through the rear polarizing filter, while the polarization direction of back-reflected electromagnetic waves has been rotated by 90 ° and these can not pass the front polarizer. Since the Faraday rotation of light depends strongly on the wavelength, optical isolators function perfectly only at a certain wavelength; at all other wavelengths, light is also transmitted in the opposite direction and part of the light is filtered out in the forward direction by the analyzer. Recently, various optical communication systems have been disclosed in which an electric field is applied from an antenna as a source of a radio frequency signal to an electro-optical modulator (DE 60307919 T).
[0017] Ein weiteres Anwendungsbeispiel für magnetooptische Kopplung sind  Another example of application for magneto-optical coupling are
magnetooptische Modulatoren, in denen das modulierende Magnetfeld mit einer stromdurchflossenen Spule erzeugt wird. Die  Magneto-optical modulators in which the modulating magnetic field is generated with a current-carrying coil. The
Modulationsgeschwindigkeiten sind langsamer als bei einem  Modulation speeds are slower than one
elektrooptischen Modulator und nicht höher als einige kHz. Die Erwärmung der stromdurchflossenen Spule ist außerdem von Nachteil. Daher wird der magnetooptische Modulator nur für einen auf einer niedrigen  electro-optical modulator and not higher than a few kHz. The heating of the current-carrying coil is also disadvantageous. Therefore, the magneto-optical modulator becomes low only for one
Antwortgeschwindigkeit betriebenen Magnetfeldsensor oder einen Sensor für elektrischen Strom, angewendet ( DORIATH, G., et aL A sensitive and compact magnetometer using Faraday effect in YIG waveguide@1.3 μηη. J. appl. phys.. 1982, Band53, Nr.1 1 , S.8263-8265. ).  Response magnetic field sensor or an electric current sensor used (DORIATH, G., et al. A sensitive and compact magnetometer using Faraday effect in YIG waveguide@1.3 μηη. J. Appl. Phys. 1982, Vol. 53, No. 1 1, Pp. 8263-8265.).
[0018] DE 60307919 T offenbart einen magnetooptischen Modulator, der in einem breiten Frequenzbereich betrieben wird und der frei ist von den Nachteilen des elektrooptischen Modulators, wie die Gleichstrom-Drift und die optische Beeinträchtigung. In dem magnetooptischen Modulator nach DE 60307919 T ist ein vormagnetisierendes magnetisches Feld beinahe entlang der Lichtausbreitungsrichtung ausgerichtet, während das magnetische RF Feld in einer von der Lichtausbreitungsrichtung verschiedenen Richtung ausgerichtet ist. Weiterhin wird das magnetische RF Feld erzeugt von einem DE 60307919 T discloses a magneto-optical modulator which is operated in a wide frequency range and which is free from the disadvantages of the electro-optical modulator, such as the DC drift and the optical impairment. In the magneto-optical modulator according to DE 60307919 T, a biasing magnetic field is aligned almost along the light propagation direction, while the magnetic RF field is oriented in a direction different from the light propagation direction. Furthermore, the magnetic RF field is generated by a
magnetischen Feld, das durch ein elektrisches RF Stromsignal induziert wird, das auf einer magnetisierbaren Leitung, z.B. einer Streifenleitung  magnetic field induced by an electrical RF current signal generated on a magnetizable line, e.g. a stripline
(einschließlich Mikrostreifenleitung), einer koplanaren Leitung oder einer koaxialen Leitung, übertragen wird. Ferner kann nach DE 60307919 T T2 ein RF Signal von einer Antenne in einen Generator für ein RF magnetisches Feld eingespeist werden, wobei ein optisches Kommunikationssystem für drahtlose RF Signale aufgebaut wird.  (including microstrip line), a coplanar line or a coaxial line. Further, according to DE 60307919 T T2, an RF signal can be fed from an antenna into an RF magnetic field generator, thereby building up an optical communication system for wireless RF signals.
[0019] Phänomenologisch wurde festgestellt, dass magnetooptische Effekte in  Phenomenologically, it was found that magneto-optical effects in
magnetisierbaren Materialien sehr stark von der Wellenlänge der  magnetizable materials very much on the wavelength of
elektromagnetischen Welle abhängen. So kann der magnetooptische  depend on electromagnetic wave. So can the magneto-optical
Modulator nach DE 60307919 T nur auf einer Frequenz bis nahe an die ferromagnetische Resonanzfrequenz des magnetisierbaren Materials der magnetisierbaren Leitung verwendet werden.  Modulator according to DE 60307919 T be used only at a frequency close to the ferromagnetic resonance frequency of the magnetizable material of the magnetizable line.
[0020] Phänomenologisch kann man die magnetooptischen Effekte durch die  Phenomenologically, one can see the magneto-optical effects by the
Nebendiagonalelemente im magnetooptischen Dielektrizitätstensor ε beschreiben. Unter der Voraussetzung, dass keine weiteren optischen Anisotropien auftreten, kann ε in einen symmetrischen und in einen antisymmetrischen Anteil zerlegt werden. Der antisymmetrische Anteil des magnetooptischen Dielektrizitätstensors ε enthält die magnetooptische Kopplung, welche eine komplexe Materialkonstante ist und in erster  Describe adjacent diagonal elements in the magneto-optical dielectric tensor ε. Provided that no further optical anisotropies occur, ε can be decomposed into a symmetrical and an antisymmetric component. The antisymmetric component of the magneto-optical Dielektrizitätstensors ε contains the magneto-optical coupling, which is a complex material constant and in the first
Näherung proportional zur Probenmagnetisierung angenommen wird.  Approximation proportional to the sample magnetization is assumed.
Solange die komplexe magnetooptische Kopplungskonstante eines magnetisierbaren Materials nur qualitativ bekannt ist, kann die Ausbreitung elektromagnetischer Wellen in dem magnetisierbaren Material nicht quantitativ beschrieben werden.  As long as the complex magneto-optic coupling constant of a magnetizable material is known only qualitatively, the propagation of electromagnetic waves in the magnetizable material can not be described quantitatively.
[0021] Die Wellenlängenabhängigkeit des asymmetrischen Anteils des  The wavelength dependence of the asymmetric portion of the
magnetooptischen Dielektrizitätstensors ε kann theoretisch für verschiedene magnetisierbare Materialien vorhergesagt werden. Ein Vergleich zwischen Theorie und Experiment zeigt jedoch, dass der asymmetrische Anteil des magnetooptischen Dielektrizitätstensors ε von Verspannungen in der magnetisierbaren Einzel- und Mehrschichtstruktur abhängt und dass diese Einflüsse auf die Netto-Spinpolarisation und die elektronische Bandstruktur des magnetisierbaren Materials beim Berechnen des asymmetrischen Anteils des magnetooptischen Dielektrizitätstensors ε berücksichtigt werden müssen. Magneto-optic dielectric tensor ε can theoretically be predicted for various magnetizable materials. A comparison between theory and experiment shows, however, that the asymmetric component of the magneto-optical dielectric tensor ε depends on strains in the magnetizable single and multi-layer structure and that this Influences on the net spin polarization and the electronic band structure of the magnetizable material must be taken into account when calculating the asymmetric component of the magneto-optical dielectric tensor ε.
[0022] Multiplexverfahren sind Methoden zur Signal- und Nachrichtenübertragung, bei denen mehrere Signale zusammengefasst und simultan über ein  Multiplexing methods are methods for signal and message transmission in which several signals are combined and simultaneously via a
Medium, z.B. über eine Leitung, Kabel oder Funkstrecke, übertragen werden. Die WDM-Technik (wavelength division multiplexing, WDM) ist ein optisches Frequenzmultiplexverfahren, bei dem unterschiedliche Lichtwellenlängen zur parallelen Übertragung von mehreren Signalen genutzt werden. Dem Prinzip nach wird beim Wellenlängenmultiplexing jedes zu übertragende Signal einer Lichtfrequenz aufmoduliert. Für die Telekommunikation werden als  Medium, e.g. via a cable, cable or radio link. Wavelength Division Multiplexing (WDM) technology is an optical frequency division multiplexing technique that uses different wavelengths of light to transmit multiple signals in parallel. In principle, each signal to be transmitted of a light frequency is modulated during wavelength division multiplexing. For telecommunications are called
Wellenlängen praktisch alle Wellenlängen der optischen Fenster der  Wavelengths virtually all wavelengths of the optical windows of the
Telekommunikation bei 850 nm, 1300 nm und 1550 nm genutzt. So können bei der Nutzung von drei Lichtfrequenzen gleichzeitig drei Signale übertragen werden. Das optische Koppelelement, der Wellenlängenmultiplexer, bündelt die verschiedenen Lichtwellenlängen und überträgt den gesamten  Telecommunications at 850 nm, 1300 nm and 1550 nm used. Thus, when using three light frequencies, three signals can be transmitted simultaneously. The optical coupling element, the wavelength division multiplexer, bundles the different wavelengths of light and transmits the whole
Lichtstrom, der alle diskreten Wellenlängen enthält, über einen  Luminous flux, which contains all discrete wavelengths, over one
Lichtwellenleiter zum Empfangsort, wo er im Demultiplexer mittels  Fiber optic cable to the receiving site, where he in demultiplexer means
Filtertechniken in die einzelnen Kanäle separiert wird. Das Problem ist die Realisierung geeigneter Multiplexer und Demultiplexer. Bisher werden dafür elektrooptische Effekte genutzt.  Filtering techniques is separated into the individual channels. The problem is the realization of suitable multiplexers and demultiplexers. So far, electro-optical effects are used for this purpose.
[0023] Bisher wurden keine geeigneten Multiplexer und Demultiplexer, welche  So far, no suitable multiplexers and demultiplexers, which
magnetooptische Effekte nutzen, für die optischen Fenster der  use magneto-optical effects, for the optical windows of
Telekommunikation bei 850 nm, 1300 nm und 1550 nm realisiert.  Telecommunication at 850 nm, 1300 nm and 1550 nm realized.
[0024] Nach DE 69413308 T wird ein magnetooptisches Element mit  According to DE 69413308 T is a magneto-optical element with
elektrooptischen Modulatoren kombiniert.  Electro-optical modulators combined.
[0025] Das berührungslose Sensorprinzip der Magnetooptik eröffnet Möglichkeiten zur Kostenreduktion für die Bereiche der Systeminstallation und -Wartung in der Informationstechnik, der Fahrzeugtechnik, dem Maschinenbau und der Medizintechnik. Jedoch werden Sensoren auf der Basis anderer  The non-contact sensor principle of magneto-optics opens up possibilities for cost reduction for the areas of system installation and maintenance in information technology, vehicle technology, mechanical engineering and medical technology. However, sensors are based on others
physikalischer Prinzipien vielfach den magnetooptischen Sensoren  physical principles many times the magneto-optical sensors
vorgezogen, da häufig die anwendungstechnisch eigentlich sekundären Faktoren wie Preis, Know-how des Entwicklers oder die Zeit bis zur preferred because often the application technology actually secondary Factors like price, expertise of the developer or the time until the
Verfügbarkeit der Komplettlösung die entscheidende Rolle spielt.  Availability of the complete solution plays the decisive role.
[0026] Der Schwerpunkt der Entwicklung liegt bei magnetooptischen Sensoren zur Visualisierung von magnetischen Streufeldern. Das Erdmagnetfeld beträgt an der Erdoberfläche 0,031 kA/m. Als Sensormaterialien für die Magnetooptik werden z.B. einkristalline ferromagnetische Granatschichten auf Basis von Bismut substituiertem Seltenerd-Eisen-Granat der Stöchiometrie The focus of the development is magneto-optical sensors for the visualization of stray magnetic fields. The Earth's magnetic field at the Earth's surface is 0.031 kA / m. As sensor materials for magneto-optics, e.g. monocrystalline ferromagnetic garnet layers based on bismuth substituted rare earth iron garnet of stoichiometry
(Bi,SE)3(Fe,Ga)5Oi2 entwickelt. Diese magnetooptischen Sensoren weisen in Transmission eine spezifische Faradaydrehung von bis zu 1 ,3 μηη  (Bi, SE) 3 (Fe, Ga) 5Oi2. These magneto-optical sensors have a specific Faraday rotation of up to 1.3 μηη in transmission
(Wellenlänge λ der polarisierten elektromagnetischen Wellen λ = 590 nm, einen Dynamikbereich bei der Visualisierung von magnetischen Feldstärken zwischen 0,03 bis zu 200 kA/m, eine hohe Ortsauflösung im niedrigen μηη- Bereich und gute Transparenz im sichtbaren Spektralbereich ab ca. λ > 530 nm auf.  (Wavelength λ of the polarized electromagnetic waves λ = 590 nm, a dynamic range in the visualization of magnetic field strengths between 0.03 to 200 kA / m, a high spatial resolution in the low μηη range and good transparency in the visible spectral range from about λ> 530 nm.
[0027] Magnetooptische Sensoren können nach ihren Abbildungseigenschaften in„ analog" abbildende und„binär" abbildende Sensoren eingeteilt werden.  Magneto-optical sensors can be classified according to their imaging properties in "analog" imaging and "binary" imaging sensors.
[0028] Analog abbildende magnetooptische Sensorschichten sind in der Lage,  Analog imaging magneto-optical sensor layers are able to
kleine magnetische Unterschiede des Untersuchungsobjektes in  small magnetic differences of the examination object in
unterschiedlichen Helligkeitskontrasten abzubilden. Über die  depict different brightness contrasts. About the
Helligkeitsunterschiede ist prinzipiell eine Aussage zur Stärke der  Differences in brightness is in principle a statement about the strength of the
beobachteten Magnetfelder möglich.  observed magnetic fields possible.
[0029] "Binär" abbildende Sensorschichten weisen in ihrer Hystereseschleife einen Sprung auf. Das führt dazu, dass schon sehr kleine magnetische Felder ausreichen, die Sättigungsmagnetisierung der Schicht zur erreichen - was gleichzeitig zur maximalen Faraday-Drehung führt. Diese Sensoren können Magnetfelder nur nach dem "Ja-Nein" Prinzip abbilden.  "Binary" imaging sensor layers have a jump in their hysteresis loop. This means that even very small magnetic fields are sufficient to reach the saturation magnetization of the layer - which also leads to the maximum Faraday rotation. These sensors can only map magnetic fields according to the "yes-no" principle.
Darstellung der Erfindung  Presentation of the invention
[0030] [0030]
Technische Aufgabe  Technical task
[0031] Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung eines magnetooptischen The object of the invention is an arrangement of a magneto-optical
Systems anzugeben, bei dem für eine vorgegebene Wellenlänge der einfallenden elektromagnetischen Welle eine bestimmte Polarisation der reflektierten oder transmittierten Welle erreicht wird. Die Erfindung beschreibt die Auslegung des magnetooptischen Systems um die„Ziel"-Polarisation der reflektierten oder transmittierten Welle zu erreichen. Specify a system in which for a given wavelength of the incident electromagnetic wave a certain polarization of the reflected or transmitted wave is reached. The invention describes the design of the magneto-optical system to achieve the "target" polarization of the reflected or transmitted wave.
[0032] Weiterhin werden mögliche Einsatzgebiete für dieses magnetooptische  Furthermore, possible applications for this magneto-optical
System angegeben.  System specified.
[0033] Unter elektromagnetischen Wellen sind nicht nur Weißlicht,  Under electromagnetic waves are not only white light,
monochromatisches sichtbares, ultraviolettes oder Infrarot-Licht zu  monochromatic visible, ultraviolet or infrared light
verstehen, sondern die Gesamtheit aller elektromagnetischen Wellen verschiedener Energien bzw. Frequenzen bzw. Wellenlängen.  but the totality of all electromagnetic waves of different energies or frequencies or wavelengths.
Abbildungsbeschreibung  Figure Description
[0034] Die Anordnung wird mit Abbildungen beschrieben. The arrangement will be described with illustrations.
[0035] Abbildung 1 zeigt auf beiden Seiten den Aufbau eines magnetisierbaren  Figure 1 shows on both sides of the structure of a magnetizable
Einzelschichtsystems. Das magnetisierbare Einzelschichtsystem umfasst einen optionalen Träger T und eine magnetisierbare Einzelschicht S. Bei Verwendung eines Träger T, wie in Abbildung 1 dargestellt, bildet sich zwischen dem Träger T und der Einzelschicht S eine Grenzschicht bzw. eine Grenzfläche G aus. Die Dicken dieser Schichten und des Trägers werden mit ds, de dT bezeichnet. Elektromagnetische Wellen treffen unter dem  Single layer system. The magnetizable single layer system comprises an optional carrier T and a magnetizable single layer S. When using a carrier T, as shown in Figure 1, forms between the carrier T and the single layer S, a boundary layer or an interface G from. The thicknesses of these layers and of the carrier are denoted ds, de dT. Electromagnetic waves hit under the
Einfallswinkel α auf die magnetisierbare Einzelschicht S und werden mit dem Reflexionswinkel a' reflektiert und mit dem Brechungswinkel ß durch das Einzelschichtsystem transmittiert.  Angle of incidence α on the magnetizable single layer S and are reflected with the reflection angle a 'and transmitted with the refraction angle ß through the single-layer system.
[0036] Für einzelne Verwendungen, z. B. für die Bestimmung der magnetooptischen For individual uses, for. B. for the determination of the magneto-optical
Kopplungskonstante & einer magnetisierbaren Einzelschicht, kann es sinnvoll sein, dass nur monochromatisches Licht, das in einem Coupling constant & a magnetizable single layer, it may be useful that only monochromatic light, which in one
Monochromator 10 erzeugt wird, und optional anschließend im Polarisator 11 polarisiert wurde, verwendet wird.  Monochromator 10 is generated, and optionally subsequently polarized in the polarizer 11 is used.
[0037] Die beiden Teile der Abbildung 1 sollen verdeutlichen, das die Dicke ds der Schicht S relevant für das Polarisationsergebnis der reflektierten Welle ist.  The two parts of Figure 1 are intended to illustrate that the thickness ds of the layer S is relevant to the polarization result of the reflected wave.
[0038] Abbildung 2 zeigt auf beiden Seiten den Aufbau eines magnetisierbaren  Figure 2 shows on both sides the structure of a magnetizable
Mehrschichtsystems. Das magnetisierbare Mehrschichtsystem umfasst einen optionalen Träger T und mindestens zwei magnetisierbare Einzelschicht Si. Bei Verwendung eines Träger T, wie in Abbildung 2 dargestellt, bildet sich zwischen dem Träger T und der an den Träger angrenzenden Einzelschicht Sn eine Grenzschicht bzw. eine Grenzfläche G aus. Die Dicken dieser Schichten und des Trägers werden mit dsi, de dT bezeichnet. Es bilden sich auch zwischen den einzelnen Schichten Si und Si+i, mit 1 < i < n-1 und n die Anzahl der magnetisierbaren Schichten, Grenzflächen aus, die, falls die Schichten Si aus Metallen bestehen, gegenüber der Grenzschicht G Multilayer system. The magnetizable multilayer system comprises an optional carrier T and at least two magnetizable single layer Si. When using a carrier T, as shown in Figure 2, forms between the carrier T and the adjacent to the carrier single layer Sn a boundary layer or an interface G from. The thicknesses of these layers and of the carrier are denoted dsi, de dT. Also, between the individual layers Si and Si + i, with 1 <i <n-1 and n, the number of magnetizable layers, interfaces which, if the layers Si consist of metals, form opposite the boundary layer G.
zwischen Träger T und Schicht Sn sehr dünn sind. Die Schichten Si und Sn in der linken und Si und Sn in der rechten Abbildung 2 sind optional. between carrier T and layer S n are very thin. The layers Si and S n in the left and Si and S n in the right figure 2 are optional.
[0039] Analog zu Abbildung 1 treffen elektromagnetische Wellen unter dem  Analog to Figure 1, electromagnetic waves hit under the
Einfallswinkel α auf die magnetisierbare Einzelschicht Si und werden mit dem Reflexionswinkel a' reflektiert und mit dem Brechungswinkel ß durch das Mehrschichtsystem transmittiert.  Angle of incidence α on the magnetizable single layer Si and are reflected with the reflection angle a 'and transmitted with the refraction angle ß through the multilayer system.
[0040] Die beiden Teile der Abbildung 2 sollen verdeutlichen, dass die Reihenfolge der Schicht Si relevant für das Polarisationsergebnis der reflektierten Welle ist.  The two parts of Figure 2 are intended to illustrate that the order of the layer Si is relevant to the polarization result of the reflected wave.
[0041] Abbildung 3 stellt eine mögliche Verwendung dieses Verfahrens für kleine Objekte mit nichtplanparallelen Grenzflächen, z. B. Nanopartikel 20, dar. Werden diese mit einer elektromagnetischen Welle mit einer Wellenlänge bestrahlt, welche kleiner als die Objektgröße ist, und ist die Größe des„ Lichtspots" 22 geringer als die Wellenlänge, kann das Verfahren zur  Figure 3 illustrates a possible use of this method for small objects with nonplanar interfaces, e.g. If these are irradiated with an electromagnetic wave having a wavelength which is smaller than the object size, and the size of the "light spot" 22 is less than the wavelength, the method for
Bestimmung der Eigenschaften dieser Nanopartikel verwendet werden, weil die fett markierten Bereiche als parallel zu einander liegende Grenzflächen angesehen werden können. Das Material 21 , in welches das magnetisierbare Material 22 eingebettet ist, ist optional.  Determination of the properties of these nanoparticles can be used because the bold areas can be regarded as parallel to each other interfaces. The material 21 in which the magnetizable material 22 is embedded is optional.
[0042] Abbildung 4 zeigt eine mögliche a) Reihenschaltung oder b)  FIG. 4 shows a possible a) series connection or b)
Parallelschaltung aus einzelnen magnetisierbaren Einzel- oder  Parallel connection of individual magnetizable single or
Mehrschichtsystemen, die beliebig kombiniert und erweitert werden und in magnetooptischen Multiplexern zum Einsatz kommen kann.  Multilayer systems, which can be combined and expanded as desired and used in magneto-optical multiplexers.
Grundzüge des Lösungsweges  Main features of the solution
[0043] Die Aufgabe wird gelöst durch Verwendung eines magnetisierbaren Einzel- und Mehrschichtsystems 1 bestehend aus einem optionalen Träger T und mindestens einer magnetisierbaren Einzelschicht S, Si. Die The object is achieved by using a magnetizable single and multilayer system 1 consisting of an optional carrier T and at least one magnetizable single layer S, Si. The
magnetooptischen Eigenschaften der magnetisierbaren Einzelschichten sind durch die Magnetisierung M< der Schicht Si und die Dicke di der nnagnetisierbaren Schicht sowie durch den wellenlängenabhängigen magnetooptischen Dielektrizitätstensor ε, gegeben. Magneto-optical properties of the magnetizable single layers are by the magnetization M <of the layer Si and the thickness di the nnagnetisierbaren layer and by the wavelength-dependent magneto-optical Dielektrizitätstensor ε given.
[0044] Die Hauptdiagonalelemente des Dielektrizitätstensor ε, der Einzelschicht Si sind durch den wellenlängenabhänggien Brechungsindex N, und den The main diagonal elements of the dielectric Tensor ε, the single layer Si are by the wavelength-dependent refractive index N, and the
Absorptionsindex K der Einzelschicht Si entlang der Hauptachsen (x, y, z) eines kartesischen Koordinatensystems gegeben. In den Nicht- Diagonalelementen des komplexen magnetooptischen Dielektrizitätstensor ε, der Einzelschicht Si steht das Vektorprodukt aus der komplexen  Absorption index K of the single layer Si along the major axes (x, y, z) given a Cartesian coordinate system. In the non-diagonal elements of the complex magneto-optical Dielektrizitätstensor ε, the single layer Si is the vector product of the complex
wellenabhängigen magnetooptischen Kopplungskonstante " ^'ö .ßr und der wellenlängenunabhängigen Magnetisierung Μ' ~ ^M^ My M- ^ der Einzelschicht Si. wave dependent magneto-optical coupling constant "^ 'ö .SS r and the wavelength-independent magnetization Μ' ~ ^ M ^ M y M - ^ d he monolayer Si.
[0045] Die Magnetisierung M< wird mittels unabhängiger The magnetization M <is determined by means of independent
Magnetisierungsmessungen bestimmt und kann linear vom äußeren  Magnetization measurements determined and can be linear from the outside
Magnetfeld ^ΊΙ^ oder nichtlinear vom äußeren Magnetfeld abhängen. Magnetic field ^ ΊΙ ^ or non-linear depend on the external magnetic field.
[0046] Für die Bestimmung der wellenlängenabhängigen magnetooptischen For the determination of the wavelength-dependent magneto-optical
Kopplungskonstante Q der Einzelschicht S, Si wird, wie in Fig. 1  Coupling constant Q of the single layer S, Si is, as in Fig. 1st
dargestellt, die Müller-Matrix-Polarimetrie in Reflexion bzw. Transmission im Magnetfeld unter Sättigungsmagnetisierungsbedingungen an vorzugsweise mindestens zwei unterschiedlich dicken, jedoch gleich verspannten, magnetisierbaren Einzelschichten Si gleicher Komposition und Kristallstruktur auf dem gleichen Trägermaterial T durchgeführt. Danach wird die  represented, the Müller-matrix polarimetry in reflection or transmission in the magnetic field under saturation magnetization conditions preferably at least two differently thick, but equally strained, magnetizable single layers Si same composition and crystal structure performed on the same carrier material T. After that, the
gemessene Müller-Matrix unter Verwendung des Dielektrizitätstensors aller Einzelschichten Si, hier der magnetisierbaren Einzelschicht S und des Trägermaterials T modelliert und wellenabhängigen magnetooptischen Mueller matrix measured using the dielectric tensor of all individual layers Si, here the magnetizable single layer S and the carrier material T modeled and wave-dependent magneto-optical
Kopplungskonstante ß ".vö.-), der magnetisierbaren Einzelschicht S, Si bei gleichzeitiger Kenntnis von deren Magnetisierung M< extrahiert . Coupling constant ß "(o. ^ Ö v ö.-), he d magnetizable single layer S, Si with simultaneous knowledge of their magnetization M <extracted.
[0047] Bei Verwendung eines magnetisierbaren Einzelschichtsystems auf einem Träger T, wie in Abbildung 1 - linke Teilabbildung dargestellt, oder bei Verwendung eines magnetisierbaren Mehrschichtsystems auf einem Träger T, Abbildung 1 - rechtes Teilabbildung dargestellt, bildet sich zwischen dem Träger T und der an den Träger angrenzenden Einzelschicht S oder Sn eine Grenzschicht der Dicke dG bzw. eine Grenzfläche G aus. Es bilden sich auch zwischen den einzelnen Schichten Si und Si+i , wobei 1 < i < n-1 gilt und n die Anzahl der Einzelschichten Si angibt, Grenzflächen aus, die falls die When using a magnetizable single-layer system on a support T, as shown in Figure 1 - left partial illustration, or when using a magnetizable multilayer system on a support T, Figure 1 - shown right partial illustration, forms between the carrier T and the at the Support adjacent single layer S or S n, a boundary layer of thickness dG or an interface G from. It is also forming between the individual layers Si and Si + i, where 1 <i <n-1 and n denotes the number of individual layers Si, interfaces which, if the
Einzelschichten Si aus Metallen bestehen gegenüber der Grenzschicht G zwischen Träger T und Schicht Sn sehr dünn sind und in der Modellierung vernachlässigt werden können, falls die Wellenlänge der Single layers Si of metals are compared to the boundary layer G between the carrier T and layer S n are very thin and can be neglected in the modeling, if the wavelength of the
elektromagnetischen Welle groß gegen die Dicke dG der Grenzschicht ist.  electromagnetic wave is large against the thickness dG of the boundary layer.
[0048] Die wellenlängenabhängige magnetooptische Kopplungskonstante Q ist ein dickenunabhängiger Materialparameter. Nur wenn die wellenabhängigen magnetooptischen Kopplungskonstanten ß
Figure imgf000014_0001
), von
The wavelength-dependent magneto-optical coupling constant Q is a thickness-independent material parameter. Only if the wave-dependent magneto-optic coupling constants ß
Figure imgf000014_0001
), from
magnetisierbaren Einzelschichten Si unterschiedlicher Dicke d, jedoch mit gleicher Verspannung, gleicher Komposition und gleicher Kristallstruktur auf gleichem Trägermaterial T gleich sind, kann der Einfluss von Grenzschichten G zwischen dem Träger T und der Einzelschicht Si bei der Bestimmung der wellenlängenabhängigen magnetooptischen Kopplungskonstante Q der Einzelschicht Si ausgeschlossen werden.  magnetizable individual layers Si of different thickness d, but with the same strain, same composition and same crystal structure on the same carrier material T are the same, the influence of boundary layers G between the carrier T and the single layer Si in the determination of the wavelength-dependent magneto-optical coupling constant Q of the single layer Si excluded become.
[0049] Die Berechnung der Müller-Matrix eines magnetisierbaren Einzel- oder  The calculation of the Müller matrix of a magnetizable single or
Mehrschichtsystems unter Verwendung des magnetooptischen  Multilayer system using the magneto-optical
Dielektrizitätstensors ε, und der Dicken d, der Einzelschichten Si und des Dielektrizitätstensors ετ und der Dicke dT des Trägers T gestattet eine theoretische Vorhersage der magnetooptischen Antwort des  Dielectricity tensor ε, and the thickness d, the individual layers Si and the dielectric tensor ετ and the thickness dT of the carrier T allows a theoretical prediction of the magneto-optical response of
magnetisierbaren Einzel- und Mehrschichtsystems auf eine unter dem Einfallswinkel a einfallende elektromagnetische Welle mit einer  magnetizable single and multi-layer system to an incident angle a incident electromagnetic wave with a
vorgegebenen Wellenlänge λ.  predetermined wavelength λ.
[0050] Die Berechnung der Müller-Matrix gestattet außerdem eine Vorhersage  The calculation of the Müller matrix also allows a prediction
bezüglich der Auslegung des Dielektrizitätstensors ε, , der Dicke d, und der Anordnung der Einzelschichten Si eines Einzel- und Mehrschichtsystems damit die reflektierte oder transmittierte elektromagnetische Welle die„Zie - Polarisation erreicht. Optional kann das magnetisierbare Einzel- oder Mehrschichtsystem, wie in Fig. 3 dargestellt, nicht planparallele Grenzflächen zwischen den Einzelschichten Si enthalten. In diesem Fall wird das magnetisierbare Einzel- oder Mehrschichtsystem segmentiert. Die  with respect to the design of the dielectric tensor ε,, the thickness d, and the arrangement of the individual layers Si of a single and multi-layer system so that the reflected or transmitted electromagnetic wave reaches the "Zie - polarization. Optionally, as shown in FIG. 3, the magnetizable single or multi-layer system can not contain plane-parallel interfaces between the individual layers Si. In this case, the magnetizable single or multi-layer system is segmented. The
elektronmagnetische Welle trifft auf segmentierte Bereiche. Diese einzelnen Segmente 22 sind planparallel und jede Einzelschicht Si in diesem Segment 22 hat eine konstante Dicke di. Für jedes Segment 22 kann die Müller-Matrix unter Verwendung des magnetooptischen Dielektrizitätstensors ε, und der Dicken d, der Einzelschichten Si berechnet und die magnetooptische Antwort jedes Segmentes 22 des magnetisierbaren Einzel- oder Mehrschichtsystems auf eine unter dem Einfallswinkel α auf das Segment 22 einfallende elektromagnetische Welle mit einer vorgegebene Wellenlänge λ Electron-magnetic wave meets segmented areas. These individual segments 22 are plane-parallel and each individual layer Si in this segment 22 has a constant thickness di. For each segment 22, the Mueller matrix can be calculated using the magneto-optic dielectric tensor ε, and the thicknesses d, the monolayers Si and the magneto-optical response of each segment 22 of the magnetizable single or multilayer system to an electromagnetic incident on the segment 22 at the angle of incidence α Wave with a given wavelength λ
vorhergesagt werden. Diese ortsaufgelösten magnetooptischen Messungen können zur Charakterisierung von magnetisierbaren Materialien mit nicht planparallelen Grenzflächen 20 in verschiedenen Wirtsmaterialien 21  be predicted. These spatially resolved magneto-optical measurements can be used to characterize magnetizable materials with non-plane-parallel interfaces 20 in different host materials 21
verwendet werden.  be used.
Vorteilhafte Wirkungen Advantageous effects
[0051] Mit der erfindungsgemäßen Anordnung und dem erfindungsgemäßen [0051] With the arrangement according to the invention and the invention
Verfahren können die verfahrensabhängigen magnetooptischen  Methods can be the process-dependent magneto-optical
Kopplungskonstanten für einzelne Spektralbereiche bestimmt werden.  Coupling constants for individual spectral ranges are determined.
Dadurch ist die Identifikation von Spektralbereichen, in denen die  This is the identification of spectral regions in which the
Ankopplung der einfallenden elektromagnetischen Wellen sehr stark ist, erst möglich. Ein hauptsächlicher Vorteil ist, dass bei den Einsatzmöglichkeiten der mit diesem Verfahren hergestellten Anordnung die Anforderungen an die spezifische magnetooptischen Einzel- bzw. Mehrschichtsystem bezüglich Einfallswinkel des Lichtes, Polarisationszustand des Lichtes, Frequenz des Lichtes berücksichtigt werden.  Coupling of the incident electromagnetic waves is very strong, only possible. A major advantage is that in the applications of the arrangement produced by this method, the requirements for the specific magneto-optical single or multi-layer system with respect to angle of incidence of the light, polarization state of the light, frequency of the light are taken into account.
[0052] Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine einfache Einstellung der gewünschten Ziel-Polarisation.  The inventive method allows easy adjustment of the desired target polarization.
[0053] Die erfindungsgemäße Anordnung kann zur Messung des  The arrangement according to the invention can be used to measure the
Magnetfeldgradienten sowie zur Bestimmung der Magnetisierung der einzelnen Schichten verwendet werden.  Magnetic field gradients and used to determine the magnetization of the individual layers.
[0054] Eine weitere Einsatzmöglichkeit des Verfahrens ist die zielgerichtete  Another possible use of the method is the targeted
magnetooptische Modulation einzelner Wellenlängen sowie die  Magneto-optical modulation of individual wavelengths and the
magnetooptische Modulation mehrerer Wellenlängen des einfallenden Lichts durch Reihen- bzw. Parallelschaltung mehrerer dieser Anordnungen für einzelne Wellenlängenbereiche.  magneto-optical modulation of several wavelengths of the incident light by series or parallel connection of several of these arrangements for individual wavelength ranges.
[0055] Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die optimale Auslegung von magnetisierbaren Einzel- und Mehrschichtsystemen. Ausführungsbeispiele The inventive method allows the optimal design of magnetizable single and multi-layer systems. embodiments
Optimierung der Auslegung des magnetooptischen Systems um die„Ziel"-Polarisation der reflektierten oder transmittierten Welle zu erreichen. Optimization of the design of the magneto-optical system to achieve the "target" polarization of the reflected or transmitted wave.
[0056] Die„Ziel"-Polarisation einer reflektierten oder transmittierten The "target" polarization of a reflected or transmitted
elektromagnetischen Welle kann optimiert werden, indem die Müller-Matrix des magnetooptischen Systems in Abhängigkeit von der Dicke d, d, magnetisierbarer Einzelschichten S, Si berechnet und die magnetooptische Antwort bezüglich der„Ziel"-Polarisation analysiert wird.  Electromagnetic wave can be optimized by calculating the Mueller matrix of the magneto-optical system as a function of the thickness d, d of magnetizable single layers S, Si and analyzing the magneto-optical response with respect to the "target" polarization.
Optimierung eines magnetooptischen Speichers  Optimization of a magneto-optical memory
[0057] Wahl eines magnetisierbaren Materials der Dicke d, und mit dem Choice of a magnetizable material of thickness d, and with the
magnetooptischen Dielektrizitätstensor ε, für die magnetooptische Speicher, welches für elektromagnetische Wellen mit der Wellenlänge λ und mit dem Polarisationszustand des Laser-Lesestrahls eine möglichst große  Magneto-optical Dielektrizitätstensor ε, for the magneto-optical memory, which for electromagnetic waves with the wavelength λ and the polarization state of the laser reading beam as large as possible
magnetooptische Antwort bezüglich der„Ziel"-Polarisation hat.  has magneto-optical response to the "target" polarization.
Optimierung eines magnetooptischen Sensors  Optimization of a magneto-optical sensor
[0058] Wahl eines magnetisch anisotropen Materials, dessen leichte Achse der Magnetisierung in Richtung der zu visualisierenden magnetischen Choice of a magnetically anisotropic material whose easy axis of magnetization in the direction of the magnetic to be visualized
Streufelder zeigt und dessen magnetooptische Antwort bezüglich der„Zie - Polarisation der reflektierten oder transmittierten elektromagnetischen Welle optimal ist.  Stray field shows and its magneto - optical response is optimal with respect to the "Zie - polarization of the reflected or transmitted electromagnetic wave.
Optimierung eines Magnetfeldsensors  Optimization of a magnetic field sensor
[0059] Die„Ziel"-Polarisation muss sich für eine Magnetisierung entlang einer derThe "target" polarization must be magnetized along one of the
Hauptachsen x, y, z eines kartesischen Koordinatensystems stark ändern, so dass die Komponenten (M^My> M=) der Magnetisierung durch Abfrage verschiedener„Ziel"-Polarisationen bestimmt sind. Damit kann man auf das angelegte äußere Magnetfeld H< schließen. Major axes x, y, z of a Cartesian coordinate system change so that the components ( M ^ M y > M =) of the magnetization are determined by interrogation of different "target" polarizations, thus one can conclude on the applied external magnetic field H <.
Entwicklung eines magnetooptischen Modulators Development of a magneto-optical modulator
[0060] Die Entwicklung eines Materials, welches ohne ein von außen angelegtes Magnetfeld eine spontane Magnetisierung aufweist, für einen The development of a material having a spontaneous magnetization without an externally applied magnetic field, for a
magnetooptischen Modulator. Die Magnetisierung des zu entwickelnden Materials kann durch Anlegen des modulierenden Magnetfeldes bezüglich seiner Richtungs- und Amplitudenänderung dem modulierenden Magnetfeld synchron folgen. Das zu entwickelnde Material muss gleichzeitig optimierte magnetooptische Eigenschaften besitzen, so dass die„Ziel"-Polarisation für eine elektromagnetische Welle gegebener Wellenlänge erreicht wird. magneto-optical modulator. The magnetization of the to be developed Materials can follow the modulating magnetic field synchronously by applying the modulating magnetic field with respect to its direction and amplitude change. The material to be developed must simultaneously have optimized magneto-optic properties so that the "target" polarization is achieved for an electromagnetic wave of given wavelength.
Entwicklung eines Multiplexers mit magnetooptischen Komponente Development of a multiplexer with magneto-optical component
[0061] Nutzung eines magnetooptischen Modulators, welcher solche optimierten magnetooptische Eigenschaften bzgl. des magnetooptischen Use of a magneto-optical modulator, which with respect to such optimized magneto-optical properties of the magneto-optical
Dielektrizitätstensors ε, und/oder bzgl. der Dicke d, d, besitzt, dass die„Zie - Polarisation für elektromagnetische Wellen verschiedener Wellenlängen λ und/oder gleicher Ausgangspolarisation bzw. für elektromagnetische Wellen gleicher Wellenlänge und verschiedener Ausgangspolarisation verschieden ist. Zur Erreichung der„Ziel"-Polarisation können in Kombination mehrere magnetooptische Modulatoren in Reihe oder parallel angeordnet werden. Dielectricity tensor ε, and / or with respect to the thickness d, d, that the "Zie - polarization for electromagnetic waves of different wavelengths λ and / or the same output polarization or for electromagnetic waves of the same wavelength and different output polarization is different. To achieve the "target" polarization, several magneto-optic modulators may be combined in series or in parallel.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
[0062] [0062]
Tabelle 0001  Table 0001
Magnetisierbares Einzel- bzw. Mehrschichtsystem Magnetisable single or multi-layer system
10 Monochromator 10 monochromator
1 1 Polarisator 1 1 polarizer
12 Polarisationszustand vor der Wechselwirkung mit 1 12 polarization state before interaction with 1
13 Polarisationszustand nach der Wechselwirkung mit 1 13 polarization state after interaction with 1
14 Analysator oder weitere Einsatzmöglichkeiten 14 Analyzer or other applications
20 Magnetisierbares Material mit nicht planparallelen Grenzflächen 20 Magnetizable material with non-plane-parallel interfaces
21 Material, in welches das magnetisierbare Material 22 eingebettet ist 21 material in which the magnetizable material 22 is embedded
22 Segment mit planparallelen Grenzflächen Grenzfläche 22 segment with plane-parallel interfaces interface
Trägermaterial support material
S, Si Magnetisierbare Schicht x, y, kartesisches Koordinatensystem S, Si Magnetizable layer x, y, Cartesian coordinate system
Dicke des Trägermaterials Thickness of the carrier material
Dicke der Grenzfläche Thickness of the interface
Dicke der magnetisierbaren Schicht α, a Einfalls-, Reflektionswinkel ß Brechungswinkel Thickness of the magnetizable layer α, a angle of incidence, reflection angle β angle of refraction
H Externes Magnetfeld H External magnetic field
M, Magnetisierung der Schicht S, M, magnetization of the layer S,
Magnetooptischer Dielektrizitätstensor der Schicht S, Magneto-optical Dielektrizitätstensor the layer S,
Dielektrizitätstensor des Träger T Dielectric tensor of carrier T
Ni, Ki Brechungsindex und Absorptionsindex der Schicht S, Ni, Ki refractive index and absorption index of the layer S,
Qi Magnetooptische Kopplungskonstante der Schicht S, Qi Magneto-optic coupling constant of the layer S,
Photonenenergie der elektromagnetischen Welle E = hv = h * c * λ-1 λ Wellenlänge der elektromagnetischen Welle Photon energy of the electromagnetic wave E = hv = h * c * λ- 1 λ Wavelength of the electromagnetic wave

Claims

Ansprüche claims
1. Magnetisierbares Einzel- oder Mehrschichtsystem zur magnetfeldabhängigen Manipulation bzw. Modulierung von einfallenden elektromagnetischen Wellen , umfassend mindestens eine magnetisierbare Einzelschicht Si mit einer Dicke di, die optional auf einem magnetisierbaren oder nicht magnetisierbaren 1. Magnetisable single or multi-layer system for magnetic field-dependent manipulation or modulation of incident electromagnetic waves, comprising at least one magnetizable single layer Si with a thickness di, optionally on a magnetizable or non-magnetizable
Trägermaterial T aufgebracht sein kann, zur definierten magnetooptischen Kopplung der einfallenden elektromagnetischen Welle an das magnetisierbare Einzel- oder Mehrschichtsystem, dadurch gekennzeichnet, dass der  Support material T may be applied to the defined magneto-optical coupling of the incident electromagnetic wave to the magnetizable single or multi-layer system, characterized in that the
Polarisationszustand der reflektierten oder transmittierten elektromagnetischen Wellen in Abhängigkeit ihrer Energie E durch die Größe und die Richtung der Polarization state of the reflected or transmitted electromagnetic waves as a function of their energy E by the size and direction of
Magnetisierung M< und durch die magnetooptische Kopplungskonstante Q der Einzelschichten Si des magnetisierbaren Einzel- oder Mehrschichtsystems manipuliert oder moduliert werden kann. Magnetization M <and can be manipulated or modulated by the magneto-optical coupling constant Q of the individual layers Si of the magnetizable single or multilayer system.
2. Magnetisierbares Einzel- oder Mehrschichtsystem nach Anspruch 1_, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelschicht Si eine spontane Magnetisierung ^(°) aufweist und/oder dass die Einzelschicht Si durch ein von außen angelegtes  2. Magnetisierbares single or multi-layer system according to claim 1_, characterized in that the single layer Si has a spontaneous magnetization ^ (°) and / or that the single layer Si by an externally applied
Ii magnetisches Feld H magnetisiert ist, wobei das angelegte Magnetfeld zeitlich konstant oder veränderlich sein kann.  Magnetic field H is magnetized, wherein the applied magnetic field can be constant over time or variable.
3. Magnetisierbares Einzel- oder Mehrschichtsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass verschiedene magnetisierbare Einzel- und/oder Mehrschichtsysteme 1 in Kombination in Reihe und/oder parallel geschaltet sein können.  3. Magnetisierbares single or multi-layer system according to claim 1 or 2, characterized in that different magnetizable single and / or multi-layer systems 1 can be connected in combination in series and / or in parallel.
4. Verfahren zur Vorhersage des Polarisationszustandes der reflektierten oder transmittierten Welle des magnetisierbaren Einzel- oder Mehrschichtsystems 1 unter Verwendung des magnetooptischen Dielektrizitätstensors ε, jeder  4. Method for predicting the state of polarization of the reflected or transmitted wave of the magnetizable single or multilayer system 1 using the magneto-optical dielectric tensor ε, each
Einzelschicht Si des Einzel- oder Mehrschichtsystems 1 in Abhängigkeit der Eigenschaften, Wellenlänge λ und Polarisationszustand 12, der einfallenden elektromagnetischen Wellen, wobei Elemente des magnetooptischen  Single layer Si of the single or multi-layer system 1 as a function of the properties, wavelength λ and polarization state 12, the incident electromagnetic waves, wherein elements of the magneto-optical
Dielektrizitätstensors ε, Vektorprodukte aus vorher ermittelten  Dielectric tensor ε, vector products from previously determined
wellenlängenabhängigen magnetooptischen Kopplungskonstante Q und wellenlängenunabhängigen Magnetisierung M< der Einzelschichten Si des Einzel- oder Mehrschichtsystems 1 sind. wavelength-dependent magneto-optic coupling constant Q and wavelength-independent magnetization M <of the individual layers Si of the single or multilayer system 1.
5. Verwendung des nnagnetisierbaren Einzel- oder Mehrschichtsystems 1 nach einem der Ansprüche 1_ oder 2 zur zerstörungsfreien Messung der 5. Use of the nnagnetisierbaren single or multi-layer system 1 according to any one of claims 1 or 2 for the non-destructive measurement of
Magnetisierung M< aller Einzelschichten Si eines magnetisierbaren Einzel- oder Mehrschichtsystems 1 unter Verwendung der gemessenen Eigenschaften (Polarisationszustände 12 und 13 und der Wellenlänge λ) der einfallenden elektromagnetischen Wellen und der vom magnetisierbaren Einzel- oder Magnetization M <of all individual layers Si of a magnetizable single or multi-layer system 1 using the measured properties (polarization states 12 and 13 and the wavelength λ) of the incident electromagnetic waves and of the magnetizable single or
Mehrschichtsystem 1 reflektierten oder transmittierten Welle, wobei die  Multilayer system 1 reflected or transmitted wave, wherein the
magnetooptischen Kopplungskonstante Q aller Einzelschichten Si des magnetisierbaren Einzel- oder Mehrschichtsystems 1 bekannt sein muss.  Magneto-optical coupling constant Q of all individual layers Si of the magnetizable single or multi-layer system 1 must be known.
6. Verwendung des magnetisierbaren Einzel- oder Mehrschichtsystems 1 nach einem der Ansprüche 1_ oder 2 zur Messung von zeitlich konstanten oder veränderlichen Magnetfeldern H , wobei der lineare oder nichtlineare  6. Use of the magnetizable single or multi-layer system 1 according to any one of claims 1_ or 2 for measuring time-constant or variable magnetic fields H, wherein the linear or non-linear
Zusammenhang zwischen der bekannten Magnetisierung M< mindestens einer Einzelschicht Si des magnetisierbaren Einzel- oder Mehrschichtsystems 1 und einem äußeren Magnetfeld H bekannt sein muss. Connection between the known magnetization M <at least one single layer Si of the magnetizable single or multi-layer system 1 and an external magnetic field H must be known.
7. Verwendung der Anordnung nach einem der Ansprüche _ bis 3 als  7. Use of the arrangement according to one of claims _ to 3 than
magnetooptischen Sensor, magnetooptischen Speicher oder magnetooptischen Modulator.  magneto-optical sensor, magneto-optical memory or magneto-optical modulator.
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