一种对薄膜样品进行微区磁光椭偏光谱分析的装置及其应用制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种对薄膜样品进行微区磁光椭偏光谱分析的装置及其应用。本发明专利技术所述装置包括光源模块、起偏模块、样品台、磁场模块、检偏模块、探测及分析模块和电机控制模块。通过使用氙灯光源加单色仪的组合来实现光谱磁光椭偏分析，光谱测量范围为300nm‑800nm，精确度为0.2nm，重复性为0.1nm；使用准直镜和成像单元以及CCD实现接收整个光斑范围内样品各个微区的光强信息，光斑直径为3mm，可分辨的最小微区直径为2um，CCD的每个像素点都与样品的不同微区相对应，通过分析CCD各个像素点的光强信息实现对样品表面光斑范围内所有微区的磁光椭偏分析。

【技术实现步骤摘要】
一种对薄膜样品进行微区磁光椭偏光谱分析的装置及其应用
本专利技术涉及一种对薄膜样品进行微区磁光椭偏光谱分析的装置及其应用，属于磁光椭偏分析的

技术介绍
磁性材料的磁光性质在磁光存储方面有广泛应用，磁光椭偏技术是一种利用磁性材料的磁光克尔效应进行椭偏测量的广义椭偏测量技术。材料显微组织及其中的原子排列决定了材料的性能，现阶段对材料的设计方面面临着主要依靠实验，设计周期长，成功率低等缺点，材料基因组计划目的在于寻找和建立材料从原子排列依次到相的形成、显微组织的形成、材料宏观性能与使用寿命之间的相互关系，这种将成分-结构-性能关系和数据库与计算模型结合起来的研究方法可以大幅度提高材料的设计速度，降低材料的设计成本，提高材料的设计成功率。高通量组合薄膜制备技术是材料基因组计划的核心技术，通过高通量组合薄膜制备技术可以在同一块衬底上制备出连续组分且空间可分辨的高质量外延薄膜，可加速材料研发周期，保障新材料探索的可执行性。磁性高通量组合薄膜微区磁光性质的高速表征对薄膜材料的分析手段提出了更高的要求，要求对同一薄膜样品上不同生长条件的微区性质进行对比分析，实现薄膜样品上各个微区性质的快速，高分辨率，非破坏性分析。中国专利，授权公告号CN203396695U公开了一种利用可调波长激光器进行磁光椭偏测试的装置；该装置通过可调波长激光器与磁光椭偏系统的结合，将单波长磁光椭偏测试延伸到多波长磁光椭偏测试；通过调节激光电源的电流可以使激光器出射不同频率的激光，同时更换光电探测器上前置连接的与出射激光频率对应的滤光片，由PC机对磁性材料样品的进行多波长磁光椭偏测试，得到该材料磁光耦合系数的光谱曲线。但该装置一次测量仅对3mm光斑范围内的平均磁学参数进行磁光椭偏分析，不能进行微区磁光椭偏光谱分析；而且该装置使用的可调波长激光器只能选择410nm、450nm、520nm、638nm、660nm、780nm、808nm，830nm八个离散波长，波长选择范围有限；另外，该装置需要手动旋转起偏器和检偏器的繁琐操作，影响测量精度和速度。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种对薄膜样品进行微区磁光椭偏光谱分析的装置。本专利技术提供一种利用上述装置对薄膜样品进行微区磁光椭偏光谱分析的方法。专利技术概述：本专利技术所述装置包括光源模块、起偏模块、样品台、磁场模块、检偏模块、探测及分析模块和电机控制模块。通过使用氙灯光源加单色仪的组合来实现光谱磁光椭偏分析，光谱测量范围为300nm-800nm，精确度为0.2nm，重复性为0.1nm；使用准直镜和成像单元以及CCD实现接收整个光斑范围内样品各个微区的光强信息，光斑直径为3mm，可分辨的最小微区直径为2um，CCD的每个像素点都与样品的不同微区相对应，通过分析CCD各个像素点的光强信息实现对样品表面光斑范围内所有微区的磁光椭偏分析。术语说明：CCD：Charge-coupledDevice；CCD电荷耦合器件，一种用电荷量表示信号大小，用耦合方式传输信号的探测元件，具有自扫描、感受波谱范围宽、畸变小、体积小、重量轻、系统噪声低、功耗小、寿命长、可靠性高等一系列优点，并可做成集成度非常高的组合件。本专利技术的技术方案为：一种对薄膜样品进行微区磁光椭偏光谱分析的装置，包括计算机、电磁铁和按光路方向依次设置的氙灯光源、单色仪、光纤耦合器、输出光纤、准直镜、起偏器、样品台、显微物镜、镜筒透镜、检偏器和CCD；所述样品台设置在电磁铁两个磁极的中心位置；电磁铁通过磁铁控制系统与计算机连接；所述起偏器和检偏器分别与电机的转动轴连接；电机通过电机控制模块与计算机连接；单色仪与计算机连接；所述氙灯光源、单色仪、光纤耦合器和输出光纤组成光源模块；所述准直镜和起偏器组成起偏模块；所述电磁铁和磁铁控制系统组成磁场模块；沿光轴设置的显微物镜和镜筒透镜组成成像单元；所述成像单元和检偏器组成检偏模块；所述CCD和计算机组成探测及分析模块；所述起偏模块和检偏模块设置在所述样品台的两侧，且与样品台的夹角均为φ。所述光源模块用于产生可调单色光束；氙灯光源发出的光由氙灯光源内部汇聚透镜汇聚到单色仪入射焦点处，单色仪与输出光纤采用光纤耦合器耦合；所述准直镜对光纤入射光进行准直，准直产生的平行光束由起偏器进行偏振态调试；入射的光束经过起偏器起偏为线偏振光后入射到样品台上待测样品表面并反射；反射光束经过成像单元后由检偏器调制为线偏振光；所述起偏器和检偏器可以由电机带动旋转，沿光轴方向旋转调节角度；所述CCD用于探测光强信号；所述计算机功能为：通过单色仪配套软件控制单色仪选择波长；通过与电机配套的电机控制模块控制电机；通过与电磁铁配套的磁铁控制系统控制电磁铁；通过与CCD配套的信号采集软件系统采集并通过公式计算处理每个像素点所得的光强信号，得到样品上各个微区的磁光椭偏参数；根据本专利技术优选的，所述准直镜和起偏器与入射光同光轴设置；所述成像单元和检偏器与样品反射光同光轴设置。根据本专利技术优选的，所述样品台包括调节XY轴的二维平移台，调节Z轴的一维平移台和调节俯仰的αβ轴倾斜平台；所述样品台可通过调节旋钮调节高低与俯仰。根据本专利技术优选的，所述起偏模块和检偏模块通过V型支架设置在所述样品台的两侧；夹角φ的大小可调节。根据本专利技术优选的，所述成像单元可沿光轴方向前后移动调整工作距离。一种利用上述装置对薄膜样品进行微区磁光椭偏光谱分析的方法，包括如下步骤：1)打开磁铁控制系统进行电磁铁预热；2)打开氙灯光源、单色仪、电机控制模块、CCD和计算机的电源；3)转动V型支架两臂选定入射角φ，所述入射角为入射光线与样品上表面的夹角；4)将待测薄膜样品置于样品台上，调整样品位置使样品上表面位于电磁铁两磁极的中心且与磁场方向平行或垂直，此时反射光由V型支架中心射入且与检偏模块同光轴；5)沿光轴方向前后移动成像单元，调整工作距离，使CCD得到清晰的图像，转动检偏器使入射到CCD上的光强最大，同时调节氙灯光源的功率，避免CCD发生饱和；6)计算机通过电机控制模块控制电机旋转，将起偏器角度θ1，检偏器角度θ2旋转至起始角度；起偏器0°位置为起偏器透振方向与入射面垂直时的位置，起偏器角度θ1为沿入射光传输方向看时起偏器透振方向逆时针偏离起偏器0°位置的角度；检偏器0°位置为检偏器透振方向与入射面垂直时的位置，检偏器角度θ2为沿反射光传输方向看时检偏器透振方向逆时针偏离检偏器0°位置的角度；7)记录不加磁场时CCD各个像素点接收的光强I；计算机控制磁铁控制系统加正向磁场并记录加正向磁场时CCD各个像素点接收的光强I0；计算机控制磁铁控制系统加反向磁场并记录加反向磁场时CCD各个像素点接收的光强I1；得到光强变化率并记录此时的θ1和θ2；8)保持起偏器角度θ1不变，计算机控制电机控制模块旋转检偏器角度θ2，并重复步骤7)，其中检偏器角度θ2的增加步长为1°，直至转满180°，得到起偏器角度为θ1时，与θ2一系列的对应数据；9)通过用计算机改变起偏器角度θ1，并将检偏器角度θ2旋转至起始角度，重复步骤7)-8)，得到一组不同起偏器角度θ1下与θ2一系列的对应数据；再次改变起偏器角度θ1，重复步骤7)-8)，最终得到三组不同起偏器角度θ1下与θ2一系列的对应数据；10)通过计本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种对薄膜样品进行微区磁光椭偏光谱分析的装置，其特征在于，包括计算机、电磁铁和按光路方向依次设置的氙灯光源、单色仪、光纤耦合器、输出光纤、准直镜、起偏器、样品台、显微物镜、镜筒透镜、检偏器和CCD；所述样品台设置在电磁铁两个磁极的中心位置；电磁铁通过磁铁控制系统与计算机连接；所述起偏器和检偏器分别与电机的转动轴连接；电机通过电机控制模块与计算机连接；单色仪与计算机连接；所述氙灯光源、单色仪、光纤耦合器和输出光纤组成光源模块；所述准直镜和起偏器组成起偏模块；所述电磁铁和磁铁控制系统组成磁场模块；沿光轴设置的显微物镜和镜筒透镜组成成像单元；所述成像单元和检偏器组成检偏模块；所述CCD和计算机组成探测及分析模块；所述起偏模块和检偏模块设置在所述样品台的两侧，且与样品台的夹角均为φ。

【技术特征摘要】
1.一种对薄膜样品进行微区磁光椭偏光谱分析的装置，其特征在于，包括计算机、电磁铁和按光路方向依次设置的氙灯光源、单色仪、光纤耦合器、输出光纤、准直镜、起偏器、样品台、显微物镜、镜筒透镜、检偏器和CCD；所述样品台设置在电磁铁两个磁极的中心位置；电磁铁通过磁铁控制系统与计算机连接；所述起偏器和检偏器分别与电机的转动轴连接；电机通过电机控制模块与计算机连接；单色仪与计算机连接；所述氙灯光源、单色仪、光纤耦合器和输出光纤组成光源模块；所述准直镜和起偏器组成起偏模块；所述电磁铁和磁铁控制系统组成磁场模块；沿光轴设置的显微物镜和镜筒透镜组成成像单元；所述成像单元和检偏器组成检偏模块；所述CCD和计算机组成探测及分析模块；所述起偏模块和检偏模块设置在所述样品台的两侧，且与样品台的夹角均为φ。2.根据权利要求1所述的对薄膜样品进行微区磁光椭偏光谱分析的装置，其特征在于，所述准直镜和起偏器与入射光同光轴设置；所述成像单元和检偏器与样品反射光同光轴设置。3.根据权利要求1所述的对薄膜样品进行微区磁光椭偏光谱分析的装置，其特征在于，所述样品台包括调节XY轴的二维平移台，调节Z轴的一维平移台和调节俯仰的αβ轴倾斜平台。4.根据权利要求1所述的对薄膜样品进行微区磁光椭偏光谱分析的装置，其特征在于，所述起偏模块和检偏模块通过V型支架设置在所述样品台的两侧；夹角φ的大小可调节。5.根据权利要求1所述的对薄膜样品进行微区磁光椭偏光谱分析的装置，其特征在于，所述成像单元可沿光轴方向前后移动调整工作距离。6.一种利用权利要求1-5任意一项所述装置对薄膜样品进行微区磁光椭偏光谱分析的方法，其特征在于，包括如下步骤：1)打开磁铁控制系统进行电磁铁预热；2)打开氙灯光源、单色仪、电机控制模块、CCD和计算机的电源；3)转动V型支架两臂选定入射角φ，所述入射角为入射光线与样品上表面的夹角；4)将待测薄膜样品置于样品台上，调整样品位置使样品上表面位于电磁铁两磁极的中心且与磁场方向平行或垂直，此时反射光由V型支架中心射入且与检偏模块同光轴；5)沿光轴方向前后移动成像单元，调整工作距...

【专利技术属性】
技术研发人员：连洁，宋浩男，戴凯，石玉君，姜清芬，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37