一种空间分辨磁光克尔效应测量装置制造方法及图纸

一种空间分辨磁光克尔效应测量装置，包括光路系统、三维压电样品台和电流源控制单元，该系统不仅可以在变化磁场下对单点快速进行极向或纵向克尔信号扫描测量，还可以在固定磁场下以矩阵扫描的方式对区域内各点进行克尔信号测量，可实现对区域静态磁畴、动态磁畴的精确测量的一种空间分辨磁光克尔效应测量装置，同时在固定磁场下，可实现对整个待测区域的磁畴结构的观测。

Spatial resolution magneto optic Kerr effect measuring device

A spatial resolution measurement device of magnetic optical Kerr effect, including electric sample stage and current source control unit pressure 3D optical system, and the system can not only changes in the magnetic field of single point fast poloidal or longitudinal Kerr signal scanning, but also in the fixed magnetic field in a matrix scanning mode in the region each point of the Kerr signal measurement, a space can achieve accurate measurement of the static and dynamic regional domain domain resolution measurement device of magneto optic Kerr effect, at the same time in a fixed magnetic field, can be realized on the measured area domain structure observation.

【技术实现步骤摘要】

：本专利技术属于光学技术测量领域，具体涉及一种空间分辨磁光克尔效应测量装置，其主要用途在于测量磁滞回线进而得到样品表面的磁畴分布，同时该系统具有观察磁畴结构的功能。
技术介绍
：材料表面磁性以及由数个原子层所构成的超薄膜和不同原子构成的多层膜的磁性，是当今磁存储领域中的较为重要的研究热点，磁光克尔效应测量装置是表面磁性研究中的一种重要手段，它在磁性超薄膜的磁有序、磁各向异性、层间耦合和磁性超薄膜的相变行为等方面的研究中都有重要应用。目前，磁光克尔效应测量装置均采用固定样品台，只能对材料固定的区域进行磁有序、磁各向异性及磁畴等问题研究，无法实现在固定磁场下以矩阵扫描的方式对区域内各点进行克尔信号的测量，无法实现对区域静态磁畴、动态磁畴的精确测量。现有的实验装置极大地限制了磁光克尔效应的使用范围和测量效率。
技术实现思路
：本专利技术目的：针对现有技术和设计中的不足，提出一种不仅可以在变化磁场下对单点快速进行极向或纵向克尔信号扫描测量；还可以在固定磁场下以矩阵扫描的方式对区域内各点进行克尔信号测量，可实现对区域静态磁畴、动态磁畴的精确测量的一种空间分辨磁光克尔效应测量装置；同时在固定磁场下，可实现对整个待测区域的磁畴结构的观测本专利技术技术方案：一种空间分辨磁光克尔效应测量装置，该装置包括光路系统、三维压电样品台和电流源控制单元；光路系统主要包括激光器、衰减器、扩束器、斩波器、格兰泰勒棱镜、二分之一波片、显微物镜、凸透镜和CCD等光学器件。三维压电样品台和电流源控制单元由三维压电样品台、电磁铁、三维压电样品台控制器、电流源控制器以及计算机组成；通过计算机控制信号采集，磁场扫描和样品台移动；计算机通过控制三维压电样品台扫描测量，能够得到空间依赖的磁滞回线，并直接反应磁性样品局域的磁畴分布。所述三维压电样品台位移精度可以达到20nm。激光经显微物镜聚焦后分辨率可以达到550nm。本专利技术测量系统的理论基础：当线偏振光打在磁性样品上时，其反射光的偏振面会发生旋转，旋转角度大小同材料的磁化强度成正比，称为磁光克尔效应。磁光克尔效应起源于左旋和右旋圆偏振光在磁性材料中有着不同的折射率。磁光克尔效应唯象的解释：线偏振光是左圆和右圆偏振光的叠加。磁性介质中左圆、右圆偏振光驱动介质当中电子做左旋和右旋圆周运动，由于磁场作用，Lorenz力对电子作用不同导致左旋、右旋在传播时介质的响应，也就是介电常数不同，因而导致磁光克尔效应。由于这左圆和右圆偏振光的折射率不同，在介质中传播会有不同的相移，从而引起反射光偏振面的旋转；同时由于介质对这两种模式的吸收率也不同，从而改变反射光的椭偏率。通常，这两种效应在磁性介质中同时存在，因此，可以通过测量偏振光反射或者折射后的偏振情况来研究磁性材料的磁学性质。由于大多数的磁性材料都有很强的吸收率，实验上通过测量反射光的偏转角度来反应磁性显得更为方便。工作原理为：假设一线偏振的p光从样品的表面反射回来，如果样品是完全非磁的，反射回来的光依然是纯粹的p光；如果样品带有铁磁性，那么反射回来的光当中必然会掺杂s光的成分，Es/Ep就是所谓的kerrrotation，于是测量s光就成为了实验的的主要目的。实验上我们用一个偏振片放在光电二极管前面，并且使偏振片与p光的偏振面成一小角(d)放置，于是有：其中I0＝|Ep|2d2，表示kerrrotation为零时的光强，是kerr转角，是椭偏率，由于和都随着磁化强度的变化呈线性的变化，所测到的光强随磁场的变化而变化，表现为一个磁滞回线的形式。磁光克尔效应观察样品的磁畴结构，不同的磁畴有不同的自发磁化方向，引起反射光振动面的不同旋转，通过格兰泰勒棱镜后的CCD观察反射光时，将观察到与各磁畴对应的明暗不同的区域，明区和暗区互为反畴。利用磁光克尔效应观察磁畴结构的优点：1.不受温度的限制，可以在各种温度下观察磁畴结构。2.有些材料的畴壁较厚，畴与畴壁间的界限不明显，表面散磁场很小，粉纹不易集中。对于这种情况，磁光效应法是一种有效的方法。3.磁光效应法可用于观察磁畴的动态变化。有益效果：本专利技术采用三维压电样品台扫描测量，能够得到空间依赖的磁滞回线，并直接反应磁性样品局域的磁畴分布，可实现对磁滞回线和磁畴信息的测量。单点loop功能：在变化磁场下对单点快速进行极向或纵向克尔信号扫描磁场测量，可判断易/难磁化轴，矫顽力，磁学性质。磁畴成像功能：在固定磁场下以矩阵扫描的方式对区域内各点进行克尔信号测量，可实现对区域静态磁畴、动态磁畴的精确测量；在固定磁场下，可实现对整个待测区域磁畴结构的观测附图说明图1为本专利技术的测量装置结构图；图2位本专利技术的平衡光桥放大光路。具体实施方式图1中标号：1为半导体激光器，2为衰减器，3为扩束器，4为斩波器，5为格兰泰勒棱镜，6为分束镜，7为立方体分束镜，8为分束镜，9为显微物镜，10为薄膜样品，11为电磁铁，12为三维压电样品台，13为格兰泰勒棱镜，14为凸透镜，15为白光源，16为二分之一波片，17为格兰泰勒棱镜，18为反射棱镜，19为格兰泰勒棱镜，20为凸透镜，21为三维压电样品台控制器，22为锁相放大器，23为光电平衡探测器，24为CCD，25为电流源控制器，26为计算机；图2中标号：1为二分一波片，2为格兰泰勒棱镜，3为反射棱镜，4为光电平衡探测器。本专利技术一种空间分辨磁光克尔效应测量装置，包括两部分：光路系统部分；三维压电样品台和电流源控制系统部分和计算机控制系统组成。如图1所示，所述光路系统如下：当中的激光光源是635nm的半导体激光器1，输出功率为3mW，激光经过一个功率衰减器2(用以控制激光强度)，后通过扩束器3(通过扩束放大主要是为了减小光束的发散角)。扩束后经过斩波器4，经过格兰泰勒5，使得入射光是一个具有高偏振度的线偏振光，然后依次经过分束镜7、8，并通过显微物镜9，聚焦到样品10表面。其中白光源15经过样品10反射进入CCD24，通过CCD24可以观察样品的移动，进而可以通过控制样品台将激光打到样品表面的特定位置。在移动样品时，应该将激光强度衰减至最低，从而可以观察到最清晰的图像。设备中的激光光斑可以最小聚焦到0.55um。当样品是磁性介质时，被样品反射返回的激光偏振面将会发生偏转。经样品反射的激光依次通过显微物镜9、分束镜8到达立方分束镜7，被立方分束镜7沿90度角分束的反射光。经立方体分束镜7分离的S分量经过二分之一波片16(该波片用来调节输入到格兰泰勒棱镜17前的光的偏振方向)使得经过格兰泰勒棱镜17的两束光强基本相等。这两束光分别进入平衡光桥的两个探测器A和B。光电平衡探测器23有三个信号输出口，分别为光电二极管A的输出电压信号IA，光电二极管B的输出电压信号IB以及光电二极管A和B差分输出信号电压IA-IB。功率衰减器：用于控制激光的强度，有多个档位，一般情况下，测量时使用最低档，使激光光强最强。通过CCD观测样品表面时，使用最高档，使激光光强最弱，这样才可以清晰地观测到样品表面。锁相放大器利用斩波器产生参考信号，并将被测信号与参考信号进行比较，从而只对被测信号本身以及与参考信号相同频率、相同相位的噪声分量进行放大。因此，能高效的去除背景噪音，显著提高信噪比。由于一般磁性物质克尔旋转角小，反本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空间分辨磁光克尔效应测量装置，其特征是包括光路系统、三维压电样品台和电流源控制单元；光路系统中激光器(1)产生的激光通过衰减器(2)，再依次通过扩束器(3)、斩波器(4)、起偏器(5)、分束镜(6)、立方体分束镜(7)、分束镜(8)、通过显微物镜(9)、经过样品(10)反射，反射光经过分束镜(8)被分为两束，其中一束经过过格兰泰勒棱镜(19)、凸透镜(20)，射入CCD(24)，CCD(24)将采集到的信号送入计算机(26)，反射光另一束经过分束镜(8)，经过立方体分束镜(7)、二分之一波片(16)，再经过格兰泰勒棱镜(17)，激光通过格兰泰勒棱镜(17)被分为两束，其中一束直接射入光电平衡探测器(23)第一输入端，一束经过反射棱镜(18)，射入光电平衡探测器(23)第二输入端，然后光电平衡探测器(23)将采集的信号送入锁相放大器(22)，锁相放大器(22)连接计算机；另设有白光源，发出的白光(15)通过凸透镜(14)，经过格兰泰勒棱镜(13)、分束镜(6)、立方体分束镜(7)、分束镜(8)，再透过显微物镜(9)，经过样品(10)反射，反射光经过显微物镜(9)、格兰泰勒棱镜(19)、凸透镜(20)，射入CCD(24)；样品(10)置于样品座，样品座固定于三维压电样品台(12)，并置于电磁铁(11)中间，电流源控制器(25)与电磁铁(11)连接，三维压电样品台(12)与三维压电样品台控制器(21)连接，并且电流源控制器(25)和三维压电样品台控制器(21)都与计算机(26)连接，受计算机(26)控制，计算机(26)收集光电平衡探测器转换的Kerr信号。...

【技术特征摘要】
1.一种空间分辨磁光克尔效应测量装置，其特征是包括光路系统、三维压电样品台和电流源控制单元；光路系统中激光器(1)产生的激光通过衰减器(2)，再依次通过扩束器(3)、斩波器(4)、起偏器(5)、分束镜(6)、立方体分束镜(7)、分束镜(8)、通过显微物镜(9)、经过样品(10)反射，反射光经过分束镜(8)被分为两束，其中一束经过过格兰泰勒棱镜(19)、凸透镜(20)，射入CCD(24)，CCD(24)将采集到的信号送入计算机(26)，反射光另一束经过分束镜(8)，经过立方体分束镜(7)、二分之一波片(16)，再经过格兰泰勒棱镜(17)，激光通过格兰泰勒棱镜(17)被分为两束，其中一束直接射入光电平衡探测器(23)第一输入端，一束经过反射棱镜(18)，射入光电平衡探测器(23)第二输入端，然后光电平衡探测器(23)将采集的信号送入锁相放大器(22)，锁相放大器(22)连接计算机；另设有白光源，发出的白光(15)通过凸透镜(14)，经过格兰泰勒棱镜(13)、分束镜(6)、立方体分束镜(7)、分束镜(8)，再透过显微物镜(9)，经过样品(10)反射，...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐永兵，刘墨玉，阮学忠，吴竞，黎遥，刘波，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32