一种纳米结构磁性测量装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及物理测量技术领域，一种纳米结构磁性测量装置，包括激光器、分束器、凸透镜I、光电探测器、锁相放大器、棱镜偏振器、凸透镜II、保偏光纤I、电光调制器、保偏光纤II、凸透镜III、波片I、透镜台、原子力显微镜、探针、样品、磁铁、样品台、信号发生器、示波器、波片II、凸透镜IV、平面镜，样品、磁铁及样品台依次位于探针正下方，探针为圆台形状，探针中的通孔I和通孔II的轴线分别位于探针圆台轴线的两侧、且均与探针圆台轴线成45度角，保偏光纤I具有慢轴和快轴，棱镜偏振器的透射轴与保偏光纤I的慢轴平行，保偏光纤I的慢轴位于电光调制器的横磁轴和横电轴之间夹角的角平分线上，电光调制器的横磁轴与保偏光纤II的慢轴平行。

【技术实现步骤摘要】
一种纳米结构磁性测量装置
本技术涉及物理测量
，尤其是一种采用光束干涉方法来研究材料表面单个纳米结构磁光克尔信号的一种纳米结构磁性测量装置。
技术介绍
磁光克尔效应测量装置是材料表面磁性研究中的一种重要手段，其工作原理是基于由光与磁化介质间相互作用而引起的磁光克尔效应，其不仅能够进行单原子层厚度材料的磁性检测，而且可实现非接触式测量，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。磁光克尔效应测量装置主要是通过检测一束线偏振光在材料表面反射后的偏振态变化引起的光强变化进行样品表面的磁化观测。现有技术缺陷一：传统的聚焦克尔显微镜的空间分辨率由光学衍射极限所决定，其成像的效果极易受到光学元件限制，因此无法得到纳米尺度的磁化动态特征。现有技术缺陷二：在某些通过测量两束光在样品表面的干涉来得到样品的磁化信息的方法中，两束光的光路是分开控制的，而且需要在探测之前重新合并，因此需要较多的光学元件，因此得到的信号的信噪比较低，现有技术缺陷三：现有技术的干涉法测样品的克尔旋转的装置中，只能测量极向克尔效应，所述一种纳米结构磁性测量装置能解决问题。
技术实现思路
为了解决上述问题，本技术采用同一束光的两个正交偏振分量干涉的方法来获得样品表面的磁化信息，光的两个正交偏振分量共用一个光路，减少光路中的光学元件，提高了信噪比，本技术装置通过采用斜入射的光束能够测量克尔效应的纵向、横向和极向三个分量；另外，本技术装置采用具有通孔的原子力显微镜探针，能够得到样品表面纳米尺度结构的磁化动态特征。本技术所采用的技术方案是：所述一种纳米结构磁性测量装置主要包括激光器、分束器、凸透镜I、光电探测器、锁相放大器、棱镜偏振器、凸透镜II、保偏光纤I、电光调制器、保偏光纤II、凸透镜III、波片I、透镜台、原子力显微镜、探针、样品、磁铁、样品台、信号发生器、示波器、波片II、凸透镜IV、平面镜，激光器的波长在400纳米到800纳米范围可调，xyz为空间直角坐标系、xy平面为水平面，zx平面与水平面垂直，原子力显微镜位于透镜台下方，探针位于原子力显微镜下方，所述探针为原子力显微镜探针且为圆台形状，所述圆台的上底面直径为3微米、下底面直径为1.5微米，所述圆台轴线方向与水平面垂直，样品、磁铁及样品台依次位于探针的正下方，波片I为半波片，波片II为1/4波片，所述探针中具有通孔I和通孔II，所述通孔I、通孔II的轴线和探针圆台的轴线均位于zx平面内，所述通孔I和通孔II的轴线分别位于探针圆台轴线的两侧、且均与所述探针圆台轴线成45度角，光电探测器与锁相放大器电缆连接，信号发生器、示波器分别电缆连接样品台，保偏光纤I具有慢轴和快轴，棱镜偏振器的透射轴与保偏光纤I的慢轴平行，保偏光纤I的慢轴位于电光调制器的横磁轴和横电轴之间夹角的角平分线上，电光调制器的横磁轴与保偏光纤II的慢轴平行，所述探针中的通孔I和通孔II的直径均为200纳米，所述保偏光纤I长度为2米，所述保偏光纤II长度为9米。激光器发出的光依次经过分束器、棱镜偏振器、凸透镜II、保偏光纤I后，进入电光调制器，光在电光调制器中形成两个正交的偏振分量为面内偏振和面外偏振，且每个分量加上相位φ(t)＝φ0cos(ωt)，两个光分量的相位时间差为τ，光束从电光调制器出来后进入保偏光纤II，光的两个正交的偏振分量分别沿保偏光纤II的快轴和慢轴传输，光离开保偏光纤II后，依次通过凸透镜III、波片I、透镜台、原子力显微镜、通孔I到达样品表面，并第一次被反射，第一次反射光依次经过通孔II、原子力显微镜、透镜台、波片II、凸透镜IV到达平面镜，并第二次被反射，第二次反射光依次经过凸透镜IV、波片II、透镜台、原子力显微镜、通孔II到达样品表面，并第三次被样品表面反射，第三次反射光依次经过通孔I、原子力显微镜、透镜台、波片I、凸透镜III、保偏光纤II、电光调制器、保偏光纤I、凸透镜II、棱镜偏振器，再被分束器偏转后，经过凸透镜I进入光电探测器，第三次反射光的两个偏振分量在光电探测器处发生干涉，分别沿保偏光纤II的慢轴和快轴传输的光的两个正交偏振分量，从保偏光纤II输出后对应的琼斯矩阵分别表示为和在经过波片I后，所述光的两个正交偏振分量对应的琼斯矩阵转变为和其中为相位角，定义为表示光束在经过样品表面的两次反射后回到电光调制器整个过程的琼斯矩阵，光电探测器中得到的光的两个正交偏振分量的相位差表示为相位差在x、y、z方向的分量分别为αx、αy、αz，对光电探测器中得到的光电流进行傅里叶分析，锁相放大器得到光电流的一阶谐波分量：和二阶谐波分量：考虑对称性，αK简化为其中ω是电光调制器的时间依赖的相位φ(t)的角频率，Iinc是激光器发射的光的光强，γ为光束两次经过下列光学元件分束器、棱镜偏振器、凸透镜II、保偏光纤I、电光调制器、保偏光纤II、凸透镜III、凸透镜IV，并被样品表面反射两次后光强的剩余比例，J1和J2分别是一阶和二阶是贝塞尔方程，αK是样品磁化分量的线性方程，x、y、z方向的样品磁化分量mx、my、mz对αK的贡献取决于样品的反射系数、光路中的光学元件等。极向克尔效应对应于磁化的z方向的分量，纵向克尔效应对应于磁化的y方向的分量，横向克尔效应对应于磁化的x方向的分量，由于样品磁化分量在不同的晶体对称操作下的转变不同，应该选择合适的P1和P2以及光路中的光学元件，以使得极向或纵向或横向磁光克尔效应的贡献占主要部分。本技术装置采用具有通孔的原子力显微镜探针，能够得到样品表面纳米尺度结构的磁化信息，其次，本技术采用同一束光的两个正交偏振分量干涉的方法来获得样品表面的磁化信息，两个偏振光分量共用一个光路，避免光束分离和重新汇集，能够相对较容易地保证两个光束以同样的光路传播，并减少光路中的光学元件，使得信号较少地受样品以及干涉环路中光学元件的移动影响，提高了信噪比。利用所述一种纳米结构磁性测量装置进行测量的方法为：测量纵向克尔效应的方法：一.调整波片I的快轴与y方向成22.5度，调整波片II的快轴与y方向一致，使得在经过波片I后，入射光的两个正交偏振分量对应的琼斯矩阵为二.通过原子力显微镜使得探针逼近样品表面，令探针在二微米范围内扫描，扫描速度2纳米/秒，通过扫描中得到的样品表面轮廓来确定样品边缘位置；三.探针向上回缩距离50纳米，并关闭原子力显微镜的扫描反馈；四.调整激光器的位置，使得激光器发出的激光束进入探针的通孔I，激光束在样品表面反射后形成的第一次反射光依次通过探针的通孔II、波片II、凸透镜IV到达平面镜，并被平面镜反射形成第二次反射光；五.调整凸透镜IV和平面镜位置，使得第二次反射光通过探针的通孔II射到样品表面，并形成第三次反射光；六.第三次反射光依次经过探针的通孔I、原子力显微镜、透镜台、波片I、凸透镜III、保偏光纤II、电光调制器、保偏光纤I、凸透镜II、棱镜偏振器后被分束器偏转，经过凸透镜I进入光电探测器，光束的两个偏振分量在光电探测器处发生干涉；七.光电探测器输出信号至锁相放大器进行傅里叶分析后得到差分相位，在这个条件下，光强一阶谐波分量纵向克尔旋转rp和rs分别为P偏振光和S偏振光在样品表面的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米结构磁性测量装置，主要包括激光器、分束器、凸透镜I、光电探测器、锁相放大器、棱镜偏振器、凸透镜II、保偏光纤I、电光调制器、保偏光纤II、凸透镜III、波片I、透镜台、原子力显微镜、探针、样品、磁铁、样品台、信号发生器、示波器、波片II、凸透镜IV、平面镜，激光器的波长在400纳米到800纳米范围可调，xyz为空间直角坐标系、xy平面为水平面，zx平面与水平面垂直，原子力显微镜位于透镜台下方，探针位于原子力显微镜下方，所述探针为原子力显微镜探针且为圆台形状，所述圆台的上底面直径为3微米、下底面直径为1.5微米，所述圆台轴线方向与水平面垂直，样品、磁铁及样品台依次位于探针的正下方，波片I为半波片，波片II为1/4波片，其特征是：所述探针中具有通孔I和通孔II，所述通孔I、通孔II的轴线和探针圆台的轴线均位于zx平面内，所述通孔I和通孔II的轴线分别位于探针圆台轴线的两侧、且均与所述探针圆台轴线成45度角，光电探测器与锁相放大器电缆连接，信号发生器、示波器分别电缆连接样品台，保偏光纤I具有慢轴和快轴，棱镜偏振器的透射轴与保偏光纤I的慢轴平行，保偏光纤I的慢轴位于电光调制器的横磁轴和横电轴之间夹角的角平分线上，电光调制器的横磁轴与保偏光纤II的慢轴平行。...

【技术特征摘要】
1.一种纳米结构磁性测量装置，主要包括激光器、分束器、凸透镜I、光电探测器、锁相放大器、棱镜偏振器、凸透镜II、保偏光纤I、电光调制器、保偏光纤II、凸透镜III、波片I、透镜台、原子力显微镜、探针、样品、磁铁、样品台、信号发生器、示波器、波片II、凸透镜IV、平面镜，激光器的波长在400纳米到800纳米范围可调，xyz为空间直角坐标系、xy平面为水平面，zx平面与水平面垂直，原子力显微镜位于透镜台下方，探针位于原子力显微镜下方，所述探针为原子力显微镜探针且为圆台形状，所述圆台的上底面直径为3微米、下底面直径为1.5微米，所述圆台轴线方向与水平面垂直，样品、磁铁及样品台依次位于探针的正下方，波片I为半波片，波片II为1/4波片，其特征是：所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞冰，张向平，王永忠，
申请(专利权)人：金华职业技术学院，
类型：新型
国别省市：浙江,33