一种多结构扫描式磁光克尔效应测量系统技术方案

本发明专利技术公开了一种多结构扫描式磁光克尔效应测量系统，包括矢量磁铁模块

【技术实现步骤摘要】
一种多结构扫描式磁光克尔效应测量系统


[0001]本专利技术涉及物理测量
，具体涉及一种多结构扫描式磁光克尔效应测量系统
。

技术介绍

[0002]磁光克尔效应是一种旋光效应，它描述的是一束线偏振光经磁性介质反射后变成一束椭圆偏振光，并且其偏振面与入射光相比会发生额外的偏转的现象，该偏振面的转角为克尔转角
θ
，反射光的椭偏率为克尔椭偏率
ε
。
磁光克尔效应的物理起因较为复杂，从微观上讲，它源于光场和磁性介质中电子自旋的自旋轨道相互作用，而宏观上可以将这一效应理解成磁性材料介电常数张量非对角元的不对称性所造成的
。
克尔转角
θ
与克尔椭偏率
ε
均与样品探测点处的磁化强度分量成正比，因此可用来定性表征样品的磁化强度
。
该技术可用来探究磁性材料的矫顽力
、
磁晶各向异性
、
层间交换耦合
、
自旋动力学
、
以及磁畴演化等
。
磁光克尔效应系统具高表面灵敏度
、
对样品无损伤等优势
。
[0003]磁光克尔效应的测量为单点测量，在进行磁光克尔效应的测量时，需要旋转磁场来找到合适的磁化方向，在转场测量中机械旋转磁极耗时很长，而且在转动过程中由于机械振动产生测量噪音，导致测量结果不准确，影响测量精度与测量效率
。

技术实现思路

[0004]本申请实施例通过提供一种多结构扫描式磁光克尔效应测量系统及方法，解决了现有技术中磁光克尔效应测量过程中单点测量问题，通过二维位移台的控制完成在二维区域内的磁信息测量
。
[0005]本申请实施例提供了一种多结构扫描式磁光克尔效应测量系统，包括矢量磁铁模块
、
克尔信号探测器模块
、
二维位移台；
[0006]所述矢量磁铁模块包括：四级电磁铁
、
程控电源以及计算机；电磁铁的四极线圈两两配对形成一组相互正交的磁场，计算机控制两台程控电源输出两组电流到该电磁铁，通过改变两组电流的大小和方向可调节正交磁场的两个分量，从而合成平面内任意方向的矢量合成磁场；
[0007]所述克尔信号探测器模块包括激光器
、
起偏器
、
检偏器
、
光电探测器
、
放大器
、ADDA
卡以及计算机；激光器发出的激光经通过起偏器形成一束线偏振光打在磁性薄膜上，反射光通过检偏器过滤后打在光电探测器上，光电探测器得到的光电流信号经前置放大器输出电压信号，经模数转化后传输到计算机中，通过计算机软件运算后可得到该探测点的克尔信号；
[0008]所述二维位移台在
X
和
Z
方向的二维步进位移，计算机通过
ADDA
卡向位移台的步进马达发送脉冲信号，控制位移台的移动；样品位移时光路不变，实现样品在
XZ
平面的二维扫描连续测量
。
[0009]优选的，调整所述矢量磁场与激光器产生可见光的光路相对位置，形成多个维度
的测量结构
。
[0010]优选的，当磁场方向平行于样品表面，且平行于光平面时，形成纵向磁光克尔效应测量结构
。
[0011]优选的，当磁场方向平行于样品表面，且垂直于光平面时，形成横向磁光克尔效应测量结构
[0012]优选的，当磁场方向垂直于样品表面，且平行于光平面时，形成极向磁光克尔效应测量结构
。
[0013]优选的，所述克尔信号探测器利用光强的变化计算克尔转角与克尔椭偏率，具体包括：首先旋转检偏器，使其与起偏器处于消光位置；然后将检偏器旋离消光位置一个小角度
δ
，
δ
小于5度；光电探测器测量到的光强为：
[0014]I
＝
|E
s
|2|
δ
+
θ
+i
ε
|2≈|E
s
|2(
δ2+2
δθ
)
＝
I0(1+2
θ
/
δ
)
，
[0015]其中，
θ
代表克尔旋转角，
ε
代表克尔椭偏率
。I0表示没有发生克尔效应时背景光强的大小，
I0＝
|E
s
|2δ2，那么克尔转角
θ
可以表达为
θ
＝
δΔ
I/(4I0)
，其中
Δ
I
是在饱和磁场翻转前后光强的变化量
。
[0016]优选的，在检偏器之前放置一个
1/4
波片，测量到的信号为克尔椭偏率，其表达式为：
[0017]ε
＝
δΔ
I/(4I0)。
[0018]优选的，所述磁铁架为正八边形，所述铁芯两两相对安装在正八边形的磁铁架左上
、
右下
、
左下和右上四个边上，且所述铁芯包裹有匝数相同的线圈
。
[0019]优选的，所述测量系统采用
LabVIEW
软件控制
。
[0020]本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
[0021]1、
由于设置了二维位移台，测量时样品固定在二维位移台上并置于矢量磁铁中心，通过位移台的二维移动，得到样品的二维区域的磁信息
。
[0022]2、
通过矢量磁铁模块，可改变矢量磁场与光路的相对位置，实现了纵向
、
横向和极向三种结构的磁光克尔信号测量
。
[0023]3、
通过矢量磁铁模块，矢量磁场的改变只需要改变电流的正负和大小，不需要机械旋转磁极，因此可以大大缩短测量时间；且避免了机械转动，从而消除了机械转动带来的振动，可以减小测量噪音，提高测量准确度
。
[0024]4、
本申请矢量磁铁模块中磁铁架设计为正八边形，避免了磁极与光平面的位置冲突，可以满足超大和超小入射角的测量
。
附图说明
[0025]图1为本申请测量系统示意图；
[0026]图2为本申请矢量磁铁模块示意图；
[0027]图3为本申请克尔信号探测器模块示意图；
[0028]图4为本申请样品在
10mm
×
10mm
区域内的单轴各向异性场二维扫描图
。
[0029]图5为本申请纵向磁光克尔效应测量结构示意图；
[0030]图6为本申请横向磁光克尔效应测量结构示意图；
[0031]图7为本申请极向磁光克尔效应测量结构示意图；
[0032]图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种多结构扫描式磁光克尔效应测量系统，其特征在于，包括矢量磁铁模块
、
克尔信号探测器模块
、
二维位移台；所述矢量磁铁模块包括：四级电磁铁
、
程控电源以及计算机；电磁铁的四极线圈两两配对形成一组相互正交的磁场，计算机控制两台程控电源输出两组电流到该电磁铁，通过改变两组电流的大小和方向可调节正交磁场的两个分量，从而合成平面内任意方向的矢量合成磁场；所述克尔信号探测器模块包括激光器
、
起偏器
、
检偏器
、
光电探测器
、
放大器
、ADDA
卡以及计算机；激光器发出的激光经通过起偏器形成一束线偏振光打在磁性薄膜上，反射光通过检偏器过滤后打在光电探测器上，光电探测器得到的光电流信号经前置放大器输出电压信号，经模数转化后传输到计算机中，通过计算机软件运算后可得到该探测点的克尔信号；所述二维位移台在
X
和
Z
方向的二维步进位移，计算机通过
ADDA
卡向位移台的步进马达发送脉冲信号，控制位移台的移动；样品位移时光路不变，实现样品在
XZ
平面的二维扫描连续测量
。2.
如权利要求1所述多结构扫描式磁光克尔效应测量系统，其特征在于，调整所述矢量磁场与激光器产生可见光的光路相对位置，形成多个维度的测量结构
。3.
如权利要求2所述多结构扫描式磁光克尔效应测量系统，其特征在于，当磁场方向平行于样品表面，且平行于光平面时，形成纵向磁光克尔效应测量结构
。4.
如权利要求2所述多结构扫描式磁光克尔效应测量系统，其特征在于，当磁场方向平行于样品表面，且垂直于光平面时，形成横向磁光克尔效应测量结构
。5.
如权利要求2所述多结构扫描式磁光克尔效应测量系统，其特征在于，当磁场方向垂直于样品表面，且平行于光平面时，形成极向磁光克尔效应测量结构
。6.
如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈雨璐，王文翌，王福梅，
申请(专利权)人：苏州科晓电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：