利用光譜儀進(jìn)行光譜式磁光克爾效應(yīng)測試的裝置制造方法
【專利摘要】利用光譜儀進(jìn)行光譜式磁光克爾效應(yīng)測試的裝置，包括白光光源、準(zhǔn)直鏡、起偏器、兩個(gè)光闌、電磁鐵、樣品臺(tái)、檢偏器、聚光鏡、光纖耦合器、光譜儀、PC機(jī)，其特征在于白光光源通過光纖與準(zhǔn)直鏡相連，經(jīng)準(zhǔn)直鏡聚焦后輸出白光；準(zhǔn)直鏡后面沿光路順序排列為起偏器、兩個(gè)光闌、檢偏器、聚光鏡、光纖耦合器和光譜儀；在測量橢偏率時(shí)需將四分之一波片置于檢偏器之后聚光鏡之前，而測量磁光偏轉(zhuǎn)角時(shí)無需放置；兩個(gè)光闌之間放置樣品臺(tái)，樣品臺(tái)位于電磁鐵中間；光纖耦合器通過光纖與光譜儀相連；光譜儀的輸出端連接到PC機(jī)；通過編程由PC機(jī)控制光譜儀并輸出結(jié)果。該系統(tǒng)光路簡單，成本低廉，數(shù)據(jù)精度高，可以給出磁光偏轉(zhuǎn)角的光譜曲線。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種利用光譜儀進(jìn)行光譜式磁光克爾效應(yīng)測試的裝置，屬光譜磁 光克爾效應(yīng)測試【技術(shù)領(lǐng)域】。 利用光譜儀進(jìn)行光譜式磁光克爾效應(yīng)測試的裝置

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著磁性材料在磁光存儲(chǔ)媒介與半導(dǎo)體器件上的廣泛應(yīng)用，對磁性材料磁光特性 的研究變得極為迫切。磁光克爾效應(yīng)測試技術(shù)利用磁性材料的磁光克爾效應(yīng)，可以測量磁 性材料的磁光偏轉(zhuǎn)角與橢偏率。因此磁光克爾效應(yīng)廣泛應(yīng)用于磁有序性、磁各向異性、以 及層間耦合等領(lǐng)域的研究。但現(xiàn)有的光譜磁光克爾效應(yīng)裝置接受端多為光電探測器且結(jié) 構(gòu)復(fù)雜，比如在雜志【物理評(píng)論B】（1997年56卷第5432頁）上發(fā)表的文章"Fe 304和Mg2+ 或Al3+替換Fe304的光學(xué)和極向磁光克爾光譜研究"中（作者W. F. J. Fonti jn and P. J. van der Zaag)，作者用Ge材料光電探測器接受信號(hào)，并用氙燈與單色儀配合測試材料的磁光克 爾偏轉(zhuǎn)角光譜曲線。此系統(tǒng)需要逐次調(diào)節(jié)單色儀使其輸出的波長改變并逐次計(jì)算每個(gè)波長 下的磁光偏轉(zhuǎn)角，設(shè)計(jì)較為復(fù)雜而且操作費(fèi)時(shí)。而使用光譜儀作為接收端可以得到更寬的 光譜范圍，而且可以一次計(jì)算整個(gè)光譜范圍內(nèi)的磁光偏轉(zhuǎn)角與橢偏率，操作簡單而且節(jié)省 了大部分測試時(shí)間。此外在后期數(shù)據(jù)處理中，通過編程設(shè)定積分時(shí)間與采集次數(shù)也可以大 范圍提高數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性，可以得到更加精確的磁光克爾偏轉(zhuǎn)角。此外由于該系統(tǒng)光路簡單 而且由于光路元件比其他類似系統(tǒng)少，所以成本低廉。通過光譜式測量，可以給出磁光偏轉(zhuǎn) 角的光譜曲線，對于研究磁性材料的內(nèi)部磁化及外部磁光特性有著重要意義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷與不足，本實(shí)用新型提出了一種利用光譜儀進(jìn)行光 譜式磁光克爾效應(yīng)測試的裝置。
[0004] 本實(shí)用新型的技術(shù)方案是按以下方式實(shí)現(xiàn)的：
[0005] -種利用光譜儀進(jìn)行光譜式磁光克爾效應(yīng)測試的裝置，包括白光光源、準(zhǔn)直鏡、起 偏器、兩個(gè)光闌、電磁鐵、樣品臺(tái)、檢偏器、四分之一波片、聚光鏡、光纖稱合器、光譜儀、PC 機(jī)，其特征在于白光光源通過光纖與準(zhǔn)直鏡相連，經(jīng)準(zhǔn)直鏡聚焦后輸出白光；準(zhǔn)直鏡后面沿 光路順序排列為起偏器、兩個(gè)光闌、檢偏器、聚光鏡、光纖稱合器和光譜儀；測量磁光偏轉(zhuǎn)角 時(shí)無需放置四分之一波片，而在測量橢偏率時(shí)需將四分之一波片置于檢偏器之后聚光鏡之 前；兩個(gè)光闌之間放置樣品臺(tái)，樣品臺(tái)位于電磁鐵中間；光纖耦合器通過光纖與光譜儀相 連；光譜儀的輸出端連接到PC機(jī)，以觀察記錄并計(jì)算測量結(jié)果；通過C語言編寫程序控制 光譜儀，通過設(shè)定積分時(shí)間與積分次數(shù)處理數(shù)據(jù)并將得到的計(jì)算結(jié)果輸出。
[0006] 所述的光譜儀是可見光光譜光纖光譜儀，其波長范圍為300nm-900nm，通過光纖 輸入且由光纖耦合器接收送入光譜儀中。
[0007] 所述的白光光源為輸出波長范圍為300nm-850nm的LED光源。
[0008] 所述的通過計(jì)算測量結(jié)果為使用C語言編程處理，通過設(shè)定積分時(shí)間與采集次 數(shù)，降低光源的噪聲，得到更精確地磁光克爾偏轉(zhuǎn)角。
[0009] -種利用上述裝置進(jìn)行磁光克爾偏轉(zhuǎn)角測量的方法，步驟如下：
[0010] ①將測量裝置接通電源，給光譜儀供電，打開電磁鐵的電源、白光光源及PC機(jī)的 電源；
[0011] ②將具有鐵磁性質(zhì)的薄膜樣品材料固定在樣品臺(tái)上，調(diào)整樣品使其在水平方向上 轉(zhuǎn)動(dòng)，使得樣品表面與磁場方向平行；
[0012] ③白光光源與準(zhǔn)直鏡通過光纖相連接，調(diào)節(jié)準(zhǔn)直鏡后面放置的光闌、起偏器的位 置，然后調(diào)節(jié)檢偏器、聚光鏡、光纖耦合器的位置，使得白光正入射到起偏器上并通過上述 光學(xué)元件能將白光匯聚到光纖耦合器上；
[0013] ④PC機(jī)開機(jī)后，運(yùn)行光譜儀控制程序，等待光譜儀采集信號(hào)；
[0014] ⑤調(diào)節(jié)起偏器角度，使出射光偏振態(tài)平行于入射面，調(diào)節(jié)檢偏器角度θ2，使從 檢偏器出射的光變?yōu)榱悖藭r(shí)將檢偏器再轉(zhuǎn)過一個(gè)小的角度δ (δ <1° )，使出射光強(qiáng)不 為零，點(diǎn)擊光譜儀控制程序中的開始選項(xiàng)采集信號(hào)，記錄此時(shí)得到的光強(qiáng)光譜曲線Ι〇(λ);
[0015] ⑥設(shè)定電磁鐵控制裝置輸出電流分別為1、2、3、4、5Α，通過光譜儀采集數(shù)據(jù)，依此 測量上述不同電流下的光強(qiáng)值，隨著電流的增大，磁場強(qiáng)度會(huì)隨著電流的增大而增大，而磁 性材料的內(nèi)部磁化強(qiáng)度也會(huì)隨著外界磁場的增大而增大，當(dāng)?shù)竭_(dá)飽和磁化強(qiáng)度時(shí)，內(nèi)部磁 化強(qiáng)度達(dá)到最大值，此時(shí)光譜儀接受的光強(qiáng)也達(dá)到最大，記錄此時(shí)的飽和電流值i m ;
[0016] ⑦正向調(diào)節(jié)電磁鐵電流至飽和電流im，此時(shí)材料內(nèi)部達(dá)到飽和磁化強(qiáng)度，PC機(jī)記 錄此時(shí)光譜儀采集的光強(qiáng)曲線1+ (λ);反向調(diào)節(jié)電磁鐵電流至-im，PC機(jī)記錄此時(shí)光譜儀采 集的光強(qiáng)曲線LU)，從而得到Λ 1(入）/1。（入）=(1+(入）-1_(入））/1。（入）；
[0017] ⑧將測量得到的Λ IUVLU)與δ的值輸入PC機(jī)，由PC機(jī)按以下公式計(jì)算 得到磁性材料的磁光偏轉(zhuǎn)角光譜響應(yīng)曲線： 0、Δ/μ) _8]
[0019] ⑨將四分之一波片置于光路中檢偏器之后，重復(fù)步驟⑤-⑧，由PC機(jī)按以下公式 計(jì)算得到磁性材料的磁光橢偏率ε k光譜響應(yīng)曲線： -- Α1{λ)
[0020]
[0021] 上述對相關(guān)數(shù)據(jù)的計(jì)算、測量及處理是通過使用C語言編程來進(jìn)行處理的，通過 設(shè)定積分時(shí)間與采集次數(shù)，降低光源的噪聲，得到更精確的磁光克爾偏轉(zhuǎn)角。
[0022] 本實(shí)用新型的磁光偏轉(zhuǎn)角測試的原理如下：
[0023] 磁光克爾偏轉(zhuǎn)角測試是基于光在樣品表面反射時(shí)受磁場影響導(dǎo)致偏振態(tài)改變的 一種測試方式。在樣品表面加正反兩個(gè)方向的磁場時(shí)，可以引起反射光偏振態(tài)的不同，從而 引起光譜儀接收到的光信號(hào)強(qiáng)度的不同。白光經(jīng)過起偏器后變?yōu)榫€偏振光，然后從樣品表 面反射，經(jīng)過檢偏器后進(jìn)入光譜儀。檢偏器的偏振方向與起偏器設(shè)置成偏離消光位置一個(gè) 很小的角度S，這樣可以確定偏振面的正負(fù)旋轉(zhuǎn)方向。根據(jù)磁場的正反方向，光譜儀接收到 的光強(qiáng)分別為Ι+( λ )與1_( λ )。在外界磁場為零時(shí)接收到的光強(qiáng)為IJ λ )，可以得到光強(qiáng) 的變化率
[0024] Λ Ι(λ)/Ι0(λ) = (Ι+(λ)-Ι_(λ))/Ι0(λ)。
[0025] 本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)如下：
[0026] (1)、白光光源與光譜儀結(jié)合，可以得到磁光偏轉(zhuǎn)角與橢偏率的光譜曲線。
[0027] (2)、光路簡單實(shí)用，光路中所需的光學(xué)器件都是通用的光學(xué)器件，成本低。
[0028] ( 3 )、該系統(tǒng)操作方便、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0029] 圖1是本實(shí)用新型測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030] 其中：1、白光光源，2、準(zhǔn)直鏡，3、起偏器，4、光闌，5、樣品臺(tái)，6、電磁鐵，7、光闌，8、 檢偏器，9、四分之一波片，10、聚光鏡，11、光纖稱合器，12、光譜儀，13、PC機(jī)。 具體實(shí)時(shí)方式
[0031] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明，但不限于此。 實(shí)施例：
[0032] 本實(shí)用新型實(shí)施例如圖1所示，一種利用光譜儀進(jìn)行光譜式磁光克爾效應(yīng)測試的 裝置，包括白光光源1、準(zhǔn)直鏡2、起偏器3、兩個(gè)光闌4和7、電磁鐵6、樣品臺(tái)5、檢偏器8、四 分之一波片9、聚光鏡10、光纖稱合器11、光譜儀12和PC機(jī)13,其特征在于白光光源1通 過光纖與準(zhǔn)直鏡2相連，經(jīng)準(zhǔn)直鏡2聚焦后輸出白光；準(zhǔn)直鏡2后面沿光路順序排列為起偏 器3、兩個(gè)光闌4和7、檢偏器8、聚光鏡10、光纖稱合器11和光譜儀12 ;測量磁光偏轉(zhuǎn)角時(shí) 無需放置四分之一波片9,而在測量橢偏率時(shí)需將四分之一波片9置于檢偏器8之后聚光 鏡10之前；兩個(gè)光闌4和7之間放置樣品臺(tái)5,樣品臺(tái)5位于電磁鐵6中間；光纖稱合器11 通過光纖與光譜儀12相連；光譜儀12的輸出端連接到PC機(jī)13,以觀察記錄并計(jì)算測量結(jié) 果；通過C語言編寫程序控制光譜儀12,通過設(shè)定積分時(shí)間與積分次數(shù)處理數(shù)據(jù)并將得到 的計(jì)算結(jié)果輸出。
[0033] 所述的光譜儀12是可見光光譜光纖光譜儀，其波長范圍為300nm-900nm，通過光 纖輸入且由光纖耦合器接收送入光譜儀中。
[0034] 所述的白光光源1為輸出波長范圍為300nm-850nm的LED光源。
[0035] 所述的通過計(jì)算測量結(jié)果為使用C語言編程處理，通過設(shè)定積分時(shí)間與采集次 數(shù)，降低光源的噪聲，得到更精確地磁光克爾偏轉(zhuǎn)角。
【權(quán)利要求】
1. 一種利用光譜儀進(jìn)行光譜式磁光克爾效應(yīng)測試的裝置，包括白光光源、準(zhǔn)直鏡、起偏 器、兩個(gè)光闌、電磁鐵、樣品臺(tái)、檢偏器、四分之一波片、聚光鏡、光纖稱合器、光譜儀、PC機(jī)， 其特征在于白光光源通過光纖與準(zhǔn)直鏡相連，經(jīng)準(zhǔn)直鏡聚焦后輸出白光；準(zhǔn)直鏡后面沿光 路順序排列為起偏器、兩個(gè)光闌、檢偏器、聚光鏡、光纖耦合器和光譜儀；測量磁光偏轉(zhuǎn)角 時(shí)無需放置四分之一波片，而在測量橢偏率時(shí)需將四分之一波片置于檢偏器之后聚光鏡之 前；兩個(gè)光闌之間放置樣品臺(tái)，樣品臺(tái)位于電磁鐵中間；光纖耦合器通過光纖與光譜儀相 連；光譜儀的輸出端連接到PC機(jī)，以觀察記錄并計(jì)算測量結(jié)果。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種利用光譜儀進(jìn)行光譜式磁光克爾效應(yīng)測試的裝置，其特征 在于所述的光譜儀是可見光光譜光纖光譜儀，其波長范圍為300nm-900nm。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種利用光譜儀進(jìn)行光譜式磁光克爾效應(yīng)測試的裝置，其特征 在于所述的白光光源為輸出波長范圍為300nm-850nm的LED光源。
【文檔編號(hào)】G01N21/21GK203894154SQ201420149188
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年3月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月28日
【發(fā)明者】連潔, 王曉, 張福軍, 孫兆宗, 趙明琳, 張文賦, 高尚 申請人:山東大學(xué)