Оптимизация анализатора и параметров настройки фазосдвигающей пластины для магнитооптических измерений Текст научной статьи по специальности «Физика»

УДК 535.5, 537.6

DOI 10.1555/2409-3203-2018-0-14-181-184

ОПТИМИЗАЦИЯ АНАЛИЗАТОРА И ПАРАМЕТРОВ НАСТРОЙКИ ФАЗОСДВИГАЮЩЕЙ ПЛАСТИНЫ ДЛЯ МАГНИТООПТИЧЕСКИХ

ИЗМЕРЕНИЙ

Косырев Николай Николаевич

к.ф.-м.н., доцент кафедры агроинженерии ФГБОУ ВО Красноярский ГАУ Ачинский филиал Россия, г. Ачинск

Аннотация: В данной работе рассмотрен вопрос оптимизации положения оптических элементов, ответственных за погрешность при измерении меридионального или экваториального эффекта Керра. Приводятся вклады в приборную погрешность магнитооптической установки. Для минимизации данных вкладов предложены рекомендации для значений азимутальных положений анализатора и компенсатора в оптическом тракте.

Ключевые слова: эллипсометрия, поляриметрия, магнитооптический эффект

Керра

OPTIMIZATION OF THE ANALYZER AND PHASE-SHIFTING PLATE PARAMETERS FOR MAGNETO-OPTICAL MEASUREMENTS

Kosyrev Nikolay Nikolaevich

Ph. D, associate professor Department of Agriengineering Achinsk branch of the Krasnoyarsk State Agrarian University

Achinsk, Russia

Annotation: In this paper the optimal position of optical elements responsible for the error in longitudional and transverse Kerr effect measurements is considered. Contributions to the instrument error of the magneto-optical installation are given. To minimize these terms, recommendations for the values of analyzer and compensator angles are proposed.

Keywords: ellipsometry, polarimetry, magneto-optical Kerr effect.

Магнитооптический эффект Керра проявляется при отражении света от намагниченной поверхности, в том числе, и от поверхности тонкой магнитной пленки. Он заключается в повороте плоскости поляризации света, пропорциональном проекции магнитного момента образца на направление распространения света, отраженного от намагниченного материала. Падающий линейно поляризованный свет приобретает керровское вращение и керровскую эллиптичность при отражении [1,2].

В данном сообщении рассматривается разновидность фотометрической схемы для измерения магнитооптических эффектов и приводятся рекомендации по ее настройке.

Луч полупроводникового лазера мощностью 2,5 мВт, стабилизированного по току и температуре, попадает в оптическую систему установки с помощью оптоволоконного кабеля (длина волны 630-640 нм) (5). Далее с помощью коллиматора (1) формируется световое пятно диаметром 10 мм. Светоделительная призма (2) необходима для ввода в оптический тракт белого света от лампы накаливания для работы микроскопа (4)

181

предназначенного для визуализации исследуемой структуры. Оптический диффузор (3) удаляет неоднородности интенсивности белого света и гарантирует ровное освещение на образце. Светоделительная призма (2) работает таким образом, что оба луча - и от лазера и от лампы микроскопа одновременно попадают на образец. Если возникает необходимость микроизображения исследуемой структуры без лазерного луча, можно перекрыть его заслонкой (21). Лазер и белый свет фокусируются на образце с помощью объектива (6). Размер пятна зондирующего излучения на образце определяется характеристиками объектива (6). Образец, который установлен на конце держателя (20), находится между наконечниками электромагнита (7) и может двигаться вертикально, горизонтально и вращаться (Х-, Y-, 0 - направления движения) с помощью манипулятора (8). Свет, отражающийся от поверхности образца, приходит в принимающий объектив (9) и оттуда попадает на разделитель светового потока (10). Разделитель посылает приблизительно половину света, для освещения призмы (11), которая делит свет между фотодатчиком поперечного (экваториального) эффекта Керра (12) с нейтральным фильтром плотности (17) и камерой микроскопа CCD (13). Последний луч должен попадать в центр собирающей линзы, для получения высококачественных изображений поверхности образца на экране компьютера. Фотодатчик регистрирует независимые от поляризации изменения в интенсивности, которые дает поперечный (экваториальный) эффект Керра. В то же время, оставшаяся часть светового потока, пройдя через разделитель (10), попадает в канал продольного (меридионального) эффекта Керра, в котором анализируется изменение состояния поляризации отраженного света при перемагничивании образца. Данный канал может работать в двух режимах: измерение поворота плоскости поляризации и измерение эллипса поляризации, вызванных меридиональным (продольным) эффектом Керра. Для измерения поворота в оптический тракт вводят анализатор (15), после которого интенсивность измеряют фотодетектором (16). Для случая измерения эллиптичности перед анализатором устанавливается четвертьволновая пластинка (14).

Если электромагнит, держатель и объективы демонтированы, луч лазера непосредственно попадает на выравнивающую мишень (22), которая используется для юстировки лазерного луча.

Рисунок 1 - Оптическая схема установки для измерения магнитооптического

эффекта Керра

Рассмотрим теперь алгоритм оптимальной установки азимутальных положений анализатора и компенсатора.

Приборную погрешность магнитооптической установки можно разделить на 4 вклада:

1) Шум полупроводникового лазера, проявляющийся в некоррелированных колебаниях интенсивности из-за недостатков системы стабилизации.

2) Шум фотоприемника: некоррелированный электронный шум в датчике, его усилителе и АЦП (аналого-цифровом преобразователе).

3) Механический шум: физическое движение лазерного луча, которое может или не может быть связано с применяемым магнитным полем.

4) Перекрестная связь: коррелированная электромагнитная помеха между аналоговым и цифровым сигналами в системе сбора данных.

Шум, который является некоррелированным, уменьшается применением большего количества циклов измерений с последующим усреднением; шум, который является коррелированным - не изменяется или может становиться хуже для большего числа циклов усреднения, т.к. его вклад не изменяется, в то время как некоррелированный шум уменьшается.

Уровень интенсивности, измеряемый фотоприемником 16, соответствующий продольному эффекту Керра, должен меняться в зависимости от угла анализатора ф согласно формуле:

VDC = Sin2(p +Vdepol

где ф = 0 является положением гашения. Vdepoi - уровень интенсивности, вызванный деполяризацией в образцелибо в оптическом тракте.

Продольный сигнал Керра должен меняться в зависимости от угла анализатора согласно:

AV ~ втфсоэф

т.е. увеличение угла анализатора увеличивает амплитуду сигнала продольного Керра до максимума на уровне 45 ° от положения гашения. На первый взгляд, может показаться, что оптимальное положение анализатора - это то, которое дает максимальный сигнал т.е. 45 ° от положения гашения. Однако, следует учесть тот факт, что шумы и помехи также увеличивается, но не пропорционально уровню сигнала. Таким образом, эмпирически установлено, что в зависимости от положений оптических элементов, отношение сигнал/шум изменяется. В зависимости от природы шума, алгоритмы установки азимутального положения анализатора отличаются следующим образом:

•Если шум обусловлен датчиком или перекрестной связью, то угол анализатора должен быть увеличен для увеличения амплитуды сигнала, при этом уровень шума остается постоянным.

•Если шум исходит от лазера или это механический шум и деполяризация незначительна, тогда угол анализатора должен быть уменьшен, т.к. в данном режиме шум пропорционален уровню керровского сигнала.

В реальной ситуации имеют место быть вклады от обоих из вышеупомянутых источников шума и, в зависимости от их соотношений, оптимальное положение анализатора находится в диапазоне 2 ° - 5 Оптимальными значениями угла компенсатора являются положения от 12 ° до 17

Список литературы:

1. Bader S.D. Surface magneto-optic Kerr effect // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. - 1991. - V. 100. - P. 440-454.

2. М. Losurdo and К. Hingerl (eds.), Ellipsometry at the Nanoscale // SpringerVerlag Heidelberg, 2013.

❖

УДК 343.9, 535.5

DOI 10.1555/2409-3203-2018-0-14-184-188

ПЕРСПЕКТИВЫ МАГНИТООПТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ДЛЯ ПРОВЕРКИ ПОДЛИННОСТИ НОМЕРНЫХ АГРЕГАТОВ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ

Косырев Николай Николаевич

к.ф.-м.н., доцент кафедры агроинженерии ФГБОУ ВО Красноярский ГАУ Ачинский филиал Россия, г. Ачинск Червяков Михаил Эдуардович к.ю.н., доцент кафедры уголовного права ФГБОУ ВО Красноярский ГАУ Ачинский филиал Россия, г. Ачинск Сибирина Татьяна Фёдоровна к.б.н., доцент кафедры агроинженерии ФГБОУ ВО Красноярский ГАУ Ачинский филиал Россия, г. Ачинск

Аннотация: В данной работе рассмотрен вопрос применимости поляризационных методик в области криминалистики. В частности, метода Мюллер-эллипсометрии, как наиболее информативного из поляризационных оптических методов. Предложены два варианта оптических схем для исследования оптических и магнитооптических неоднородностей, которые могут быть применены при исследовании номерных агрегатов транспортных средств на предмет фальсификации.

Ключевые слова: эллипсометрия, поляриметрия, матрицы Мюллера, магнитооптический эффект Керра.

PERSPECTIVES OF MAGNETO-OPTICS FOR INSPECTION OF VEHICLE UNITS

AUTHENTICITY

Kosyrev Nikolay Nikolaevich

Ph. D, associate professor Department of Agriengineering Achinsk branch of the Krasnoyarsk State Agrarian University

Achinsk, Russia Chervyakov Mikhail Eduardovich Ph. D, associate professor Department of Law Achinsk branch of the Krasnoyarsk State Agrarian University

Achinsk, Russia Sibirina Tatiana Fedorovna Ph. D, associate professor Department of Agriengineering Achinsk branch of the Krasnoyarsk State Agrarian University