AT406308B - Method for position-resolving optical measurements - Google Patents

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Abstract

The invention relates to a device for position-resolving optical measurement, for example the measurement of the spatial distribution of the light-beam intensity, an individual domain wall preferably being generated in a wafer of magneto-optical material by means of magnets mounted in the vicinity and having opposed polarities 8, and a polarized light beam passing through the said wafer. The intensity distribution of the polarized light along a specific direction is determined by means of scanning the position of an individual domain wall by means of a transmitted (or reflected) light beam from a source 11 along this path. The time dependence of the photocurrent is measured with the aid of an analyser 3 and a photoreceiver 5. The angular position of the reflected light from a surface is likewise determined. By means of scanning the domain wall, the position of the reflected light is measured, and this permits high- resolution angle measurement with a time duration in the nanosecond range. <IMAGE>

Description

AT 406 308 BAT 406 308 B

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur ortsauflösenden Lichtmessung, z. B. Messung der räumlichen Verteilung der Lichtstrahlintensität, wobei in einem Plättchen aus magneto-optischem Material durch in der Nähe montierte Magnete mit entgegengesetzten Polaritäten 8 vorzugsweise eine einzelne Domänenwand erzeugt wird und welches von einem polarisierten Lichtstrahl durchsetzt wird.The invention relates to a device for spatially resolving light measurement, for. B. Measurement of the spatial distribution of the light beam intensity, a single domain wall is preferably generated in a plate made of magneto-optical material by magnets mounted in the vicinity with opposite polarities 8 and which is penetrated by a polarized light beam.

Eine magneto-optische Vorrichtung zur Lichtmodulation ist in der Patentschrift US 5477376 A beschrieben. Dabei durchsetzt ein Lichtstrahl einen Kristall und wird an einer Streifen-Domänenstruktur gebrochen. Die Amplitude des Diffraktionsmodus Nullter Ordnung wird durch die Änderung der Domänenstruktur zufolge äußerem Magnetfeld moduliert. Ein wesentlicher Nachteil dieser Anordnung ist die nichtänderbare Richtung des Ausgangs-Lichtstrahls. Eine weitere Vorrichtung für räumliche Lichtmodulation beinhaltet die Anmeldung JP 60-130724A. Diese Methode basiert ebenfalls auf der Lichtbrechung an einer streifenförmigen Domänenstruktur und verwendet die Ordnungen +1 und -1 der Diffraktion. Der Hauptnachteil ist eine sehr schlechte Reproduzierbarkeit der Meßergebnisse.A magneto-optical device for light modulation is described in US Pat. No. 5,477,376. A beam of light passes through a crystal and is broken on a stripe domain structure. The amplitude of the zero order diffraction mode is modulated by the change in the domain structure due to an external magnetic field. A major disadvantage of this arrangement is the unchangeable direction of the output light beam. Another device for spatial light modulation includes application JP 60-130724A. This method is also based on the refraction of light on a stripe-shaped domain structure and uses the orders +1 and -1 of the diffraction. The main disadvantage is a very poor reproducibility of the measurement results.

Bekannte ortsauflösende Meßgeräte sind beispielsweise CCD- Chips. Deren Nachteile bestehen aber in der räumlichen Inhomogenität aufgrund der diskreten Struktur der lichtempfindlichen Teile und in der begrenzten Meßgeschwindigkeit. Eine Erhöhung der Meßgeschwindigkeit und der räumlichen Homogenität ist durch eine Kombination eines hochempfindlichen Photoempfängers mit einem davor montierten magnetooptischen Element mit zellförmiger Domänenstruktur und einem Analysator erzielbar: W. E. ross, D. Psaltis and R. H. Anderson &quot;Two- dimensional magnetooptical light modulation for Signal Processing'1, Optical Engineering v.22, 485 (1983), Figur 1. Die zellförmige Domänenstruktur erreicht man, indem der magneto-optische Werkstoff mit feinen Schnitten in kleine Teilchen zerteilt wird. Jedes Teilchen wird separat in eine der beiden entgegengesetzten Richtungen magnetisiert und repräsentiert eine einzelne Domäne, in der alle magnetischen Momente in die gleiche Richtung weisen. Eine Änderung der Magnetisierungsrichtung wird mittels Stromimpulse von einem die Domäne umschließenden Elektrodenpaar hervorgerufen. Die Ummagnetisierungsrate ist durch die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Wandverschiebung (und damit Vergrößerung der Domänen mit einer neuen Magnetisierungsrichtung) über das Teilchen begrenzt. In der hier beschriebenen Anordnung beträgt die Ummagnetisierungsrate etwa 1ps. Der Analysator 4 wird in jene Richtung gedreht, in der der durch die Domäne mit einer bestimmten Magnetisierungsrichtung durchgegangene linear polarisierte Lichtstrahl ausgelöscht wird. Es wird also nur jenes Licht durchgelassen, das die in die Gegenrichtung magnetisierte Domäne durchsetzt hat. Durch Stromimpulse mittels Elektroden wird in einem Plättchen eine bestimmte Domänenstruktur hergestellt 2. Das heißt, bestimmte Bereiche des Plättchens (sowie der Analysator) lassen das Licht durch, während andere es nicht durchlassen. Mit Hilfe eines Photoempfängers wird die der jeweiligen Domänenstruktur proportionale Lichtintensität gemessen, und damit eine ortsauflösende Lichtmessung ermöglicht.Known spatially resolving measuring devices are, for example, CCD chips. However, their disadvantages are the spatial inhomogeneity due to the discrete structure of the photosensitive parts and the limited measuring speed. An increase in measuring speed and spatial homogeneity can be achieved by combining a highly sensitive photo receiver with a magneto-optical element with a cellular domain structure mounted in front of it and an analyzer: WE ross, D. Psaltis and RH Anderson &quot; Two-dimensional magnetooptical light modulation for signal processing ' 1, Optical Engineering v.22, 485 (1983), Figure 1. The cellular domain structure is achieved by dividing the magneto-optical material into small particles with fine cuts. Each particle is magnetized separately in one of the two opposite directions and represents a single domain in which all magnetic moments point in the same direction. A change in the direction of magnetization is caused by current pulses from a pair of electrodes surrounding the domain. The rate of reversal of magnetization is limited by the speed of propagation of the wall displacement (and thus enlargement of the domains with a new direction of magnetization) over the particle. In the arrangement described here, the remagnetization rate is approximately 1ps. The analyzer 4 is rotated in the direction in which the linearly polarized light beam which has passed through the domain with a specific magnetization direction is extinguished. So only the light that has passed through the domain magnetized in the opposite direction is let through. A certain domain structure is produced in a wafer by means of current pulses by means of electrodes. That is, certain regions of the wafer (and the analyzer) let the light through, while others do not. The light intensity, which is proportional to the respective domain structure, is measured with the aid of a photo receiver, and thus enables a spatially resolving light measurement.

Diese Methode der ortsauflösenden Lichtmessung weist eine höhere Homogenität der empfindlichen Elemente auf als CCD- Chips. Dennoch verbleibt ein Problem bezüglich der Lichtundurchlässigkeit (zumindest durch die Streuung, schwach transparent) an den Teilchengrenzen in den geschnittenen Schlitzen sowie an den Elektroden.This method of spatially resolving light measurement has a higher homogeneity of the sensitive elements than CCD chips. However, there remains a problem with the opacity (at least due to the scatter, weakly transparent) at the particle boundaries in the cut slits as well as at the electrodes.

Im Gegensatz zu den bei der Diskussion des Standes der Technik erörterten Nachteilen bietet die im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 beschriebene Vorrichtung die Möglichkeit einer Messung mit hoher Homogenität, hoher Ortsauflösung und hoher Meßgeschwindigkeit. Aufgrund der extrem hohen Grenze der Verschiebungsgeschwindigkeit der Domänenwände kann beispielsweise in Orthoferritkristallen eine Meßzeit von weniger als 0.1 ps erreicht werden.In contrast to the disadvantages discussed in the discussion of the prior art, the device described in the characterizing part of claim 1 offers the possibility of measurement with high homogeneity, high spatial resolution and high measuring speed. Due to the extremely high limit of the displacement speed of the domain walls, a measurement time of less than 0.1 ps can be achieved in orthoferrite crystals, for example.

Weiters kann diese Erfindung für Winkelmessungen gemäß dem Anspruch 2 angewandt werden und für die Erfassung der Aufnehmerauslenkung von atomaren oder magnetischen Kraftmikroskopen, für Oberflächenprofilierung von optischen Elementen, Vibrationsmessungen, Echtzeitmessungen geometrischer Abweichungen von Bearbeitungstischen, Laserpointing Toleranzkontrolle und Laser-Spiegel Servosteuerung verwendet werden.Furthermore, this invention can be used for angle measurements according to claim 2 and can be used for the detection of the transducer deflection of atomic or magnetic force microscopes, for surface profiling of optical elements, vibration measurements, real-time measurements of geometric deviations from machining tables, laser pointing tolerance control and laser mirror servo control.

Konventionelle hochpräzise Winkelmessungen werden mittels Interferometer ausgeführt. Diese Geräte sind gewöhnlich groß, was ihren Anwendungsbereich einschränkt, besonders für Echtzeitmessungen. Geräte für hochpräzise Winkelmessungen wurden in der Arbeit von (F.J. Schuda, &quot;High precision, wide- ränge, dual axis, angle monitoring System.&quot; Rev.Sci.Instrum., 54, 1648-1652 (1983)], beschrieben. 2Conventional high-precision angle measurements are carried out using an interferometer. These devices are usually large, which limits their scope, especially for real-time measurements. Devices for high-precision angle measurements have been described in the work of (FJ Schuda, "High precision, wide-range, dual axis, angle monitoring system." Rev.Sci.Instrum., 54, 1648-1652 (1983)]. 2nd

AT 406 308 BAT 406 308 B

In der beschriebenen Veröffentlichung wurde eine Photodiode mit Lateraleffekt als ortsauflösender Photoempfänger verwendet. Die Nachteile dieses Photoempfängers sind die Inhomogenitäten und Nichtlinearitäten seiner Reaktionen. Zur Lösung dieser Probleme wird in der Arbeit von [L. Zeng, H. Matsumoto and K. Kawachi: &quot;Scanning beam collimator method for measuring dynamic angle variations using an acousto-optic deflector&quot;, Opt. Eng. 35, 1662-1667 (1996)] eine Abtaststrahl-Kollimatormethode, kombiniert mit einer Technik zur Ermittlung der Mittenposition, entwickelt. Das Laserlicht wird durch eine akusto-optische Ablenkeinheit (AOD) abgelenkt und eine Beugung erster Ordnung wird von einem Spiegel reflektiert. Der reflektierte Lichtstrahl durchläuft wieder die AOD und ein Teil des Strahls, der durch einen Strahlteiler reflektiert und durch einen Strahlausweiter ausgeweitet wird, ist das Eingangssignal für einen ortsauflösenden Photoempfänger.In the publication described, a photodiode with a lateral effect was used as the spatially resolving photoreceiver. The disadvantages of this photoreceiver are the inhomogeneities and non-linearities of its reactions. To solve these problems the work of [L. Zeng, H. Matsumoto and K. Kawachi: &quot; Scanning beam collimator method for measuring dynamic angle variations using an acousto-optic deflector &quot;, Opt. Eng. 35, 1662-1667 (1996)] developed a scanning beam collimator method combined with a technique for determining the center position. The laser light is deflected by an acousto-optical deflection unit (AOD) and first-order diffraction is reflected by a mirror. The reflected light beam passes through the AOD again and part of the beam, which is reflected by a beam splitter and expanded by a beam expander, is the input signal for a spatially resolving photo receiver.

Die AOD wird als Brechungsabtastung verwendet. Der Winkel der Brechung erster Ordnung Θ ist gegeben durch: sin 0 = λ/d, oder für kleine Winkelbeugungen: θ=λ/ά, wobei λ die Wellenlänge des Lichtes ist, und d die Wellenlänge des akustischen Feldes im Medium. d = v/v, wobei v die Geschwindigkeit und v-die Frequenz der Schallwelle ist. Die Frequenz vwird durch einen spannungsgeregelten Oszillator (VCO) zugeführt, gemäß v = n + kV. n ist ein konstanter Frequenzoffset, V ist die über einen Funktionsgenerator angelegte Eingangsspannung am VCO. Der Transformationsparameter k ist durch Anlegen einer bekannten Spannung V und Messung der Frequenz n mittels Frequenzzähler bestimmt. Mithilfe der Gleichungen (1) - (4) kann die Winkelabweichung Δθ -λ /v Δν- λ /ό kAJ.The AOD is used as a refractive scan. The angle of the first-order refraction gegeben is given by: sin 0 = λ / d, or for small angular diffractions: θ = λ / ά, where λ is the wavelength of the light, and d is the wavelength of the acoustic field in the medium. d = v / v, where v is the speed and v-the frequency of the sound wave. The frequency v is supplied by a voltage controlled oscillator (VCO) according to v = n + kV. n is a constant frequency offset, V is the input voltage applied to the VCO via a function generator. The transformation parameter k is determined by applying a known voltage V and measuring the frequency n using a frequency counter. With the help of equations (1) - (4), the angular deviation Δθ -λ / v Δν- λ / ό kAJ.

Mittels der Beugungsabtastung ist es möglich, die Probleme der Nichtlinearitäten des ortsauflösenden Photoempfängers zu beseitigen. Das heißt der Strahl wird abgetastet und die Spannung V sowie die Ausgangsspannung des Photoempfängers werden gemessen. Ist der Strahl normal zum Spiegel, wird der Ausgang des Photoempfängers Null. Der betreffende Spannungswert V wird im Computer gespeichert. Während der nächsten Spannungsabtastung (repektive Strahlrichtung) wird der andere Spannungswert V bezüglich des Nullwertes desDiffraction scanning makes it possible to eliminate the problems of the non-linearities of the spatially resolving photoreceiver. That is, the beam is scanned and the voltage V and the output voltage of the photoreceiver are measured. If the beam is normal to the mirror, the output of the photoreceptor becomes zero. The voltage value V in question is stored in the computer. During the next voltage scan (repective beam direction), the other voltage value V with respect to the zero value of the

Photoempfängers ermittelt Unterschiede der Spannungswerte V führen zu einer Änderung von ΔΘ gemäß Gleichung (5) im Zeitintervall zwischen den Abtastvorgängen.The photodetector determines differences in the voltage values V lead to a change in ΔΘ according to equation (5) in the time interval between the scanning processes.

Die Nachteile dieser Methode sind Fehler, die durch Rauschen und Temperaturabhängigkeiten des VCO- Signal entstehen. Die Methode erfordert strenge Anforderungen an die Oberfläche des gemessenen Spiegels, da während der Abtastung die gemessenen Reflexionen von verschiedenen Stellen des Spiegels kommen. Die Abtastfrequenz des Meßsystems beträgt üblicherweise 1 kHz.The disadvantages of this method are errors caused by noise and temperature dependencies of the VCO signal. The method requires stringent requirements on the surface of the measured mirror, since the measured reflections come from different locations of the mirror during the scanning. The sampling frequency of the measuring system is usually 1 kHz.

Eine Erhöhung der Winkelmeßgenauigkeit, die Minimierung des Inhomognitätseinflusses der reflektierenden Oberfläche und die Erhöhung der Abtastfrequenz können durch die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Winkelmessung erreicht werden.An increase in the angle measurement accuracy, the minimization of the inhomognity influence of the reflecting surface and the increase in the scanning frequency can be achieved by the device for angle measurement according to the invention.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:The invention is explained in more detail with reference to the drawings. Show:

Figur 1: Messung der räumlichen Lichtverteilung mit Hilfe eines magneto-optischen Kristalls mit zellförmiger Domänenstruktur.Figure 1: Measurement of the spatial light distribution using a magneto-optical crystal with a cellular domain structure.

Figur 2: Messung der räumlichen Lichtverteilung mit Hilfe eines magneto-optischen Kristalls mit einzelner Domänenwand.Figure 2: Measurement of the spatial light distribution using a magneto-optical crystal with a single domain wall.

Figur 3: Prinzipanordnung der Winkeldifferenzmessung mit Hilfe von DomänenwandbewegungenFigure 3: Principle arrangement of the angular difference measurement using domain wall movements

Figur 4: Zweidomänenstruktur in einem Yttrium OrthoferritplättchenFigure 4: Two-domain structure in an yttrium orthoferrite plate

Fig. 1 zeigt eine Anordnung mit einem Polarisator 1, einem Plättchen 2 aus magneto-optischen Werkstoff mit einzelner Domänenstruktur Analysator 3, Linsen 4 und einem Photoempfänger 5. Fig. 2 zeigt den zu messenden Lichtstrahl, der den Polarisator 1, den magneto-optischen Kristall 6, z. B. ein normal zu den optischen Achsen geschnittenes Orthoferritplättchen, den Analysator 3 und 3Fig. 1 shows an arrangement with a polarizer 1, a plate 2 made of magneto-optical material with a single domain structure analyzer 3, lenses 4 and a photo receiver 5. Fig. 2 shows the light beam to be measured, the polarizer 1, the magneto-optical Crystal 6, e.g. B. an orthoferrite plate cut normal to the optical axes, the analyzers 3 and 3

AT 406 308 B eine Linse 4 durchdringt und auf einen Photoempfänger fokussiert wird. Kleine Magnete 8 erzeugen ein magnetisches Gradientenfeld, das eine Zweidomänenstruktur mit einer einzelnen Domänenwand formt. Stromimpulse in der Spule 7 erzeugen ein veränderliches Magnetfeld, das ein Oszillieren der Domänenwand mit einer bestimmten Frequenz bewirkt. Daraus folgt im Gebiet der Wandbewegung, dass die Domänen entgegengesetzter Magnetisierungsrichtung unterschiedliche Bereiche abdecken. Insbesondere ändert sich auch örtlich das Vorzeichen der Faraday-Rotation im Orthoferrit- Plättchen. Wenn der Analysator 3 so gedreht wird, dass ein Lichtstrahl, der durch eine Domäne mit einer bestimmten Magnetisierungsrichtung durchgeht, gelöscht wird, dann lässt er das Licht einer entgegengesetzt magnetisierten Domäne durch.AT 406 308 B penetrates a lens 4 and is focused on a photo receiver. Small magnets 8 create a magnetic gradient field that forms a two-domain structure with a single domain wall. Current pulses in the coil 7 generate a variable magnetic field, which causes the domain wall to oscillate at a specific frequency. In the area of wall movement it follows that the domains of opposite magnetization directions cover different areas. In particular, the sign of the Faraday rotation in the orthoferrite plate also changes locally. If the analyzer 3 is rotated so that a light beam which passes through a domain with a specific magnetization direction is extinguished, then it transmits the light of an oppositely magnetized domain.

Nach einer Halbperiode besetzt die „lichtundurchlässige Domäne&quot; jenes Gebiet der Probe, wo der zu messende Lichtstrahl auftrifft. Daraufhin erreicht kein Licht den Photoempfänger. Wenn während ihres Bewegungsvorganges die Domänenwand den Lichtstrahl erreicht, erhellt das Licht den Photoempfänger. Gemessen wird die Abhängigkeit des Photostromes von der Zeit, oder präziser von der Phase des Stromes in der Spule 7. Diese Abhängigkeit wird verglichen mit einer vorher gemessenen Abhängigkeit χ(ί) der Domänenwandposition von der Zeit (bzw. von der Stromphase). Aus diesem Vergleich wird die Verteilung der Lichtintensität in Richtung der Domänenwandbewegung in folgendre Weise abgeleitet: In der Vorrichtung zur Messung des Photostromes 10 wird ein zur Zeit t gemessenes Signal von einem zur Zeit t + At gemessenen Signal subtrahiert. Diese Differenz der Photoströme, respektive der Intensitäten, entspricht der Lichtintensität auf dem Streifen des magneto-optischen Kristalls mit der Breite Δχ(ί) = χ(ί + At) -χ(ί). Durch die Messung von Δχ(ί) kann die Verteilung der Lichtintensität in Richtung der Domänenwandbewegung bestimmt werden. Die Auflösung Δχ der Messungen hängt von der Geschwindigkeit der Domänenwand ab.After a half-period, the "opaque domain" the area of the sample where the light beam to be measured hits. As a result, no light reaches the photo receiver. If the domain wall reaches the light beam during its movement process, the light illuminates the photoreceptor. The dependence of the photocurrent on the time, or more precisely on the phase of the current in the coil 7, is measured. This dependence is compared with a previously measured dependence χ (ί) of the domain wall position on the time (or on the current phase). The distribution of the light intensity in the direction of the domain wall movement is derived from this comparison in the following manner: In the device for measuring the photocurrent 10, a signal measured at time t is subtracted from a signal measured at time t + At. This difference of the photocurrents, respectively the intensities, corresponds to the light intensity on the stripe of the magneto-optical crystal with the width Δχ (ί) = χ (ί + At) -χ (ί). The distribution of the light intensity in the direction of the movement of the domain wall can be determined by measuring Δχ (ί). The resolution Δχ of the measurements depends on the speed of the domain wall.

Gemäß Fig. 3 fällt ein Laserstrahl 11 auf das Messobjekt 12. Nach einer Reflexion an der Oberfläche des Objektes wird der Strahl mit Hilfe der Linsen 13 in einem Punkt am magnetooptischen Kristallplättchen 6, z. B. einem Yttrium Orthoferrit, fokussiert. Der Abstand zwischen dem Anfangspunkt 0 und dem Orthoferrit- Plättchen ist bekannt. Durch Messung der Lichtstrahlposition an der Oberfläche des Plättchens kann der Winkel v ermittelt werden. Diese Positionsmessung wird mit Hilfe der Domänenwandbewegungen ermöglicht. Kleine Magnete 8 erzeugen ein magnetisches Gradientenfeld, das eine Zweidomänenstruktur mit einer einzelnen Domänenstruktur erzeugt. Stromimpulse in der Spule 7 generieren ein zeitlich veränderliches Magnetfeld, unter dessen Einwirkung die Domänenwand mit einer bestimmten Frequenz oszilliert. Dadurch ist das Gebiet der Domänenwandbewegung von Domänen mit entgegengesetzter Magnetisierungsrichtung sequentiell besetzt Insbesondere wechselt auch das Vorzeichen der Faraday-Rotation im Orthoferrit- Plättchen. Wird der Analysator 3 in jene Richtung gedreht, in der der Lichtstrahl, der durch eine Domäne einer Orientierung durchgeht, ausgelöscht wird, dann läßt er jenes Licht durch, das durch die entgegengesetzt orientierte Domäne durchgeht. Fig. 4 zeigt schematisch eine Zweidomänenstruktur, die durch einen breiten Lichtstrahl erhellt und mit Hilfe eines in diese Richtung gedrehten Analysators visualisiert wird. Nach dem Durchgang durch den Analysator wird der Lichtstrahl mit Hilfe der Linsen 4 am Photoempfänger fokussiert.According to FIG. 3, a laser beam 11 falls on the measurement object 12. After reflection on the surface of the object, the beam is focused at a point on the magneto-optical crystal plate 6, for example by means of the lenses 13. B. an yttrium orthoferrite. The distance between the starting point 0 and the orthoferrite plate is known. The angle v can be determined by measuring the position of the light beam on the surface of the plate. This position measurement is made possible with the help of the domain wall movements. Small magnets 8 generate a magnetic gradient field that creates a two-domain structure with a single domain structure. Current pulses in the coil 7 generate a time-varying magnetic field, under the influence of which the domain wall oscillates at a certain frequency. As a result, the area of the domain wall movement is occupied sequentially by domains with the opposite direction of magnetization. In particular, the sign of the Faraday rotation in the orthoferrite plate also changes. If the analyzer 3 is rotated in the direction in which the light beam which passes through a domain of an orientation is extinguished, then it transmits that light which passes through the opposite-oriented domain. 4 schematically shows a two-domain structure which is illuminated by a broad light beam and is visualized with the aid of an analyzer rotated in this direction. After passing through the analyzer, the light beam is focused on the photo receiver with the help of the lenses 4.

Die Positionsmessung des Lichtstrahls auf der Oberfläche des Plättchens wird folgendermaßen durchgeführt. Wenn die lichtundurchlässigen Domänen jenes Gebiet des Plättchens besetzen, auf das der reflektierte Lichtstrahl auftrifft, erreicht das Licht den Photoempfänger nicht. Während ihres Bewegungsvorganges kreuzt die Domäne den reflektierten Lichtstrahl, die &quot;dunkle&quot; Domäne wechselt in eine &quot;transparente” und der Lichtstrahl erreicht den Photoempfänger. Dieser Zeitpunkt wird von einem Oszilloskop 10 in Form eines Photostromimpulses registriert. Da die zeitabhängige Domänenposition vorbestimmt ist, entspricht der Moment des Photostromimpulses der Position (und damit dem Einfallswinkel) des reflektierten Lichtstrahls.The position measurement of the light beam on the surface of the plate is carried out as follows. If the opaque domains occupy that area of the wafer that the reflected light beam strikes, the light will not reach the photoreceptor. During its movement process, the domain crosses the reflected light beam, the &quot; dark &quot; Domain changes to a "transparent" and the light beam reaches the photo receiver. This point in time is registered by an oscilloscope 10 in the form of a photocurrent pulse. Since the time-dependent domain position is predetermined, the moment of the photocurrent pulse corresponds to the position (and thus the angle of incidence) of the reflected light beam.

Eine größere Amplitude des Photostromimpulses entsteht dann, wenn der Winkel zwischen der Hauptebene des Analysators und die Polarisation des reflektierten Lichtes 45° ist. In diesem Fall ergibt sich das Maximum des Modulationsgrades zu. M= (/+ - l.)ll0A larger amplitude of the photocurrent pulse arises when the angle between the main plane of the analyzer and the polarization of the reflected light is 45 °. In this case the maximum of the degree of modulation results. M = (/ + - l.) Ll0

Dabei sind /+ und I. die Intensitäten des Lichtes, das durch die entgegengesetzt magnetisierten Domänen und den Analysator durchgegangen ist und l0 ist die Intensität des Anfangslichtes. Bei einer Wellenlänge von λ= 0.63pm und einem Orthoferrit- Plättchen mit optimaler Dicke liegt der Modulationsgrad bei etwa 15%. 4Here, / + and I. are the intensities of the light that has passed through the oppositely magnetized domains and the analyzer, and l0 is the intensity of the initial light. At a wavelength of λ = 0.63pm and an orthoferrite plate with an optimal thickness, the degree of modulation is around 15%. 4th

Claims (2)

AT 406 308 B Bei einer Wellenlänge von λ= 1.5pm erreicht der Modulationsgrad bis zu 99%. Das heißt, der Intensitätsunterschied des Lichtstrahls, hervorgerufen durch eine Änderung der Magnetisierungsrichtung, ist praktisch gleich der Intensität des auf das Orthoferrit- Plättchen auftreffenden Lichtes. Das sichert einen hohen Störabstand und hohe Meßauflösung. Ändert man den Abstand zwischen dem Meßobjekt und dem magneto-optischen Plättchen, dann variiert die Größenordnung und die Auflösung der Messungen. Die Meßzeit soll weniger als 0.1 ps betragen. Für die Vielfalt von Auswertemethoden sei folgendes Beispiel genannt: Der Strom in 7 ist so eingestellt, daß der Detektor 5 einen bestimmten Signalwert, z. B. 50% des Ausgangsignals, erreicht. Die Stromamplitude entspricht der Lichtstrahlposition (und dem Einfallswinkel). Mit den oben genannten Verfahren sind auch Distanzmessungen (mit bekanntem Winkel) möglich, indem die Lichtstrahlposition mit dem (unbekannten) Abstand zur Oberfläche variiert. Patentansprüche: 1. Vorrichtung zur ortsauflösenden Lichtmessung, z.B. Messung der räumlichen Verteilung der Lichtstrahlintensität, wobei in einem Plättchen aus magneto-optischem Material durch in der Nähe montierte Magnete mit entgegengesetzten Polaritäten vorzugsweise eine einzelne Domänenwand erzeugt wird und welches von einem polarisierten Lichtstrahl durchsetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Plättchen einem durch eine Spule (7) erzeugten zeitlich veränderlichen Magnetfeld ausgesetzt ist, wodurch vorzugsweise eine einzelne Domänenwand quer zum gemessenen Lichtstahl in Bewegung versetzt wird und in einem Analysator (3) die durch die Domäne mit einer bestimmten Polarisationsrichtung durchgelassenen Lichtstrahlen ausgelöscht werden, und die zeitliche Änderung der im Detektor (5) registrierten Intensität mit der durch die Spule (7) erzeugten Magnetfeldstärke korrelliert wird.AT 406 308 B At a wavelength of λ = 1.5pm the degree of modulation reaches up to 99%. This means that the difference in intensity of the light beam, caused by a change in the direction of magnetization, is practically equal to the intensity of the light striking the orthoferrite plate. This ensures a high signal-to-noise ratio and high measurement resolution. If you change the distance between the object to be measured and the magneto-optical plate, the order of magnitude and the resolution of the measurements vary. The measurement time should be less than 0.1 ps. The following example is given for the variety of evaluation methods: The current in FIG. 7 is set such that the detector 5 has a specific signal value, e.g. B. 50% of the output signal. The current amplitude corresponds to the position of the light beam (and the angle of incidence). With the above-mentioned methods, distance measurements (with a known angle) are also possible, in that the position of the light beam varies with the (unknown) distance to the surface. Claims: 1. Device for spatially resolving light measurement, e.g. Measurement of the spatial distribution of the light beam intensity, whereby a single domain wall is preferably generated in a plate made of magneto-optical material by magnets mounted in the vicinity with opposite polarities and which is penetrated by a polarized light beam, characterized in that the plate is one by a coil (7) generated time-varying magnetic field is exposed, whereby preferably a single domain wall is set in motion transversely to the measured light steel and in an analyzer (3) the light beams transmitted through the domain with a certain polarization direction are extinguished, and the temporal change in the detector (5) registered intensity is correlated with the magnetic field strength generated by the coil (7). 2. Vorrichtung zur ortsauflösenden Lichtmessung, insbesondere Winkeldifferenzmessung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Meßobjekt mit reflektierender Oberfläche mittels eines Lichtstrahles beleuchtet wird und der Ausgang des Photodetektors (5) mit einer Vorrichtung zur Messung des Zeitpunktes des Photostromimpulses (10) verbunden ist, wobei die Richtung des reflektierten Lichtes durch die Bestimmung der Zeitpunkte der Änderungen der Amplitude des Photostromes unter Berücksichtigung der Phasenlage des das Magnetfeld erzeugenden elektrischen Stromes sowie durch das Auffinden der Position des reflektierten Lichtstrahles mittels der Lage der Domänenwand ermittelt wird. Hiezu 4 Blatt Zeichnungen 52. Device for spatially resolving light measurement, in particular angular difference measurement according to claim 1, characterized in that a measurement object with a reflecting surface is illuminated by means of a light beam and the output of the photodetector (5) is connected to a device for measuring the time of the photocurrent pulse (10), the direction of the reflected light is determined by determining the times of the changes in the amplitude of the photocurrent, taking into account the phase position of the electric current generating the magnetic field, and by locating the position of the reflected light beam by means of the position of the domain wall. Including 4 sheets of drawings 5
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60130724A (en) * 1983-12-19 1985-07-12 Tokyo Noukou Daigaku Magnetic body applied optical element
US5477376A (en) * 1991-06-04 1995-12-19 Tdk Corporation Optical attenuators and optical modulators employing magneto-optic element

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60130724A (en) * 1983-12-19 1985-07-12 Tokyo Noukou Daigaku Magnetic body applied optical element
US5477376A (en) * 1991-06-04 1995-12-19 Tdk Corporation Optical attenuators and optical modulators employing magneto-optic element

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