DE69728464T2

DE69728464T2 - Vorrichtung zum Messen des magneto-optischen Effektes

Info

Publication number: DE69728464T2
Application number: DE69728464T
Authority: DE
Inventors: Takao Nagoya-shi Suzuki; William Tempaku-ku van Drent
Original assignee: Toyota School Foundation; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota School Foundation; Toyota Motor Corp
Priority date: 1996-04-18
Filing date: 1997-04-17
Publication date: 2005-04-07
Anticipated expiration: 2017-04-18
Also published as: US5822063A; KR970070995A; EP0802407A2; JPH09280953A; DE69728464D1; JP3311927B2; EP0802407B1; EP0802407A3; ATE263964T1; KR100215516B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gerät zum Messen von magneto-optischer Effekte gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Ein allgemeines Gerät zum Messen magneto-optischer Effekte wird in dem Fachmagazin Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 32 (1993) S. 989–995 offenbart. Bei diesem Gerät wird Licht einer Lichtquelle in ein Spektroskop eingeführt, von welchem Licht mit einer benötigten Wellenlänge abgeführt wird. Das derart abgeführte Licht wird, nachdem es mittels eines ersten Polarisators in linear polarisiertes Licht umgewandelt wurde, auf eine Probe eingestrahlt, an welcher ein magnetisches Feld angelegt ist. Es wird die Intensität des Lichtes, welches durch die Probe hindurchgelaufen ist, erfasst, um den magneto-optischen Faradayschen Effekt zu messen. Die Intensität des Lichtes, welches an der Probe reflektiert, wird erfasst, um den magneto-optischen Kerr-Effekt zu messen. In beiden Fällen wird die Intensität des von der Probe durchgelassenen oder reflektierten Lichtes erfasst, nachdem das Licht durch einen zweiten Polarisator hindurchgelaufen ist. Dieses Messkonzept ist den Verfahren des Nicolschen Prismas, der Faradayschen Zelle, der Dreh-Analysator-Verfahren und der Modulationsverfahren mit zirkular polarisierten Licht zum Messen von magneto-optischen Effekten gemeinsam.
In ultradichten Speichertechniken, die magneto-optische Effekte verwenden, wird die Wellenlänge des zum Schreiben und zum Lesen zu verwendenden Lichtes immer weiter verkürzt, um die Speicherdichte des Speichers zu erhöhen. Es ist nun erwünscht, eine Technik zum Messen von magneto-optischen Effekten mit Licht bei einer ultrakurzen Wellenlänge zu verwenden.
Die in dem oben erwähnten Fachmagazin offenbarte Vorrichtung wurde derart verbessert, um in der Lage zu sein, die magneto-optischen Effekte mit Licht bei einer Wellenlänge herab bis etwa 210 nm zu messen. Jedoch ist diese Vorrichtung nicht für eine Messung mit Licht bei einer Wellenlänge kürzer als 200 nm geeignet, da als Lichtquelle eine Xenon-Lampe verwendet wird. Die Lichtintensität der Xenon-Lampe ist in einem Wellenlängenbereich unterhalb von 200 nm schwach. Solange eine Xenon-Lampe als Lichtquelle verwendet wird, ist eine Messung mit Licht bei einer Wellenlänge kürzer als 200 nm nicht brauchbar bzw. zweckmäßig. Um die Messung bei einer Wellenlänge kürzer als 200 nm praktisch umsetzbar zu machen, könnte man daran denken, eine Deuterium-Lampe als Lichtquelle heranzuziehen. Jedoch wurde bis jetzt noch kein Gerät mit einer Deuterium-Lampe als Lichtquelle realisiert.
Während sich die Wellenlänge des mittels der Deuterium-Lampe emittierten Lichtes unter 200 nm erstreckt, ist die Lichtintensität bei Wellenlängen unterhalb von 200 nm so schwach, dass es extrem schwierig ist, ein erforderliches Signal-zu-Rausch(S/N)-Verhältnis und verlässliche Messungen zu erzielen. Ein anderes Problem besteht darin, dass Licht mit Wellenlängen, die kürzer als 200 nm sind, sehr schnell durch Luft oder Linsen absorbiert wird, was ebenso die Messung bei der kurzen Wellenlänge schwierig macht. Anders ausgedrückt bedeutet dies, dass die Verwendung der Deuterium-Lampe es nicht automatisch ermöglicht, Messungen bei Wellenlängen durchzuführen, die kürzer als 200 nm sind. Eine Anzahl von Hindernissen muss überwunden werden, um das erforderliche S/N-Verhältnis zu erzielen.
Eine Aufgabe der Erfindung liegt darin, ein Gerät zum Messen von magneto-optischen Effekten mit Licht bei einer Wellenlänge kürzer als 200 nm zu realisieren.
Diese Aufgabe wird durch ein Gerät erzielt, welches die Merkmale des Patentanspruches 1 aufweist. Erfindungsgemäss wird ein Gerät realisiert, bei welchem die Absorption von Licht effektiv verhindert wird, um ein für eine zuverlässige Messung erforderliches S/N-Verhältnis zu realisieren.
Weitere vorteilhafte Weiterentwicklungen werden in den abhängigen Patentansprüchen ausgeführt.
Da das Spektroskop der vorliegenden Erfindung nicht solche optischen Baukomponenten, wie etwa eine Linse und ein Prisma, aufweist, die Licht kurzer Wellenlänge schnell absorbieren, wird das Lichtspektrum bei der Wellenlänge kürzer als 200 nm in dem Spektroskop nicht sehr stark absorbiert. Da darüber hinaus der Lichtweg in dem Gas eingeschlossen ist, welches keinen Sauerstoff enthält, wird Licht kurzer Wellenlänge nicht sehr stark durch Sauerstoff absorbiert. Die Erfinder haben gedacht, dass Licht mit Wellenlängen kürzer als 200 nm nicht gut in einem Medium außer als in Vakuum übertragen wird. Das Licht mit Wellenlängen, die kürzer als 200 nm sind, wird häufig als ultraviolettes Vakuum-Strahlenbündel bezeichnet. Entgegen der Erwartung, haben die Erfinder jedoch herausgefunden, dass Licht mit kurzen Wellenlängen gut ohne nennenswerte Dämpfung in einem Gas übertragen wird, wenn Sauerstoff von dem Gas entfernt ist. Es ist nicht notwendig, den Lichtweg in Vakuum einzuschließen. Statt dessen kann der Behälter zum Einschließen des Lichtweges mit dem Gas gefüllt sein. Dies vereinfacht die Auslegung des Gerätes in außerordentlichem Maße.
Das Gerät der vorliegenden Erfindung ist in bevorzugter Weise mit einer Einrichtung zum Modulieren des auf die Probe einzustrahlenden Lichtes bei einer bestimmten Frequenz und mit einer Einrichtung zum Messen der Intensitäten einer Gleichstromkomponente, einer Modulationsfrequenzkomponente und einer Komponente einer doppelten Frequenz, doppelt so hoch wie die Modulationsfrequenz, die durch den Detektor erfasst werden, versehen. Dieses Gerät ermöglicht gleichzeitige Messungen eines Drehwinkels und einer Elliptizität bzw. einer Abplattung des magneto-optischen Effektes, indem ein Modulationsverfahren mit zirkular polarisiertem Licht verwendet wird.
Es ist erwünscht, dass eine zweite Lampe, welche einen Wellenlängenbereich in einem Gebiet längerer Wellenlängen als der Wellenlängenbereich der Deuterium-Lampe aufweist, mit dem Gerät bereitgestellt wird. In diesem Fall ist eine Einrichtung zum selektiven Eingeben von Licht von einer dieser beiden Lampen in das Spektroskop erforderlich. Mit diesem Gerät alleine ist es möglich, Messungen über einen breiten Wellenlängenbereich von kürzeren zu längeren Wellenlängengebieten durchzuführen.
Ebenso ist es bevorzugt, dass sich das Licht-Kondensorsystem des Gerätes aus Spiegeln zusammensetzt, ohne dass Linsen verwendet werden. In diesem Gerät wird nicht Licht kurzer Wellenlänge in dem Kondensorsystem gedämpft, und das benötigte S/N-Verhältnis kann sichergestellt werden.
Die vorangehende Aufgabe, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden, detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung ersichtlich, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen gelesen werden.
1 ist eine Draufsicht auf eine Anordnung eines Gerätes zum Messen von magneto-optischen Effekten gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2(A) und 2(B) sind jeweils detaillierte Ansichten eines Spektroskops und eines Filterrades;
3 stellt das Prinzip der Messung dar;
4 ist ein Blockdiagramm eines elektrischen Systems in dem Messgerät gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
5 ist ein Blockdiagramm des Bestrahlungssystems;
6 ist ein Blockdiagramm des optischen Weges in dem Messgerät;
7 ist ein Ablaufdiagramm eines Ablaufes zur Auswahl einer Lampe;
8 ist ein Ablaufdiagramm eines Ablaufes zum Auswählen von Beugungsgittern und einer Winkeleinstellung;
9 ist ein Ablaufdiagramm des Ablaufes zur Filterauswahl;
10 ist ein Ablaufdiagramm des Ablaufes zur Auswahl eines Detektors;
11 ist ein Ablaufdiagramm des gesamten Ablaufes für die Messungsvorbereitung;
12 ist ein Ablaufdiagramm eines Ablaufes einer Kalibration;
13 ist ein Diagramm, das Details der Kalibration zeigt;
14 ist ein Ablaufdiagramm des Mess-Ablaufes in praktischem Gebrauch;
15 ist ein Ablaufdiagramm zum Messen eines Drehwinkels des magneto-optischen Effektes;
16 ist ein Ablaufdiagramm des Ablaufes zum Messen der Elliptizität;
17 ist ein Ablaufdiagramm des Ablaufes zum Messen der Hysteresis-Schleife;
18 ist ein Ablaufdiagramm zum Messen der Wellenlängen-Abhängigkeit (1);
19(A) ist ein Ablaufdiagramm des Ablaufes zum Messen der Wellenlängen-Abhängigkeit (2);
19(B) und 19(C) zeigen Kalibrationsprinzipien;
20(A) ist ein Ablaufdiagramm des Ablaufes zum Messen der Wellenlängen-Abhängigkeit (3);
20(B) und 20(C) zeigen Kalibrationsprinzipien.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine Draufsicht einer Gesamtanordnung eines Gerätes zum Messen von magneto-optischen Effekten gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In der Figur bezeichnet die Bezugsziffer 102 eine Deuterium-Lampe, die Licht mit Wellenlängen, die kürzer als 200 nm sind, emittiert. Das emittierte Licht kurzer Wellenlänge wird mittels eines konkaven Reflexionsspiegels 104 reflektiert und kondensiert bzw. konzentriert und durch einen ersten Eingangsschlitz 121 in ein Spektroskop 120 eingegeben. Der konkave Reflexionsspiegel 104 ist aus Quarz hergestellt (statt dessen kann SiC verwendet werden). Eine Quarzoberfläche ist poliert und mit Platin Pt (statt dessen kann auch Gold Au verwendet werden) beschichtet, und sie ist mit Al-MgF₂ vergütet, so dass die Reflexionseffizienz des Spiegels 104 bei der Wellenlänge von 160 nm am höchsten ist. Die Reflexionseffizienz bei der Wellenlänge von 160 nm liegt bei 84 bis 86%. Oberflächen von anderen Reflexionsspiegeln und konkaven Reflektoren, die später beschrieben werden, sind auf die gleiche Art und Weise behandelt, so dass Licht kurzer Wellenlänge bei einem hohen Grad reflektiert wird. Die Deuterium-Lampe 102, der konkave Reflexionsspiegel 104 und der erste Eingangsschlitz 120 sind alle in einem Behälter 106 eingeschlossen, der mit Stickstoff bei Atmosphärendruck gefüllt ist. Der Lichtweg von der Deuterium-Lampe 102 zu dem ersten Eingangsschlitz 120 wird in der sauerstofffreien Atmosphäre sichergestellt, so dass das Licht mit Wellenlängen kürzer als 200 nm von der Deuterium-Lampe ohne nennenswerte Dämpfung das Spektroskop 120 erreicht. Dazu ist vorgesehen, dass eine sehr kleine Menge von Stickstoff in den Behälter 106 strömt, und es besteht kein Bedarf, den Behälter 106 hochgradig luftdicht zu gestalten. Der Behälter 106 muss nicht dekomprimiert werden und kann von einem einfachen Aufbau sein.
Eine Xenon-Lampe 108 ist mit dem Gerät vorgesehen, von welcher Licht mit Wellenlängen, die kürzer als die von der Deuterium-Lampe 102 sind, emittiert wird. Der Wellenlängenbereich der Xenon-Lampe 108 überschneidet teilweise den der Deuterium-Lampe 102. Für die Messung mit Licht bei einer Wellenlänge, die kürzer als 300 nm ist, wird die Deuterium-Lampe 102 ausgewählt. Für die Messung mit Licht bei einer Wellenlänge, die länger als 300 nm ist, wird die Xenon-Lampe 108 verwendet. Da Licht mit Wellenlängen kürzer als 300 nm kaum von Sauerstoff absorbiert wird, ist die Xenon-Lampe 108 in der Atmosphäre angeordnet. Das Licht von der Xenon-Lampe 108 wird mittels einem konkaven Reflexionsspiegels 110 und einem Reflexionsspiegel 112 reflektiert und kondensiert bzw. konzentriert, und es wird durch einen zweiten Schlitz 122 des Spektroskops 120 in das Spektroskop 120 eingegeben.
Das Spektroskop 120 ist mit einem Auswahlspiegel 123 ausgerüstet. Der Auswahlspiegel 123 ist in der Nähe des ersten Eingangsschlitzes 121 und des zweiten Eingangsschlitzes 122 angeordnet. Licht von einem der Eingangsschlitze 121 und 122 wird zu einem konkaven Reflexionsspiegel 126 geführt. Die mittels des Symbols (m) in der Figur gekennzeichneten Komponenten zeigen Komponenten an, die über einen Schrittmotor (m) bewegbar sind. Beispielsweise kann der Auswahlspiegel 123 über einen Schrittmotor 123m bewegt werden. Jeder Schrittmotor wird von einem Computer 192 gesteuert. Der Auswahlspiegel 123 kann manuell mittels eines Griffes 123a (siehe 2) umgeschaltet werden.
Wie in 2 deutlich dargestellt, sind sämtliche Komponenten des Spektroskops 120 innerhalb eines Gehäuses 142 angeordnet, welches mit Stickstoff bei Atmosphärendruck gefüllt ist. Das Licht von entweder dem Eingangsschlitz 121 oder dem zweiten Eingangsschlitz 122 wird an dem Auswahlspiegel 123 und dem konkaven Reflexionsspiegel 126 reflektiert, bevor es zu einem der Beugungsgitter 130, 132 und 134 geführt wird. Die drei Beugungsgitter 130, 132 und 134 sind derart auf einer Drehunterlage 128 befestigt, dass sie in Draufsicht ein Dreieck ausbilden. Die Drehunterlage 128 dreht sich in eine Richtung des in der Figur gezeigten Pfeils, so dass eines der drei Beugungsgitter selektiert bzw. ausgewählt werden kann. 2 zeigt das Beugungsgitter 134 in einer aktiven Position. Die Drehunterlage 128 wird mittels eines Schrittmotors 128m und eines Warm-Getriebes 129 gedreht. Das Beugungsgitter 130, welches die kleinste Gitterkonstante aufweist, wird für die Auswahl von Licht mit Wellenlängen kürzer als 400 nm verwendet. Das Beugungsgitter, welches die größte Gitterkonstante aufweist, ist zur Beugung von Licht mit Wellenlängen, die länger als 800 nm sind, ausgelegt. Das Beugungsgitter, welches eine dazwischen liegende Gitterkonstante aufweist, wird zum Auswählen von Licht mit Wellenlängen zwischen 400 und 800 nm verwendet.
Der Schrittmotor 128m dient dazu, um eines der Beugungsgitter 130, 132 und 134 auszuwählen und um ebenso einen Drehwinkel des ausgewählten Beugungsgitters derart fein einzustellen, um eine Wellenlänge des in Richtung eines konkaven Reflexionsspiegels 136 reflektierten Lichtes zu selektieren. Licht, das mit der zur Messung erforderlichen Wellenlänge separiert bzw. abgetrennt wird, indem der Drehwinkel von einem der Beugungsgitter fein eingestellt wird, wird an dem konkaven Reflexionsspiegel 136 und einem Reflexionsspiegel 138 derart reflektiert, dass es in einen Ausgabeschlitz 140 des Spektroskops 120 eingegeben wird. Auf diese Weise wird das Licht, welches die zur Messung erforderliche Wellenlänge aufweist, von dem Spektroskop 120 herausgenommen bzw. abgegriffen.
Unmittelbar hinter dem Ausgabeschlitz 140 ist ein Filter 144 vorgesehen, um Licht einer höheren Ordnung der Beugung zu entfernen, welches anhand des ausgewählten Beugungsgitters in Richtung des Ausgabeschlitzes 140 reflektiert wird. Wie in 2(B) gezeigt, weist der Filter 144 eine Scheibe auf, welche um eine Achse 144x rotiert und welche sechs Durchgangslöcher aufweist. Fünf der sechs Durchgangslöcher sind mit Filterplatten 144b bis 144f versehen. Jede Filterplatte schneidet bestimmte Wellenlängen heraus. Die durch die Filterplatten 144b bis 144f herausgeschnittenen Wellenlängen sind verschieden voneinander, und eine der Filterplatten wird in Übereinstimmung mit der in der Messung zu verwendenden Wellenlänge ausgewählt. An dem Durchgangsloch 144a ist keine Filterplatte befestigt, durch welches das Licht ungehindert hindurchläuft. Eine Auswahl des Durchgangsloches 144a und der Filterplatten 144b bis 144f wird ausgeführt, indem die Scheibe 144 mittels eines Motors 144m um die Drehachse 144x gedreht wird.
Wie in 1 gezeigt, wird das ausgewählte Licht, welches die für die Messung erforderliche Wellenlänge aufweist, an einer Oberfläche einer Probe 176 mittels eines konkaven Reflexionsspiegels 146 und eines Reflexionsspiegels 148 konzentriert und eingestrahlt. Der konkave Reflexionsspiegel 146 konzentriert das Licht bei der Oberfläche der Probe 176. Der Reflexionsspiegel 148 kann sich um eine horizontale Achse und eine vertikale Achse drehen, und der Winkel hiervon wird derart eingestellt, dass das von der Probe 176 reflektierte Licht zu einem konkaven Reflexionsspiegel 158 geführt wird, welcher später beschrieben wird. Zu diesem Zweck ist der Reflexionsspiegel 148 mit einem horizontalen Motor 148m1 und einem vertikalen Motor 148m2 versehen.
Die Bezugsziffer 150 zeigt in der Figur einen Polarisator an, der, wie es in 3 gezeigt ist, das linear polarisierte Licht, so wie es hindurchläuft, unverändert läßt. Das linear polarisierte Licht läuft durch einen photo-elastischen Modulator 152. Der photo-elastische Modulator 152 weist ein Piezo-Element auf, welches mit einer Frequenz von 50 KHz schwingt, wobei die Schwingungsrichtung um 45 Grad in einer Richtung entgegen des Uhrzeigersinn hinsichtlich des linear polarisierten Lichtes geneigt ist.
Wie in 3 gezeigt, wird verstanden, dass sich das linear polarisierte Licht aus Wellen innerhalb einer im Uhrzeigersinn (in der Figur weiß dargestellt) um 45 Grad geneigten Ebene und einer Welle innerhalb der entgegen des Uhrzeigersinn um 45 Grad geneigten Ebene (in der Figur schwarz dargestellt) zusammensetzt. Der photo-elastische Modulator 152 ändert die Phase der Welle in der Richtung der Schwingung (schwarze dargestellte Welle), und er ändert nicht die Phase der Welle in der Richtung senkrecht hierzu (weiße dargestellte Welle). Hier wird beim Phasenwechsel die Phase bei einer Frequenz äquivalent zur Schwingungsfrequenz (50 KHz) verstärkt oder gedämpft. Das heißt, das Licht wird, wenn es durch den photo-elastischen Modulator 152 hindurchläuft, in zirkular polarisiertes Licht moduliert, wobei in diesem Fall die Modulationsfrequenz 50 KHz beträgt.
Das Licht, welches in zirkular polarisiertes Licht bei einer Frequenz von 50 KHz mittels des ersten Polarisators 150 und mittels des photo-elastischen Modulators 152 umgewandelt ist, wird durch eine Blende 154 auf die Probe 176 eingestrahlt.
Die Probe 176 ist auf einem Probenhalter 174 gesetzt, der mit Lichtfenstern versehen ist, die aus einem Material (Quarzschmelze) ausgebildet sind, welches kein Licht mit kurzen Wellenlängen absorbiert. Der Probenhalter 174 weist einen Kühler auf, um die Probe 176 durch adiabatische Expansion von Flüssigstickstoff zu kühlen, und er weist einen Heizer auf, um die Probe 176 zu heizen. Die Kühler- und Heizer-Einheit ermöglichen es, die Temperatur der Probe 176 innerhalb eines Bereiches zwischen –190°C und +330°C zu ändern. Zusätzlich ist der Probenhalter 174 mit einem Inert-Gas gefüllt, welches die Oxidation der Probe bei der Erwärmung verhindert. Darüber hinaus ist der Probenhalter 174 in einem ausgehöhlten Elektromagneten 172 gesetzt, welcher an die Probe 176 ein magnetisches Feld von bis zu 20 KOe anlegen kann. Die Probe 176 und der Elektromagnet 172 sind beide in einem Behälter 170 untergebracht, der mit Stickstoffgas bei Atmosphärendruck gefüllt ist, und der frei von Sauerstoff ist.
Ein Gerät von solch einer Anordnung ist für Messungen von entweder dem magneto-optischen Faradayschen Effekt oder dem Kerr-Effekt geeignet. Zur Messung des Faradayschen Effektes wird ein Detektor in solch einer Position angeordnet, um das Licht, welches durch die Probe 176 hindurchgelaufen ist (in 1 ist die Anordnung durch den Index a angezeigt), zu erfassen. Der Detektor setzt sich aus einem zweiten Polarisator 156, einem konkaven Reflexionsspiegel 158, einem Photo-Multiplier 162 und einer Germanium-Diode 160 zusammen. Die Vorrichtungen für den Detektor sind in einer Einschließung bzw. einem Gehäuse 178 eingeschlossen. Das Gehäuse 178 ist ebenso mit Stickstoffgas bei Atmosphärendruck gefüllt und frei von Sauerstoff. Der zweite Polarisator 156 kann sich mittels eines Schrittmotors 156m auf gleicher Ebene drehen, und er ist, wie es später beschrieben wird, auf einem Winkel von null Grad eingestellt, nachdem er während des Kalibrierens gedreht worden ist. Der Photo-Multiplier 162 dient zum Erfassen von Licht kurzer Wellenlängen, während die Germanium-Diode 160 verwendet wird, um Licht langer Wellenlängen zu detektieren. Der konkave Reflexionsspiegel 158, der mittels eines Schrittmotors 158m gedreht wird, konzentriert Licht entweder auf dem Photo-Multiplier 162 oder der Germanium-Diode 160.
Um den magneto-optischen Kerr-Effekt zu beobachten, werden die Erfassungsvorrichtungen 156, 158, 160 und 162 derart positioniert, um das reflektierte Licht von der Probe 176 zu messen. In diesem Fall ist das optische System für das einfallende Licht und das reflektierte Licht gesamt in einem Behälter 166 untergebracht. Die Messungen werden unter einer sauerstofffreien Bedingung in dem Behälter 166 ausgeführt. Um sicherzustellen, dass der Behälter 166 frei von Sauerstoff ist, wird Stickstoff kontinuierlich eingeblasen.
Die obig beschriebenen Motoren und der photo-elastische Modulator werden mittels des Computers 192 gesteuert. Die Messdaten werden ebenso von dem Computers 192 verarbeitet. Die Bezugsziffer 182 in 1 deutet einen Verstärker für den Photo-Multiplier 162 an, und die Bezugsziffer 180 zeigt einen Verstärker für die Germanium-Diode 160 an. Die Bezugsziffer 183 in der Figur ist ein Schalter, der in Verbindung mit dem konkaven Reflexionsspiegel 158 umgeschaltet werden kann. Wenn der konkave Reflexionsspiegel 158 das Licht auf der Germanium-Diode 160 konzentriert, wird das Signal des Verstärkers 180 für die Germanium-Diode 160 in den Computer 192 eingegeben. Wenn das Licht auf dem Photo-Multiplier 162 konzentriert ist, wird das Signal des Verstärkers 182 für den Photo-Multiplier 162 in den Computer 192 eingegeben.
Die Bezugsziffer 188 deutet in der Figur ein Gleichstromkomponenten-Voltmeter an, um die Gleichstromkomponente der erfassten Lichtintensitäten zu erfassen, die Bezugsziffer 186 deutet einen ersten Lock-In-Verstärker an, um die Intensität der Komponente der modulierten Frequenz (in diesem Fall 50 KHz) zu erfassen, und die Bezugsziffer 184 deutet einen zweiten Lock-In-Verstärker an, um die Intensität der Komponente der doppelten Frequenz der Modulationsfrequenz (100 KHz) zu erfassen. Die jeweiligen Ausgabewerte der Vorrichtungen 184, 186 und 188 werden in den Computer 192 zur Verarbeitung eingegeben, und die verarbeiteten Ergebnisse werden auf einer Anzeige 194 angezeigt.
Es sei darauf hingewiesen, dass, während der Photo-Multiplier 162 in Betrieb ist, die an dem Photo-Multiplier 162 angelegte Spannung mittels Rückkopplung gesteuert wird, um die Verstärkung des Photo-Multipliers 162 einzustellen, basierend auf einer Gleichstromkomponente, die mittels des Gleichstromkomponenten-Voltmeters 188 erfasst ist, so dass der mittels des Gleichstromkomponenten-Voltmeters 188 erfasste Wert im wesentlichen auf einem konstanten Pegel gehalten wird.
Bei der Messung des magneto-optischen Kerr-Effektes mit diesem Gerät wird der Winkel, der durch das einfallende Licht und durch die Normalen-Linie der Probe ausgebildet wird, nicht größer als 3 Winkelgrade, wie es in 3 gezeigt ist. Der Fall ist der gleiche bei dem reflektierten Licht. Wenn der Winkel kleiner als 3 Winkelgrade ist, dann wird die Genauigkeit bei der Messung des magneto-optischen Kerr-Effekts auf einem hohen Niveau gehalten. Der zweite Polarisator 156 wird, wie es in 3 gezeigt ist, auf einer Basis eines Winkels verwendet, bei welchem das mittels des photo-elastischen Modulators 152 polarisierte Licht durch den zweiten Polarisator 156 hindurchläuft, und bei welchem das mittels des photo-elastischen Modulators 152 unpolarisierte Licht nicht durch den zweiten Polarisator hindurchläuft (ein Winkel von null Grad).
4 zeigt ein Blockdiagramm eines elektrischen Systems, das hauptsächlich aus dem Computer 192 besteht. Der Computer 192 steuert den Auswahlspiegel 123, wählt ein Beugungsgitter von den drei Gittern 130, 132 und 134 aus und stellt den Winkel des ausgewählten Gitters mit einer Spektroskop-Steuerung 401 ein. In ähnlicher Weise wird die Auswahl des Durchgangsloches 144a, den Filterplatten 144b bis 144f mit einer Filtersteuerung 402 ausgeführt. Durch die Steuerung des Horizontalmotors 148m1 und des Senkrechtmotors 148m2 mit einer Steuerung 403 für das Licht-Kondensor-System wird das Licht auf die Probe 176 eingestrahlt. Eine Steuerung 404 für das Detektorsystem dreht die Winkel des zweiten Polarisators (Analysator) 156 und des konkaven Reflexionsspiegels 158. Ein Hall-Sensor ist in der Nähe des Probenhalters 174 angeordnet, und die Größe und Richtung des an die Probe angelegten magnetischen Feldes wird in den Computer 192 eingegeben. Darüber hinaus steuert der Computer 192 die Heizer- und Kühler-Einheit. Die Einheit wird mittels Rückkopplung, basierend auf der durch den Temperatursensor erfassten Temperatur der Probe 176, gesteuert, so dass die Temperatur der Probe auf einem bestimmten Wert, der durch einen Benutzer ausgewählt ist, gehalten wird.
Der Computer 192 betreibt ferner den Schalter 183 mittels einer Schaltersteuerung 407 und gibt das Signal entweder von dem Verstärker 180 oder dem Verstärker 182 in das Direktstromkomponenten-Voltmeter 188, in den ersten Lock-In-Verstärker 184 und in den zweiten Lock-In-Verstärker 186 ein. Die Ausgabe des Direktstromkomponenten-Voltmeters 188 wird in eine Spannungssteuerung eingegeben. Eine Spannung, die an den Photo-Multiplier 162 angelegt ist, wird mittels Rückkopplung, basierend auf dem mittels des Direktstromkomponenten-Voltmeters 188 detektierten Wertes, gesteuert, so dass die mittels des Direktstromkomponenten-Voltmeters 188 detektierte Lichtintensität im wesentlichen auf einem konstanten Pegel gehalten wird. Der Computer 192 reguliert über die Magnetfeld-Steuerung 409 den elektrischen Strom, der dem Elektromagneten 172 zugeführt werden muss, und steuert durch eine Modulationssteuerung 408 den photo-elastischen Modulator 152.
5 ist ein Blockdiagramm des Lichtbestrahlungssystems. Der Pfeil zeigt die Richtung des Lichtes an, die unterbrochene Linie zeigt die Beziehung zwischen den Motoren und den optischen Komponenten an, die dadurch angetrieben werden, die dünne durchgezogene Linie zeigt den Fluss der elektrischen Signale an, und die dicke durchgezogene Linie zeigt den Steuerbus des Computers an.
6 zeigt ein Blockdiagramm des Lichtweges von der Lichtquelle 102 oder 108 zu dem Detektor 160 oder 162.
In der 7 und den nachfolgenden Figuren werden die Mess-Abläufe gezeigt. 7 zeigt den Ablauf zum Auswählen einer Lampe gemäß der Wellenlänge, die für die Messung verwendet werden muss. Die Auswahl wird auf der Basis, ob oder ob nicht die Wellenlänge länger als 300 nm ist, durchgeführt. Im einzelnen betätigt der Motor 123m den Auswahlspiegel 123, um die Lichtquelle, von welcher Licht in das Spektroskop 120 geführt wird, auszuwählen. Die Deuterium-Lampe 102 wird für Licht mit einer Wellenlänge, die kürzer als 300 nm ist, ausgewählt (S74 und S75), und die Xenon-Lampe 108 wird für eine Wellenlänge, die länger als 300 nm ist, ausgewählt (S72 und S73).
8 ist ein Ablaufdiagramm des Ablaufes zum Auswählen eines Beugungsgitters von den Beugungsgittern 130, 132 und 134 und zum Einstellen des Drehwinkels des ausgewählten Beugungsgitters. Für die Messung mit der Wellenlänge kürzer als 400 nm wird das Beugungsgitter 130 ausgewählt (S82). Für die Messung mit der Wellenlänge zwischen 400 und 800 nm wird das Beugungsgitter 132 ausgewählt (S84). Für die Messung mit der Wellenlänge länger als 800 nm wird das Beugungsgitter 134 ausgewählt (S85). Die Bezugsziffer S86 zeigt in der Figur einen Verfahrensschritt des Fein-Abstimmens des Drehwinkels des ausgewählten Beugungsgitters an, welches die für die Messung zu verwendende Wellenlänge auswählt.
Wie in 9 dargestellt, wird der Ablauf zur Auswahl des Filters 144 gezeigt. Für eine Wellenlänge, die nicht länger als 250 nm ist, wird das Durchgangsloch 144a ausgewählt (S92). Wenn das Spektroskop 120 verwendet wird, um die Wellenlänge kürzer als 250 nm auszuwählen, kann Beugungslicht der zweiten oder einer höheren Ordnung auf die Probe eingestrahlt werden, welches kürzer als 125 nm hinsichtlich der Wellenlänge ist. Die Intensität des Lichtes mit Wellenlängen kürzer als 125 nm ist so schwach, dass sie nicht herausgefiltert werden müssen, selbst wenn die Deuterium-Lampe verwendet wird. Für Messungen mit Wellenlängen zwischen 250 und 400 nm wird ein Bandpass-Filter 144b verwendet, der nur Licht bei Wellenlängen zwischen 250 und 500 nm hindurchlässt, um Beugungslicht höherer Ordnung zu entfernen (S93). Wenn eine Messung mit Wellenlängen zwischen 400 und 610 nm durchgeführt wird, wird der Filter 144c verwendet, der Licht mit Wellenlängen, die kürzer als 320 nm sind, herausschneidet, um Beugungslicht höherer Ordnung zu entfernen (S96). Für die Messung mit Wellenlängen zwischen 610 und 750 nm wird der Filter 144d verwendet, der Licht mit Wellenlängen kürzer als 590 nm herausschneidet, um Beugungslicht höherer Ordnung zu entfernen (S98). Für die Messung mit Wellenlängen zwischen 750 und 1200 nm wird der Filter 144e verwendet, der Licht mit Wellenlängen kürzer als 715 nm herausschneidet, um Beugungslicht höherer Ordnung zu entfernen (S100). Für die Messung mit Wellenlängen, die kürzer als 1200 nm sind, wird der Filter 144f verwendet, der Licht mit Wellenlängen kürzer als 1000 nm herausschneidet, um Beugungslicht höherer Ordnung zu entfernen (S101).
In 10 wird ein Ablauf zum Auswählen des Detektors dargestellt. Für Messungen mit Licht bei Wellenlängen, die nicht länger als 830 nm sind, wird der Photo-Multiplier 162 ausgewählt (S106). In diesem Verfahrensschritt von S106 wird der Reflexionsspiegel 158 mittels des Motors 158m ausgerichtet, und der Schalter 183 wird auf den Photo-Multiplier 162 gesetzt. Wenn der Photo-Multiplier 162 verwendet wird, wird die Ausgabe des Gleichstromkomponenten-Voltmeters 188 überwacht (S107, S109). Wenn die Spannung zu niedrig ist (S107), wird die an dem Photo-Multiplier 162 angelegte Spannung erhöht, um die Verstärkung ansteigen zu lassen (S108). Wenn die Spannung zu hoch ist (S109), wird die Spannung herabgesetzt, um die Verstärkung zu verringern (S110). In diesem Betrieb wird der Betrag der Zunahme oder der Abnahme der Spannung mittels Rückkopplung gesteuert, indem der Betrag in Proportion zu der Differenz von der Referenzspannung gesetzt wird. Des weiteren wird die Hysteresis-Schleife zwischen dem Verfahrensschritt des Erhöhens der Spannung und dem Verfahrensschritt des Herabsetzens der Spannung eingebracht, um somit die Wiederholung von Überschwingungen der Rückkopplungssteuerung zu verhindern.
Wenn eine Messung mit Wellenlängen, die kürzer als 830 nm sind, durchgeführt wird, wird die Germanium-Diode 160 ausgewählt (S104; in diesem Fall werden der Spiegel 158 und der Schalter 183 ebenso geeignet positioniert bzw. gesetzt). Wenn die Germanium-Diode 160 ausgewählt ist, wird die an den Photo-Multiplier 162 angelegte Spannung auf Null gesetzt (S105).
11 ist ein Ablaufdiagramm des Gesamtablaufes zur Vorbereitung der Messung. Die Verfahrensschritte von S113 bis S117 wurden detailliert in den 7 bis 10 beschrieben. Der Verfahrensschritt S118 zeigt einen Ablauf zum Einstellen der an dem photo-elastischen Modulator 152 angelegten Spannung in Übereinstimmung mit der Wellenlänge für die Messung an. Dieser Prozess wird bei einer Probe mit Mess-Wellenlängen von jeweils 300 und 600 nm beschrieben. Wenn die Wellenlänge von 300 nm mit π/2 moduliert wird, indem eine bestimmte Spannung an dem photo-elastischen Modulator 152 angelegt wird, wird die Wellenlänge von 600 nm nicht mit π/2 moduliert, indem die gleiche Spannung angelegt wird. Um die Wellenlänge von 600 nm mit π/2 zu modulieren, ist eine höhere Spannung erforderlich, um stärker zu modulieren und um die Phase des Lichts um eine größere Entfernung zu verschieben. Im Verfahrensschritt S118 wird die an dem photo-elastischen Modulator 152 anzulegende Spannung in Übereinstimmung mit der für die Messung zu verwendenden Wellenlänge eingestellt. Es wird eine niedrige Spannung angelegt, wenn die Wellenlänge kurz ist, und es wird eine hohe Spannung angelegt, wenn die Wellenlänge lang ist, um die Phasenverschiebung durch die Modulation unabhängig von der Wellenlänge im wesentlichen konstant zu halten. In der vorliegenden Ausführungsform wird die Einstellung derart ausgeführt, dass die Phasenverschiebung etwas kleiner als π ist, ohne dass sie von der Wellenlänge abhängig ist. Diese Phasenverschiebung ist eine Phasenverschiebung, bei der der Drehwinkel (genauer gesagt, der Drehwinkel des magneto-optischen Effektes) und die Elliptizität gleichzeitig mit Genauigkeit gemessen werden.
Die 12 und 13 zeigen einen Ablauf zum Kalibrieren des Gerätes. Es ist bestätigt, dass der Faktor zum Kalibrieren keinen Einfluss auf die Wellenlänge hat. Der Betreiber bzw. Benutzer selber kann eine Wellenlänge zur Kalibration auswählen (S121). Jedoch würde die Kalibration mit der Wellenlänge gleich jener Wellenlänge des Mess-Lichts zuverlässiger sein.
Bei der Kalibration wird der zweite Polarisator 156 (der ebenfalls Analysator genannt wird) zunächst von den null Winkelgrade an der Geräteseite um –2 Winkelgrade gedreht (S122), um die Gleichstromkomponente VDC, die Modulations-Frequenz-Komponente VF und die doppelt so hohe Frequenzkomponente V2F zu erfassen. Danach wird der Analysator 156 um +1 Winkelgrade gedreht (S125), und der gleiche Verfahrensschritt wird wiederholt. Dieser Ablauf wird bis +2 Winkelgrade fortgesetzt (S124). Als ein Ergebnis hiervon werden fünf Messungen aufgenommen. Wie in 13 schematisch dargestellt, berechnet der Computer die Beziehung zwischen den Winkeln X (–2, –1, 0, +1, +2) des Analysators 156 und V2F/VDC (das ist ein Wert, der erzielt wird, indem die doppelte Frequenzkomponente durch die Gleichstromkomponente geteilt und in Y ausgedrückt wird). Um diese Analyse schematisch darzustellen, ist eine Regressionslinie mittels eines Verfahrens der kleinsten Fehlerquadrate in X-Y-Koordinaten eingetragen. Von der Neigung der Regressionslinie wird der Kalibrationsfaktor A erzielt, und von dem Wert von X, wo Y = 0 gilt, ist der Winkel von Null gegeben. Dieses Vorgehen wird mittels des Computers 192 durchgeführt (S126 in 12). Nach diesem Vorgang bzw. dieser Operation wird der Analysator 156 auf dem Winkelgrad von Null gedreht (S127). Danach wird die Wellenlänge in Vorbereitung der tatsächlichen Messung auf eine Mess-Wellenlänge gesetzt (S128). Die null Winkelgrade an der Geräteseite in 12 sind diejenigen, die in dem Auslegungsprozess dafür vorgesehen sind, die schwarze Welle aufzunehmen und die weiße Welle abzublocken. Die im Verfahrensschritt S126 gefundenen null Winkelgrade sind diejenigen, die tatsächlich kalibriert sind.
14 zeigt ein Beispiel des tatsächlichen Mess-Ablaufes. In diesem Fall werden Messungen der Gleichstromkomponente VDC, der modulierten Frequenzkomponente VF und der doppelten Frequenzkomponente V2F und des magnetischen Feldes nach der Aufwärmzeit des Verstärkers etc. aufgenommen (S146 bis S144), und die gemessenen Werte werden in dem Computer 192 gespeichert (S145 bis S147), von welchen der Drehwinkel (θ; magneto-optischer Faradayscher- oder Kerr-Drehwinkel) und die Elliptizität (ε) herausgearbeitet werden. Die Gleichungen für die Berechnungen werden im Verfahrensschritt S148 in 14 gezeigt, wo J1 und J2 jeweils die Bessel-Funktion der ersten und zweiten Ordnung darstellen, und wobei δ die Phasenverschiebung durch den photo-elastischen Modulator ist. Wie beschrieben, wird unabhängig von der Mess-Wellenlänge δ auf 0,383 × 2 π Radiant (etwas kleiner als π) eingestellt.
15 zeigt einen Ablauf zum Messen des Winkels der Drehung (θ), während 16 ein Ablaufdiagramm bei der Ermittlung der Elliptizität (ε) ist.
17 ist ein Ablauf zum Messen der Hysteresis-Schleife mit dem magnetischen Feld, das, wenn Messungen durchgeführt werden, vertikal an die Proben-Ebene angelegt wird, während das Magnetfeld auf die folgende Art und Weise geändert wird: „Null, plus Maximum, Null, minus Maximum, Null." Das Magnetfeld wird zuvor in Richtung und Intensität in Bezug auf die Anzahl der Messungen festgelegt, so dass das Änderungsmuster des magnetischen Feldes während Messungen erzielt wird. Bevor die Messung beginnt, wird der Kalibrier-Ablauf in den 12 und 13 ausgeführt (S171). Dann wird das Magnetfeld in einer bestimmten Reihenfolge geändert (S173). Wenn eine Runde der Messungen vorüber ist, und wenn die Beurteilung des Verfahrensschrittes S172 „Nein" ist, dann wird das Magnetfeld auf Null gebracht (S176), und die an den Photo-Multiplier angelegte Spannung wird auf Null gesetzt (S177). Während Messungen wird der Ablauf (S175) mit dem Magnetfeld fortgesetzt, welches sequentiell geändert wird (S173).
18 zeigt einen Ablauf zum Messen der Wellenlängen-Abhängigkeit. Dieser Ablauf dient zum Messen des magneto-optischen Effektes, wenn die Probe mit dem magnetischen Feld gesättigt ist. An ihr Ende werden das maximale positive Magnetfeld und das maximale negative Magnetfeld an die Probe angelegt, und die Sättigungseigenschaften werden durch die Differenz der beiden Messungen herausgefunden. Im Verfahrensschritt S181 wird die Kalibration durchgeführt. Im Verfahrensschritt S182 wird die Wellenlänge zur Messung auf einen ersten Wert festgelegt. In diesem Zustand wird das maximale positive Magnetfeld angelegt (S183). Mit verschiedenen Wellenlängen werden eine Reihe von Messungen wiederholt, und wenn die Messung mit der endgültigen Wellenlänge ausgeführt wird, geht der Verfahrensschritt S184 auf „Nein". Dann endet der Mess-Ablauf (S190, S192). Während des Mess-Ablaufes werden Messungen mit dem maximalen positiven Magnetfeld (S185) wiederholt, und dann wird das Magnetfeld umgekehrt und das maximale negative Magnetfeld angelegt (S186), gefolgt von der Messung (S187). Die Differenz der Messungen der beiden verschiedenen Betriebsarten wird durch 2 geteilt (S188), um den Drehwinkel θ und die Elliptizität ε herauszuarbeiten. Mit verschiedenen Wellenlängen wird der Mess-Ablauf wiederholt (S189).
Bei der Messung mit der nächsten Wellenlänge wird zunächst das negative Magnetfeld angelegt und eine Messung ausgeführt, dann wird für die Messung das Magnetfeld auf Plus umgekehrt (S185, S186, S187). Wie dargestellt, werden die verschiedenen Magnetfeld-Betriebsarten bei jeder Wellenlänge angewandt, bei der ersten Wellenlänge positiv, dann negativ, bei der zweiten Wellenlänge negativ, dann positiv. Auf diese Art und Weise wird die Reihenfolge des Anlegens der magnetischen Felder ebenso alternierend umgekehrt. Die Messung mit dem gesamten Bereich der Wellenlängen offenbart die Abhängigkeit von der Wellenlänge.
19 ist ein verbesserter Ablauf zum Ermitteln der Wellenlängen-Abhängigkeit. In diesem Ablauf wird die Wibration mit jeder Wellenlänge durchgeführt. Von daher wird die Messung zuerst bei +2 Winkelgraden (S194, S195), dann bei 0 Winkelgraden mit dem Analysator durchgeführt (S196, S197). Dieses ergibt eine Kalibrationslinie, wie sie in 19(B) gezeigt ist. Von dieser wird der Kalibrationsfaktor für die Wellenlänge berechnet. In der vorliegenden Ausführungsform wird der magneto-optische Effekt mit dem Analysator gemessen, der bei +2 Winkelgraden (S194 und S195) (S199 und S200) positioniert ist. Das heißt, die Messung wird nicht bei null Winkelgraden durchgeführt. Jedoch wird die Differenz zwischen dem positiven Magnetfeld und dem negativen Magnetfeld im Verfahrensschritt S201 herausgefunden, und der Einfluss der Abweichung von einem Winkel von null Winkelgraden wird von daher angehoben, und es werden zuverlässige Messungen erzielt.
20 zeigt ein anderes Beispiel, welches auf die gleiche Weise wie in 19 verbessert ist und welches den Analysator entweder bei +2 Winkelgraden oder bei –2 Winkelgraden verwendet. Bei diesem verbessertem Beispiel wird bei einer bestimmten Wellenlänge ein positives Magnetfeld zur Kalibration angelegt (20(B)), und bei der nächsten Wellenlänge wird ein negatives Magnetfeld angelegt (20(C)). Dieses verringert die Anzahl der Magnetfeld-Umkehrungen auf ein Minimum, im wesentlichen, um die Messzeit zu schützen.
Die Ausführungsform, die beschrieben wurde, ist eine Ausführungsform, bei welcher die vorliegende Erfindung in einem Gerät zum Messen mittels modulierter Wellen von zirkular polarisiertem Licht angewandt wird. Die vorliegende Erfindung kann in Geräten angewandt werden, die die Verfahren des Nicolschen Prismas, der Faradayschen Zelle, oder das Dreh-Analysator-Verfahren verwenden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Deuterium-Lampe als Lichtquelle verwendet, der Lichtweg wird in einem sauerstofffreiem Gas geschützt, und es wird keine wesentliche Dämpfung von Licht kurzer Wellenlänge durch die optischen Komponenten bewirkt. Aus diesen Gründen kann der magneto-optische Effekt bei Wellenlängen niedriger als 200 nm gemessen werden, und von daher wird erwartet, dass in der Zukunft die vorliegende Erfindung in großem Maße zu der Entwicklung und zum Fortschritt der ultradichten Speichertechnik beitragen wird.
Während die Erfindung unter Bezugnahme auf eine bevorzugte Ausführungsform hiervon beschrieben wurde, ist es so zu verstehen, dass Änderungen oder Variationen auf einfache Weise gemacht werden können, ohne von dem Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen, der mittels der beigefügten Patentansprüche definiert wird.
Ein Gerät zum Messen des magneto-optischen Effektes weist folgendes auf: eine Lichtquelle 102; ein Spektroskop 120; einen ersten Polarisator 150, um aus dem Spektroskop 120 herausgenommenes Licht mit einer gewünschten Wellenlänge zu polarisieren; eine Einrichtung 172 zum Anlegen eines Magnetfeldes an eine Probe 176; einen zweiten Polarisator 156, um das durch eine Probe 176 hindurchgelaufene oder von der Probe 176 reflektierte Licht, hindurchlaufen zu lassen; und einen Photo-Detektor 162 zum Erfassen der Intensität des durch den zweiten Polarisator 156 hindurchgelaufenen Lichtes. Die Lichtquelle 102 weist eine Deuterium-Lampe auf, und das Spektroskop enthält keine Linse und/oder Prisma. Ein Lichtweg von der Lichtquelle zu dem Photo-Detektor wird in einem Behälter umschlossen, und der Behälter ist mit einem Gas gefüllt, das keinen Sauerstoff enthält.

Claims

Gerät zum Messen eines magneto-optischen Effektes, welches folgendes aufweist: eine Lichtquelle; ein Spektroskop (120), welches Licht überträgt, das voreingestellte Wellenlängen hat und das von der Lichtquelle emittiert wird, wobei das Spektroskop (120) keine Linse oder Prisma enthält; und einen ersten Polarisator (150) und einen zweiten Polarisator (156), wobei der erste Polarisator (150) zwischen dem Spektroskop (120) und einer Probe (176) angeordnet ist und wobei der zweite Polarisator (156) zwischen der Probe (176) und einem Photodetektor (162) angeordnet ist; und eine Einrichtung (172) zum Anlegen eines Magnetfeldes an die Probe (176); wobei der Photodetektor (162) eine Intensität des an der Probe (176) reflektierten oder von der Probe (176) übertragenen Lichtes mißt, welches mit dem Licht von dem Spektroskop (120) ausgestrahlt wurde, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle eine Deuteriumlampe (102) aufweist, und dass die Lichtquelle (102), das Spektroskop (120), der erste Polarisator (150), der zweite Polarisator (156), die Einrichtung (172) zum Anlegen des Magnetfeldes und der Photodetektor (162) innerhalb einer im wesentlichen sauerstofffreien Atmosphäre enthalten sind.
Gerät nach Anspruch 1, welches ferner folgendes aufweist: eine Einrichtung (152) zum Modulieren des Lichtes, das eine voreingestellte Wellenlänge hat, wobei die Modulation bei einer bestimmten Frequenz erfolgt; und eine Einrichtung (188, 186, 184) zum Bestimmen der Intensität einer Gleichstromkomponente, einer Modulationsfrequenzkomponente und einer zweiten harmonischen Frequenzkomponente, wobei jede Komponente basierend auf der Intensität des mittels des Photodetektors (162) gemessenen Lichtes bestimmt wird.
Gerät nach Anspruch 1 oder 2, welches ferner eine zweite Lampe (108) zum Emittieren von Licht mit einem Wellenlängenbereich aufweist, der länger als der mittels der Deuteriumlampe (102) emittierte Wellenlängenbereich ist.
Gerät nach Anspruch 1, 2 oder 3, welches ferner ein Lichtkondensersystem (146, 148) aufweist, das keine Linse enthält.
Gerät nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, welches ferner einen innerhalb des Gerätes angeordneten, konkaven Reflexionsspiegel (104) aufweist, um das Licht von der Lichtquelle (102) zu dem Spektroskop (120) zu reflektieren, wobei der konkave Reflexionsspiegel (104) mit Platin beschichtetes, poliertes Quarz aufweist.
Gerät nach Anspruch 5, wobei der konkave Spiegel (104) ferner eine Oberflächenbeschichtung aus Al-MgF₂ aufweist.
Gerät nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, welches ferner einen Probenhalter (174) aufweist, der imstande ist, die Probe (176) zu erwärmen oder zu kühlen.
Gerät nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6 oder 7, wobei das Spektroskop (120) drei Beugungsgitter (130, 132, 134) aufweist.
Gerät nach Anspruch 8, welches ferner eine Drehunterlage (128) zum Befestigen der Beugungsgitter (130, 132, 134) aufweist, wobei die voreingestellten Wellenlängen ausgewählt werden, indem die Drehunterlage (128) gedreht wird.