JP2013137209A - Polarization change spectrum measuring device, polarization change spectrum measuring method, magneto-optical effect measuring device and magneto-optical effect measuring method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、偏光変化スペクトル測定装置、偏光変化スペクトル測定方法及びそれらを応用した磁気光学効果測定装置及び磁気光学効果測定方法に関し、特に、物質中における偏光変化の波長依存性を測定するための装置及び方法に関する。 The present invention relates to a polarization change spectrum measuring apparatus, a polarization change spectrum measuring method, a magneto-optical effect measuring apparatus and a magneto-optical effect measuring method using the same, and more particularly to an apparatus for measuring the wavelength dependence of polarization change in a substance. And a method.
物質中における偏光面の角度の変化を引き起こす原因としては様々なものがある。例えば、ファラデー効果や磁気光学カー効果のような磁気光学効果は、そのような原因の一つである。ファラデー効果や磁気光学カー効果のような磁気光学効果は、光アイソレータ、電流・磁界センサ、及び、光磁気記録装置のような様々な光デバイス及び磁気デバイスに利用されている。そして、磁気光学効果を利用した光デバイス及び磁気デバイスを設計・製造する場合には、使用する材料の磁気光学特性(例えば、ファラデー効果についてはベルデ定数、磁気光学カー効果についてはカー定数)を測定することが重要であり、このためには、物質中における偏光面の角度の変化を測定することが求められる。 There are various causes for causing a change in the angle of the polarization plane in a material. For example, magneto-optical effects such as the Faraday effect and the magneto-optical Kerr effect are one of such causes. Magneto-optical effects such as the Faraday effect and the magneto-optical Kerr effect are used in various optical devices and magnetic devices such as optical isolators, current / magnetic field sensors, and magneto-optical recording apparatuses. When designing and manufacturing optical devices and magnetic devices that use the magneto-optical effect, measure the magneto-optical properties of the materials used (for example, the Verde constant for the Faraday effect and the Kerr constant for the magneto-optical Kerr effect). For this purpose, it is required to measure the change in the angle of the polarization plane in the material.
図1は、磁気光学効果測定装置100の典型的な構成を示している。磁気光学効果測定装置100は、サンプルSのベルデ定数を測定するように構成されており、波長可変光源101と、偏光子102と、電磁石103と、励磁電源104と、検光子105と、駆動回路106と、光電変換器107と、増幅器108と、演算装置109とを備えている。
FIG. 1 shows a typical configuration of the magneto-optical
波長可変光源101は、演算装置109によって指定された波長の光を発生する光源であり、白色光源101aと分光器101bとスリット101c、101dとを備えている。白色光源101aは、スリット101cを介して白色光を分光器101bに入射する。分光器101bは、入射された白色光を分光し、白色光の各波長成分を波長に応じた位置に空間的に分散させる。スリット101dは、その位置が移動可能であるように構成されており、スリット101dの位置が制御されることで演算装置109によって指定された波長の光が分光器101bから出射される。
The variable wavelength light source 101 is a light source that generates light having a wavelength specified by the
分光器101bから出射された光は、偏光子102を通過してサンプルSに入射される。これにより、所定角度の偏光面の直線偏光のみがサンプルSに入射されることになる。サンプルSには、電磁石103によって磁場が印加される。磁場が印加された状態で入射された光(直線偏光)がサンプルSを通過すると、ファラデー効果により、偏光面の角度が回転する。サンプルSから出射された光は、検光子105に入射される。検光子105は、駆動装置106によって検光子105の角度(厳密には、検光子105の透過軸の角度)を調節可能になっており、検光子105を通過する光の光強度は検光子105の角度に依存する。検光子105を通過した光は、光電変換器107に入射される。光電変換器107の出力信号は増幅器108に入力されて増幅される。増幅器108の出力信号により、演算装置109は、検光子105を通過した光の光強度を検知する。
The light emitted from the spectroscope 101b passes through the polarizer 102 and enters the sample S. As a result, only linearly polarized light having a predetermined plane of polarization is incident on the sample S. A magnetic field is applied to the sample S by the electromagnet 103. When incident light (linearly polarized light) with a magnetic field applied passes through the sample S, the angle of the polarization plane rotates due to the Faraday effect. The light emitted from the sample S enters the analyzer 105. The analyzer 105 can adjust the angle of the analyzer 105 (strictly speaking, the angle of the transmission axis of the analyzer 105) by the
図1の磁気光学効果測定装置100によるベルデ定数の測定は、次のようにして行われる。電磁石103によって磁場Hが印加された状態で偏光子102を介してサンプルSに光が入射される。(偏光面が回転された上で)サンプルSを出射した光は検光子105に入射される。サンプルSから出射された光が検光子105に入射された状態で検光子105が回転され、検光子105を通過した光の光強度を最小とする検光子105の角度が検出される。検光子105を通過した光の光強度を最小とする検光子105の角度と偏光子102の角度の差がファラデー回転角θFとして同定され、そのファラデー回転角θFと、サンプルSの厚さdと、磁場Hから、ベルデ定数Vは、次式(1)から算出される:
V=θF/Hd ・・・(1)
The Verde constant is measured by the magneto-optical
V = θ F / Hd (1)
図1のような磁気光学効果測定装置は、例えば、特開平09−280953号公報、特開平11−101735号公報、特開平11−101736号公報、特開平11−101737号公報、特開平11−101738号公報に開示されている。 The magneto-optical effect measuring apparatus as shown in FIG. 1 is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open Nos. 09-280953, 11-101735, 11-101736, 11-101737, 11-11. No. 101738.
ここで、図1のような測定装置を用いてベルデ定数の波長依存性を測定しようとすると、分光器101bによってサンプルSに入射される光の波長を順次に切り替えながら、波長ごとに検光子105の回転を行う必要がある。このような測定手順は、長い測定時間を要するために好ましくない。 Here, if the wavelength dependence of the Verde constant is to be measured using a measuring apparatus as shown in FIG. 1, the analyzer 105 for each wavelength while sequentially switching the wavelength of light incident on the sample S by the spectroscope 101b. It is necessary to perform rotation. Such a measurement procedure is not preferable because a long measurement time is required.
このような問題は、ベルデ定数の波長依存性を測定する場合に留まらず、物質中における偏光面の角度の変化の波長依存性を測定する場合に当てはまる。 Such a problem is applicable not only when measuring the wavelength dependence of the Verde constant, but also when measuring the wavelength dependence of the change in the angle of the polarization plane in the material.
したがって、本発明の目的は、物質中における偏光面の角度の変化の波長依存性の測定にかかる時間を短縮するための技術を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a technique for shortening the time required for measuring the wavelength dependence of the change in the angle of the polarization plane in a substance.
本発明の一の観点では、偏光変化スペクトル測定装置が、複数の波長の波長成分を有する多色光を発生する光源と、多色光から直線偏光を生成し、直線偏光をサンプルに入射する偏光子と、サンプルから出射される検出光が入射される検光子と、検光子を通過した通過光が入射される分光器と、分光器による分光によって得られる複数の波長の波長成分のそれぞれの光強度を検出する光検出手段と、サンプルに磁場が印加された状態で検出された波長成分のそれぞれの光強度からサンプルによる直線偏光の偏光面の角度の変化の波長依存性を算出する演算装置とを具備する。 In one aspect of the present invention, a polarization change spectrum measuring apparatus includes: a light source that generates multicolor light having wavelength components of a plurality of wavelengths; a polarizer that generates linearly polarized light from the multicolored light and that inputs linearly polarized light into a sample; The light intensity of each of the wavelength components of a plurality of wavelengths obtained by the spectroscope by the spectroscope to which the detection light emitted from the sample is incident, the spectroscope to which the passing light that has passed through the analyzer is incident, and A light detecting means for detecting, and an arithmetic device for calculating the wavelength dependence of the change in the angle of the polarization plane of the linearly polarized light by the sample from the light intensity of each of the wavelength components detected in a state in which the magnetic field is applied to the sample. To do.
本発明の他の観点では、磁気光学効果測定装置が、複数の波長の波長成分を有する多色光を発生する光源と、多色光から直線偏光であるプローブ光を生成し、直線偏光をサンプルに入射する偏光子と、サンプルに磁場を印加する磁場印加手段と、サンプルから出射される検出光が入射される検光子と、検光子を通過した通過光が入射される分光器と、分光器による分光によって得られた波長が異なる波長成分のそれぞれの光強度を検出する光検出手段と、検出された波長成分のそれぞれの光強度からサンプルの磁気光学特性の波長依存性を算出する演算装置とを具備する。このような磁気光学効果測定装置によれば、複数の波長の磁気光学特性を同時に測定できるため、磁気光学特性の波長依存性の測定にかかる時間を短縮することができる。 In another aspect of the present invention, a magneto-optical effect measuring apparatus generates a light source that generates multicolor light having wavelength components of a plurality of wavelengths, probe light that is linearly polarized light from the multicolored light, and makes linearly polarized light incident on a sample. , A magnetic field applying unit that applies a magnetic field to the sample, an analyzer that receives detection light emitted from the sample, a spectroscope that receives light passing through the analyzer, and spectroscopy by the spectroscope And a calculation unit for calculating the wavelength dependence of the magneto-optical characteristic of the sample from the respective light intensities of the detected wavelength components. To do. According to such a magneto-optical effect measuring apparatus, since the magneto-optical characteristics of a plurality of wavelengths can be measured simultaneously, the time required for measuring the wavelength dependence of the magneto-optical characteristics can be shortened.
一実施形態では、分光器による分光によって得られた波長成分のそれぞれの光強度が、検光子の透過軸の角度である検光子角度を変化させながら測定される。この場合、演算装置は、波長成分のそれぞれの光強度から、複数の波長のそれぞれについて、検光子角度と光強度との関係を示す角度−光強度データを生成し、角度−光強度データからサンプルにおける偏光面の回転角を算出し、算出した回転角からサンプルの磁気光学特性の波長依存性を算出する。 In one embodiment, the light intensity of each wavelength component obtained by spectroscopy with a spectroscope is measured while changing the analyzer angle, which is the angle of the transmission axis of the analyzer. In this case, the arithmetic unit generates angle-light intensity data indicating the relationship between the analyzer angle and the light intensity for each of a plurality of wavelengths from each light intensity of the wavelength component, and samples from the angle-light intensity data. The rotation angle of the polarization plane at is calculated, and the wavelength dependence of the magneto-optical characteristics of the sample is calculated from the calculated rotation angle.
他の実施形態では、分光器による分光によって得られた波長成分のそれぞれの光強度が、波長成分のそれぞれの光強度は、検光子の透過軸の角度である検光子角度が固定された状態で測定される。また、サンプルにおける偏光面の回転角と波長成分のそれぞれの光強度の変化との関係を示す回転角−光強度変化データが予め演算装置に用意される。この場合、演算装置は、保存された回転角−光強度変化データを用いて、波長成分のそれぞれの光強度からサンプルにおける偏光面の回転角を算出し、算出した回転角からサンプルの磁気光学特性の波長依存性を算出する。 In another embodiment, the light intensity of each wavelength component obtained by spectroscopy by a spectroscope is the light intensity of each wavelength component in a state where the analyzer angle, which is the angle of the transmission axis of the analyzer, is fixed. Measured. Further, rotation angle-light intensity change data indicating the relationship between the rotation angle of the polarization plane in the sample and the change in the light intensity of each wavelength component is prepared in advance in the arithmetic unit. In this case, the arithmetic unit calculates the rotation angle of the polarization plane in the sample from each light intensity of the wavelength component using the stored rotation angle-light intensity change data, and the magneto-optical characteristics of the sample from the calculated rotation angle. The wavelength dependence of is calculated.
一実施形態では、回転角−光強度変化データが、サンプルにおける偏光面の回転角の単位角度あたりの波長成分のそれぞれの光強度の変化を示すデータとして生成される。演算装置は、サンプルに磁場が印加された状態で検出された波長成分のそれぞれの光強度とサンプルに磁場が印加されない状態で検出された波長成分のそれぞれの光強度との差分と、回転角−光強度変化データとからサンプルにおける偏光面の回転角を算出する。 In one embodiment, rotation angle-light intensity change data is generated as data indicating a change in light intensity of each wavelength component per unit angle of the rotation angle of the polarization plane in the sample. The arithmetic unit calculates the difference between the light intensity of each wavelength component detected when a magnetic field is applied to the sample and the light intensity of each wavelength component detected when no magnetic field is applied to the sample, and the rotation angle − The rotation angle of the polarization plane in the sample is calculated from the light intensity change data.
この場合、サンプルに磁場が印加された状態での波長成分のそれぞれの光強度の検出が、偏光子の透過軸の角度と検光子の透過軸の角度が、サンプルにおける偏光面の回転が無い場合に検光子に入射する直線偏光の偏光面と検光子の透過軸とがなす角度が43°から47°の範囲である状態で行われることが好ましい。 In this case, the detection of the light intensity of each wavelength component with a magnetic field applied to the sample is performed when the angle of the transmission axis of the polarizer and the angle of the transmission axis of the analyzer are not rotated in the polarization plane of the sample. It is preferable that the angle formed between the plane of polarization of the linearly polarized light incident on the analyzer and the transmission axis of the analyzer is in the range of 43 ° to 47 °.
また、他の実施形態では、演算装置は、サンプルに第1方向に第1磁場が印加された状態で検出された波長成分のそれぞれの光強度とサンプルに第1方向と逆の第2方向に第1磁場と同一の大きさの第2磁場が印加されない状態で検出された波長成分のそれぞれの光強度との差分と、回転角−光強度変化データとからサンプルにおける偏光面の回転角を算出する。 In another embodiment, the computing device may be configured such that the light intensity of each wavelength component detected in a state where the first magnetic field is applied to the sample in the first direction and the sample in the second direction opposite to the first direction. The rotation angle of the polarization plane of the sample is calculated from the difference between the light intensity of each of the wavelength components detected in a state where the second magnetic field having the same magnitude as the first magnetic field is not applied and the rotation angle-light intensity change data. To do.
更に他の実施形態では、当該磁気光学効果測定装置が、更に、光源とサンプルの間に偏光子と直列に設けられたファラデーセルと、ファラデーセルに交流の周期信号である駆動電流を供給する駆動回路と、光センサが波長成分のそれぞれの光強度を測定するタイミングがファラデーセルに供給される駆動電流と同期するように駆動回路と光センサの動作タイミングを制御するタイミング制御手段とを具備する。 In still another embodiment, the magneto-optical effect measurement apparatus further includes a Faraday cell provided in series with a polarizer between the light source and the sample, and a drive that supplies a drive current that is an AC periodic signal to the Faraday cell. And a timing control means for controlling the operation timing of the driving circuit and the optical sensor so that the timing at which the optical sensor measures the light intensity of each wavelength component is synchronized with the driving current supplied to the Faraday cell.
この場合、回転角−光強度変化データは、サンプルにおける偏光面の回転角の単位角度あたりの、駆動電流の各周期に規定された第1及び第2タイミングにおける波長成分のそれぞれの光強度の差分を示すデータとして用意される。ここで、第1タイミング及び第2タイミングは、サンプルにおいて偏光面が回転した場合に、光センサにおいて検出される波長成分のそれぞれの光強度が駆動電流の各周期において異なる極大値をとるように定められている。演算装置は、サンプルに磁場が印加された状態で検出された第1タイミングにおける波長成分のそれぞれの光強度と第2タイミングにおける波長成分のそれぞれの光強度との差分と、回転角−光強度変化データとからサンプルにおける偏光面の回転角を算出する。 In this case, the rotation angle-light intensity change data is the difference in light intensity of each of the wavelength components at the first and second timings defined for each period of the drive current per unit angle of the rotation angle of the polarization plane of the sample. It is prepared as data indicating. Here, the first timing and the second timing are determined so that the light intensity of each of the wavelength components detected by the optical sensor has a different maximum value in each cycle of the drive current when the polarization plane rotates in the sample. It has been. The arithmetic device calculates the difference between the light intensity of each of the wavelength components at the first timing and the light intensity of each of the wavelength components at the second timing detected with the magnetic field applied to the sample, and the rotation angle-light intensity change. The rotation angle of the polarization plane in the sample is calculated from the data.
この場合、サンプルに磁場が印加された状態での波長成分のそれぞれの光強度の検出が、偏光子の透過軸の角度と検光子の透過軸の角度が、サンプルにおける偏光面の回転が無い場合に検光子に入射する直線偏光の偏光面と検光子の透過軸とがなす角度が43°から47°の範囲であるように調節された状態で行われることが好ましい。 In this case, the detection of the light intensity of each wavelength component with a magnetic field applied to the sample is performed when the angle of the transmission axis of the polarizer and the angle of the transmission axis of the analyzer are not rotated in the polarization plane of the sample. It is preferable that the angle formed between the plane of polarization of the linearly polarized light incident on the analyzer and the transmission axis of the analyzer is adjusted so as to be in the range of 43 ° to 47 °.
当該磁気光学効果測定装置において、該光検出手段は、エリアセンサであることが好ましい。 In the magneto-optical effect measuring apparatus, the light detecting means is preferably an area sensor.
当該磁気光学効果測定装置において、該サンプルのベルデ定数の波長依存性を算出する場合には、検光子と分光器と光検出手段とは、サンプルを透過した光が検光子に入射するように配置される。また、該サンプルのカー定数の波長依存性を算出する場合には、検光子と分光器と光検出手段とは、サンプルを反射した光が検光子に入射するように配置される。 In the magneto-optical effect measuring apparatus, when calculating the wavelength dependence of the Verde constant of the sample, the analyzer, the spectroscope, and the light detecting means are arranged so that light transmitted through the sample is incident on the analyzer. Is done. When calculating the wavelength dependence of the Kerr constant of the sample, the analyzer, the spectroscope, and the light detection means are arranged so that the light reflected from the sample is incident on the analyzer.
本発明の更に他の観点では、複数の波長の波長成分を有する多色光を発生する光源と、多色光から直線偏光を生成し、直線偏光をサンプルに入射する偏光子と、サンプルに磁場を印加する磁場印加手段と、サンプルから出射される検出光が入射される検光子とを備える偏光変化スペクトル測定装置によってサンプルによる直線偏光の偏光面の角度の変化の波長依存性を算出する偏光変化スペクトル測定方法が提供される。当該偏光変化スペクトル測定方法は、検光子を通過した通過光を分光器に入射することと、分光器による分光によって得られる複数の波長の波長成分のそれぞれの光強度を検出することと、サンプルに磁場が印加された状態で検出された波長成分のそれぞれの光強度からサンプルによる直線偏光の偏光面の角度の変化の波長依存性を算出することとを具備する。 In yet another aspect of the present invention, a light source that generates multicolor light having wavelength components of a plurality of wavelengths, a polarizer that generates linearly polarized light from the multicolored light, and enters the sample with linearly polarized light, and a magnetic field applied to the sample Polarization spectrum measurement for calculating the wavelength dependence of the change in the angle of the plane of polarization of linearly polarized light by the sample by a polarization change spectrum measuring device comprising a magnetic field applying means for performing detection and an analyzer for receiving detection light emitted from the sample A method is provided. The polarization change spectrum measurement method includes entering light passing through an analyzer into a spectroscope, detecting each light intensity of wavelength components of a plurality of wavelengths obtained by spectroscopy by the spectroscope, Calculating the wavelength dependence of the change in the angle of the polarization plane of the linearly polarized light by the sample from the light intensity of each of the wavelength components detected in a state where a magnetic field is applied.
本発明の更に他の観点では、複数の波長の波長成分を有する多色光を発生する光源と、多色光から直線偏光を生成し、直線偏光をサンプルに入射する偏光子と、サンプルに磁場を印加する磁場印加手段と、サンプルから出射される検出光が入射される検光子とを備える磁気光学効果測定装置によってサンプルの磁気光学特性の波長依存性を算出する磁気光学効果測定方法が提供される。当該磁気光学効果測定方法は、検光子を通過した通過光を分光器に入射することと、分光器による分光によって得られる複数の波長の波長成分のそれぞれの光強度を検出することと、サンプルに磁場が印加された状態で検出された波長成分のそれぞれの光強度からサンプルの磁気光学特性の波長依存性を算出することとを具備する。 In yet another aspect of the present invention, a light source that generates multicolor light having wavelength components of a plurality of wavelengths, a polarizer that generates linearly polarized light from the multicolored light, and enters the sample with linearly polarized light, and a magnetic field applied to the sample There is provided a magneto-optical effect measuring method for calculating the wavelength dependence of the magneto-optical characteristics of a sample by a magneto-optical effect measuring apparatus comprising a magnetic field applying means for performing the above and an analyzer for receiving detection light emitted from the sample. The magneto-optical effect measurement method includes entering light passing through an analyzer into a spectrometer, detecting each light intensity of wavelength components of a plurality of wavelengths obtained by spectroscopy by the spectrometer, Calculating the wavelength dependence of the magneto-optical characteristics of the sample from the light intensities of the wavelength components detected in a state where a magnetic field is applied.
本発明によれば、磁気光学特性の波長依存性の測定にかかる時間を短縮することができる。 According to the present invention, the time required for measuring the wavelength dependence of the magneto-optical characteristic can be shortened.
第1の実施形態:
図2は、本発明の第1の実施形態の磁気光学効果測定装置10の構成を示す構成図である。磁気光学効果測定装置10は、サンプルSのベルデ定数を測定するように構成されており、白色光源1と、偏光子2と、電磁石3と、励磁電源4と、検光子5と、駆動回路6と、分光器7と、光センサ8と、演算装置9とを備えている。
First embodiment:
FIG. 2 is a configuration diagram showing the configuration of the magneto-optical
白色光源1は、白色光を発生し、発生した白色光を偏光子2に入射する。偏光子2は、入射した白色光のうち特定の角度の偏光面を有する光成分を通過させることで直線偏光を生成する。生成された直線偏光は、サンプルSに入射される。ここで、本実施形態では、偏光子2の角度(厳密には偏光子2の透過軸の角度)を0°と定義することにする。
The
電磁石3は、サンプルSに磁場Hを印加する。ベルデ定数を測定する本実施形態では、磁場Hは、サンプルSに入射される直線偏光の伝播方向と平行な方向(同一方向又は逆方向)に印加される。後述のように、磁場Hが印加された状態で偏光子2から入射された直線偏光がサンプルSを通過すると、サンプルSにおいてファラデー効果により直線偏光の偏光面が回転する。サンプルSから出射された直線偏光は、検光子5に入射される。
The
励磁電源4は、電磁石3に励磁電流を供給する。サンプルSに印加される磁場Hの強さは、励磁電流の大きさによって制御される。励磁電源4が発生する励磁電流の大きさ、即ち、サンプルSに印加される磁場Hの強さは、演算装置9によって制御される。
The
検光子5は、サンプルSを出射した直線偏光のうち特定の角度の偏光面を有する光成分を通過させる。検光子5を通過した通過光は、分光器7に入射される。検光子5には回転機構5aが設けられており、検光子5の角度(厳密には、検光子5の透過軸の角度)は、調節可能である。以下では、検光子5の角度を、単に、検光子角度θという。ただし、偏光子2の透過軸の角度と、検光子5の透過軸の角度が一致する場合に、検光子角度θが0°であると定義する。
The analyzer 5 allows light components having a polarization plane of a specific angle among the linearly polarized light emitted from the sample S to pass therethrough. The passing light that has passed through the analyzer 5 enters the spectrometer 7. The analyzer 5 is provided with a
駆動回路6は、検光子5の回転機構5aを駆動する。駆動回路6は、演算装置9によって制御される。即ち、検光子5の角度は、演算装置9によって制御される。
The
分光器7は、検光子5を通過した通過光の各波長成分を波長に応じた位置に空間的に分散させる。ここで、分光器7に入射される光は、白色光であることに留意されたい。 The spectroscope 7 spatially disperses each wavelength component of the passing light that has passed through the analyzer 5 at a position corresponding to the wavelength. Here, it should be noted that the light incident on the spectrometer 7 is white light.
光センサ8は、分光器7による分光によって得られた各波長成分の光強度を測定する。ここで、光センサ8としては、ラインセンサ(即ち、1次元的に並べられた光検出器のアレイ)又はエリアセンサ(即ち、2次元的に並べられた光検出器のアレイ)が用いられる。異なる波長の波長成分は分光器7の異なる位置から出射されるから、ラインセンサ又はエリアセンサを用いることにより、異なる波長の波長成分の光強度を同時に測定できる。
The
演算装置9は、光センサ8によって測定された各波長成分の光強度から各波長におけるベルデ定数、即ち、ベルデ定数の波長依存性を算出する。演算装置9は、更に、磁気光学効果測定装置10の各機器(例えば、励磁電源4、駆動回路6)を制御する。
The
図3は、第1の実施形態の磁気光学効果測定装置10による、サンプルSのベルデ定数の測定手順を示すフローチャートである。
FIG. 3 is a flowchart illustrating a procedure for measuring the Verde constant of the sample S by the magneto-optical
まず、バックグラウンドデータが取得される(ステップS01)。バックグラウンドデータとは、白色光源1をオフにした状態で光センサ8に入射される光の光強度を示すデータであり、磁気光学効果測定装置10の外光ノイズのデータである。具体的には、白色光源1をオフにした状態で検光子角度θを所定の角度刻みで(例えば、0.5°刻みで)変化させながら光センサ8によって各波長成分の光強度が測定される。測定された各波長成分の光強度がバックグラウンドデータとして演算装置9に保存される。図4は、取得されるバックグラウンドデータの内容を概念的に示すグラフである。横軸は波長λを表しており、縦軸は光強度Iを示している。バックグラウンドデータは、各検光子角度θについて、波長λと光強度Iとの関係を示すデータとして生成される。検光子角度θについてのバックグラウンドデータは、以下、IBG θ(λ)と記載する。
First, background data is acquired (step S01). The background data is data indicating the light intensity of light incident on the
続いて、サンプルSにおいてファラデー効果を発現させながら測定が行われる。具体的には、まず、サンプルSに印加される磁場Hが所望の値に設定される(ステップS02)。磁場Hの制御は、励磁電源4から電磁石3に供給される励磁電流を制御することによって行われる。
Subsequently, measurement is performed while causing the Faraday effect in the sample S. Specifically, first, the magnetic field H applied to the sample S is set to a desired value (step S02). The magnetic field H is controlled by controlling the excitation current supplied from the
更に、検光子角度θが所望の角度に設定される(ステップS03)。初期的には、ステップS03において検光子角度θが0°に設定される。 Further, the analyzer angle θ is set to a desired angle (step S03). Initially, the analyzer angle θ is set to 0 ° in step S03.
続いて、スペクトルデータが取得される(ステップS04)。スペクトルデータとは、光センサ8に入射する光の波長λと光強度Iとの関係を示すデータである。具体的には、白色光源1がオンされてサンプルSに白色光である直線偏光が偏光子2から入射される。結果として、サンプルSを通過した直線偏光のうち検光子5を通過した光が分光器7に入射し、更に、分光器7に入射した各波長成分は、光の波長に応じた位置において光センサ8に入射することになる。更に、光センサ8は、入射した光の各波長成分の光強度を測定する。これにより、ステップS02において設定された磁場H、及び、ステップS03において設定された検光子角度θについて、光センサ8に入射する光の波長λと光強度Iとの関係を示すスペクトルデータが取得される。
Subsequently, spectrum data is acquired (step S04). The spectrum data is data indicating the relationship between the wavelength λ of light incident on the
検光子角度θを所定の角度刻み(例えば、0.5°)で順次に増加させながら、上述のステップS03、S04の処理が繰り返して行われる。即ち、ステップS04で測定を行った検光子角度θが終了角度(本実施形態では、180°)である場合にはステップS06に測定手順が進み、そうでない場合には、ステップS03において検光子角度θを所定の角度刻みだけ増加させた上で、ステップS04におけるスペクトルデータの取得が再度に行われる(ステップS05)。これにより、ステップS02において設定された磁場Hについて、検光子5の角度をパラメータとした場合の光センサ8に入射する光の波長λと光強度Iとの関係を示すスペクトルデータが取得される。
The steps S03 and S04 described above are repeated while sequentially increasing the analyzer angle θ by a predetermined angle unit (for example, 0.5 °). That is, if the analyzer angle θ measured in step S04 is the end angle (180 ° in the present embodiment), the measurement procedure proceeds to step S06, and if not, the analyzer angle in step S03. After increasing θ by a predetermined angular step, the spectrum data is acquired again in step S04 (step S05). Thereby, with respect to the magnetic field H set in step S02, spectral data indicating the relationship between the wavelength λ of light incident on the
図5は、得られるスペクトルデータの内容を概念的に示す図である。横軸は波長λを表しており、縦軸は光強度Iを示している。以下では、ある磁場H、ある検光子角度θについて得られたスペクトルデータをIH,θ(λ)と記載することがある。 FIG. 5 is a diagram conceptually showing the contents of the obtained spectrum data. The horizontal axis represents the wavelength λ, and the vertical axis represents the light intensity I. Hereinafter, spectral data obtained for a certain magnetic field H and a certain analyzer angle θ may be described as I H, θ (λ).
ここで、サンプルSから出射される直線偏光は、ファラデー効果によりサンプルSに入射する直線偏光と異なる角度の偏光面、具体的には、ファラデー回転角θFの角度の偏光面を有している。よって、検光子角度θがサンプルSから出射される直線偏光の偏光面と90°をなす場合に光センサ8に入射される光の光強度Iが最小になる。ただし、ファラデー回転角θFは波長によって異なるから、光センサ8に入射される光の光強度Iが最小になる検光子角度θMINも波長によって異なることになる。
Here, linearly polarized emitted from the sample S is the plane of polarization of an angle different from the linearly polarized light incident on the sample S by the Faraday effect, in particular, has the polarization plane of the angle of Faraday rotation angle theta F . Therefore, when the analyzer angle θ is 90 ° with the plane of polarization of the linearly polarized light emitted from the sample S, the light intensity I of the light incident on the
上述のステップS02〜S05は、磁場Hを変化させながら繰り返して行われる。即ち、ステップS03〜S05の測定を行った磁場Hが終了磁場である場合にはステップS07に測定手順が進み、そうでない場合には、ステップS02において磁場Hを異なる所望値に設定した上で、ステップS03〜S05によるスペクトルデータの取得が再度に行われる(ステップS06)。例えば、1kOe、2kOe、3kOe、4kOe、5kOeの磁場Hについて、ステップS03〜S05によるスペクトルデータの取得が行われる。 The above steps S02 to S05 are repeated while changing the magnetic field H. That is, if the magnetic field H measured in steps S03 to S05 is an end magnetic field, the measurement procedure proceeds to step S07. If not, the magnetic field H is set to a different desired value in step S02. The spectrum data is acquired again in steps S03 to S05 (step S06). For example, for the magnetic field H of 1 kOe, 2 kOe, 3 kOe, 4 kOe, and 5 kOe, the spectrum data is acquired in steps S03 to S05.
所望の各磁場Hについてスペクトルデータが取得された後、取得されたスペクトルデータからファラデー回転角θFが演算される(ステップS07)。ファラデー回転角θFは、各磁場H、各波長λについて算出される。 After the spectrum data is acquired for each desired magnetic field H, the Faraday rotation angle θ F is calculated from the acquired spectrum data (step S07). The Faraday rotation angle θ F is calculated for each magnetic field H and each wavelength λ.
詳細には、まず、ステップS02〜S06で得られたスペクトルデータIH,θ(λ)からステップS01で得られたバックグラウンドデータIBG θ(λ)を減算することによりスペクトルデータが補正される。ある磁場H、ある検光子角度θについての補正後のスペクトルデータをI^H,θ(λ)とすると、
I^H,θ(λ)=IH,θ(λ)−IBG θ(λ) ・・・(2)
である。
Specifically, first, the spectral data is corrected by subtracting the background data I BG θ (λ) obtained in step S01 from the spectral data I H, θ (λ) obtained in steps S02 to S06. . When spectrum data after correction for a certain magnetic field H and a certain analyzer angle θ is I ^ H, θ (λ),
I ^ H, θ (λ) = I H, θ (λ) −I BG θ (λ) (2)
It is.
更に、補正後のスペクトルデータI^H,θ(λ)が、各磁場、各波長について、検光子角度θと光強度Iとの関係を示す角度−光強度データに変換される。例えば、図5において、例えばλ=λ1の直線上にある各検光子角度θについての光強度Iを抽出することにより、波長λ1についての光強度Iと検光子角度θとの関係を得ることができる。以下では、ある磁場H、ある波長λについての角度−光強度データをIH,λ(θ)と記載する。図6(a)、(b)、(c)は、それぞれ、特定の磁場Hについて、波長λ1、λ2、λ3について得られた角度−光強度データIH,λ(θ)を示している。 Further, the corrected spectrum data I ^ H, θ (λ) is converted into angle-light intensity data indicating the relationship between the analyzer angle θ and the light intensity I for each magnetic field and each wavelength. For example, in FIG. 5, the relationship between the light intensity I for the wavelength λ 1 and the analyzer angle θ is obtained by extracting the light intensity I for each analyzer angle θ on a straight line, for example, λ = λ 1. be able to. Hereinafter, the angle-light intensity data for a certain magnetic field H and a certain wavelength λ is described as I H, λ (θ). 6A, 6B, and 6C show the angle-light intensity data I H and λ (θ) obtained for the wavelengths λ 1 , λ 2 , and λ 3 for the specific magnetic field H, respectively. ing.
更に、角度−光強度データIH,λ(θ)からファラデー回転角θF、即ち、サンプルSにおける偏光面の回転角が算出される。ファラデー回転角θFは、様々な方法により算出できる。 Further, the Faraday rotation angle θ F , that is, the rotation angle of the polarization plane in the sample S is calculated from the angle-light intensity data I H, λ (θ). The Faraday rotation angle θ F can be calculated by various methods.
まず、ある磁場H、ある波長λについて得られた角度−光強度データIH,λ(θ)において光強度Iが最小となっている検光子角度θMIN’を、そのまま、ある磁場H、ある波長λにおけるファラデー回転角θFの算出に使用してもよい。この場合、ある磁場H、ある波長λにおけるファラデー回転角θFは、角度−光強度データIH,λ(θ)において光強度Iが最小となっている検光子角度θMIN’から、
θF=θMIN’−90° ・・・(3)
として算出される。
First, the analyzer angle θ MIN ′ at which the light intensity I is the smallest in the angle-light intensity data I H, λ (θ) obtained for a certain magnetic field H and a certain wavelength λ is used as it is. You may use for calculation of Faraday rotation angle (theta) F in wavelength (lambda). In this case, the Faraday rotation angle θ F at a certain magnetic field H and a certain wavelength λ is obtained from the analyzer angle θ MIN ′ where the light intensity I is minimum in the angle-light intensity data I H, λ (θ).
θ F = θ MIN '−90 ° (3)
Is calculated as
しかしながら、角度−光強度データIH,λ(θ)において光強度Iが最小となっている検光子角度θMIN’をそのままファラデー回転角θFの算出に使用するのではなく、以下に述べられるようなデータフィッティングにより、ファラデー回転角θFを求めることが好ましい。なぜなら、上述の測定手順では、角度−光強度データIH,λ(θ)が所定の角度刻みの検光子角度θでしか取得されていないからである。実際は、角度−光強度データIH,λ(θ)が取得されていない検光子角度θにおいて光強度Iが最小となる場合もあり得る。データフィッティングにより光強度Iが最小となる検光子角度θMIN及び/又はファラデー回転角θFを求めることで、角度θMIN及び/又はファラデー回転角θFをより正確に求めることができる。 However, the analyzer angle θ MIN ′ at which the light intensity I is minimum in the angle-light intensity data I H, λ (θ) is not used as it is for the calculation of the Faraday rotation angle θ F but is described below. It is preferable to obtain the Faraday rotation angle θ F by such data fitting. This is because, in the measurement procedure described above, the angle-light intensity data I H, λ (θ) is acquired only at the analyzer angle θ in predetermined angular increments. Actually, the light intensity I may be minimized at the analyzer angle θ where the angle-light intensity data I H, λ (θ) is not acquired. By obtaining the analyzer angle θ MIN and / or the Faraday rotation angle θ F that minimizes the light intensity I by data fitting, the angle θ MIN and / or the Faraday rotation angle θ F can be obtained more accurately.
図7Aは、ある磁場H、波長λについてファラデー回転角θFを算出するための第1のデータフィッティング方法を示すグラフである。まず、ある磁場H、波長λについて取得された角度−光強度データIH,λ(θ)から、光強度Iが最小となっている検光子角度θMIN’を含む特定範囲の光強度のデータが抽出される。図7Aは、抽出されたデータの内容を概念的に示している。一実施形態では、該磁場H、波長λについて取得されたスペクトルデータから、検光子5の角度がθMIN’−θAからθMIN’+θAの範囲のデータが抜き出される。θAは、一例としては5〜15°程度に選ばれる。更に、抽出されたデータが2次の近似曲線(例えば、I=αθ2+βθ+γ(α<0))でフィッティングされ、その近似曲線の頂点の位置に対応する角度θが該磁場H、波長λについて光強度Iを最小とする検光子角度θMINとして算出される。更に、下記式(4):
θF=θMIN−90° ・・・(4)
によって、ファラデー回転角θFが算出される。
FIG. 7A is a graph showing a first data fitting method for calculating the Faraday rotation angle θ F for a certain magnetic field H and wavelength λ. First, from the angle-light intensity data I H, λ (θ) acquired for a certain magnetic field H and wavelength λ, light intensity data in a specific range including the analyzer angle θ MIN ′ where the light intensity I is minimum. Is extracted. FIG. 7A conceptually shows the contents of the extracted data. In one embodiment, data in which the angle of the analyzer 5 is in the range of θ MIN '−θ A to θ MIN ' + θ A is extracted from the spectral data acquired for the magnetic field H and the wavelength λ. θ A is selected to be about 5 to 15 ° as an example. Further, the extracted data is fitted with a quadratic approximate curve (for example, I = αθ 2 + βθ + γ (α <0)), and the angle θ corresponding to the position of the apex of the approximate curve corresponds to the magnetic field H and wavelength λ. It is calculated as an analyzer angle θ MIN that minimizes the light intensity I. Further, the following formula (4):
θ F = θ MIN −90 ° (4)
Thus, the Faraday rotation angle θ F is calculated.
図7Bは、ある磁場H、波長λについてファラデー回転角θFを算出するための第2のデータフィッティング方法を示すグラフである。図7Bを参照して、第2の算出方法では、ある磁場H、波長λについて得られた角度−光強度データIH,λ(θ)の全体が余弦関数でフィッティングされる。例えば、下記式(5):
θF=φ ・・・(6)
として算出可能である。
FIG. 7B is a graph showing a second data fitting method for calculating the Faraday rotation angle θ F for a certain magnetic field H and wavelength λ. Referring to FIG. 7B, in the second calculation method, the entire angle-light intensity data I H, λ (θ) obtained for a certain magnetic field H and wavelength λ is fitted with a cosine function. For example, the following formula (5):
θ F = φ (6)
Can be calculated as
続いて、ベルデ定数の算出が行われる(ステップS08)。ベルデ定数をV、サンプルSの厚さ(即ち、サンプルSの中で直線偏光が伝播する距離)をdとすると、磁場Hとファラデー回転角θFの間には、
θF=VHd ・・・(7a)
という関係があるから、図8に図示されているように、ベルデ定数は、横軸に磁場H、縦軸にファラデー回転角θFをとったグラフの傾きとして算出可能である。具体的には、ある波長λにおける磁場Hとファラデー回転角θFの関係を関数θF=mHによってフィッティングして傾きmが求められ、求められた傾きmから、該波長におけるベルデ定数V(λ)が、次式(7)
V(λ)=m/d ・・・(7b)
として算出される。各波長λについて同様の演算を行うことで、ベルデ定数の波長依存性を同定することができる。例えば、波長λ1、λ2、λ3について得られた傾きmが、それぞれ、m1、m2、m3である場合には、波長λ1、λ2、λ3のベルデ定数V(λ1)、V(λ2)、V(λ3)は、それぞれ、
V(λ1)=m1/d
V(λ2)=m2/d
V(λ3)=m2/d ・・・(8)
として算出可能である。
Subsequently, the Verde constant is calculated (step S08). When the Verde constant is V and the thickness of the sample S (that is, the distance through which the linearly polarized light propagates in the sample S) is d, the magnetic field H and the Faraday rotation angle θ F are
θ F = VHd (7a)
Therefore, as shown in FIG. 8, the Verde constant can be calculated as the slope of a graph with the magnetic field H on the horizontal axis and the Faraday rotation angle θ F on the vertical axis. Specifically, the slope m is obtained by fitting the relationship between the magnetic field H and the Faraday rotation angle θ F at a certain wavelength λ using the function θ F = mH. From the obtained slope m, the Verde constant V (λ ) Is the following formula (7)
V (λ) = m / d (7b)
Is calculated as By performing the same calculation for each wavelength λ, the wavelength dependence of the Verde constant can be identified. For example, when the slopes m obtained for the wavelengths λ 1 , λ 2 , and λ 3 are m 1 , m 2 , and m 3 , respectively, the Verde constant V (λ) of the wavelengths λ 1 , λ 2 , and λ 3 1 ), V (λ 2 ), V (λ 3 ) are respectively
V (λ 1 ) = m 1 / d
V (λ 2 ) = m 2 / d
V (λ 3 ) = m 2 / d (8)
Can be calculated as
本実施形態の磁気光学効果測定装置10の利点は、ベルデ定数の波長依存性の測定にかかる時間を短縮することができることにある。本実施形態の磁気光学効果測定装置10は、白色光である直線偏光がサンプルSに入射されると共に、検光子5から出射された光を分光することにより各波長成分の光強度が測定される。このため、波長について走査を行うことなく複数の波長のベルデ定数を測定できる。よって、波長依存性の測定にかかる時間を短縮することができる。
The advantage of the magneto-optical
また、第1の実施形態において、光センサ8としてエリアセンサを用いれば、更に、下記の2つの利益が得られる。第1に、光センサ8としてエリアセンサを用いることで、ダイナミックレンジを拡大することができる。図9に図示されているように、分光器7から光センサ8に入射される分光器7から光センサ8に入射される各波長の光の光スポットは波長が変化する方向と垂直な方向に延伸している。図9には、波長λ1、λ2、λ3の光の光センサ8の表面における光スポットが、それぞれ、符号51、52、53によって示されている。したがって、エリアセンサを用いることで、各波長について多くの光を取り込んでダイナミックレンジを拡大することができる。第2に、図10に図示されているように、磁気光学効果測定装置10の光学系の収差によって光センサ8に入射される光の各波長の光スポットが直線状にならない場合でも、エリアセンサを用いることで、光スポットの形状に合わせて各波長成分の光強度の測定を行うことができる。例えば、各波長について光強度を測定する光センサ8の領域をソフトウェアで指定することにより、各波長成分の光強度を正確に測定し、ひいてはファラデー回転角θFの測定の正確性を向上させることができる。図10では、波長λ1、λ2、λ3の光の光センサ8の表面における光スポットが、それぞれ、符号51a、52a、53aによって示されている。
In the first embodiment, if an area sensor is used as the
なお、第1の実施形態において、測定に用いられる光源は、白色光源1に限定されない。測定に用いられる光源は、測定を希望する複数の波長の波長成分を有する多色光を発生する光源(白色光源1もそのような光源の一種である)であればよい。
In the first embodiment, the light source used for measurement is not limited to the
また、ステップS01においてバックグラウンドデータは、単に測定精度を向上させるために使用されるデータであり、バックグラウンドデータを用いたスペクトルデータの補正を行うことは本実施形態において必須ではないことに留意されたい。(例えば、外光が少ない環境で使用される場合のように)外光ノイズが問題にならない場合には、バックグラウンドデータを用いたスペクトルデータの補正を行う必要はない。また、バックグラウンドデータの取得は、サンプルSの測定毎に行う必要は必ずしもない。 Further, it is noted that the background data in step S01 is data that is simply used to improve the measurement accuracy, and it is not essential in the present embodiment to correct the spectrum data using the background data. I want. When external light noise is not a problem (for example, when used in an environment with little external light), it is not necessary to correct spectral data using background data. Further, it is not always necessary to acquire the background data every time the sample S is measured.
第2の実施形態:
図11は、本発明の第2の実施形態の磁気光学効果測定装置10の構成を示す構成図である。第2の実施形態の磁気光学効果測定装置10も、第1の実施形態と同様に、サンプルSのベルデ定数を測定するように構成されており、白色光源1と、偏光子2と、電磁石3と、励磁電源4と、検光子5と、分光器7と、光センサ8と、演算装置9とを備えている。
Second embodiment:
FIG. 11 is a configuration diagram showing the configuration of the magneto-optical
第2の実施形態では、第1の実施形態と異なり、検光子5が固定であり、検光子5の回転機構を駆動する駆動回路が設けられていないことに留意されたい。これは、第2の実施形態では、波長λの走査を行わない上に検光子角度θの走査も行わないことで、ベルデ定数の測定に要する時間を一層に短縮するためである。第2の実施形態では、以下に述べられる手順でベルデ定数の測定を行うことにより、検光子角度θを固定しながらベルデ定数の波長依存性が得られている。なお、以下に述べられる第2の実施形態の測定手順の説明では、検光子5の透過軸の角度(即ち、検光子角度θ)を90°であると定義する。更に、偏光子2の透過軸の角度と、検光子5の透過軸の角度が一致する場合に、偏光子2の角度が90°であると定義する。また、偏光子2の角度を、偏光子角度θPという。即ち、偏光子角度θPが0°であり、かつ、サンプルSにおいてファラデー効果が発現しない場合、光センサ8によって検出される光強度は(原理的には)ゼロになることになる。
It should be noted that, in the second embodiment, unlike the first embodiment, the analyzer 5 is fixed and no drive circuit for driving the rotation mechanism of the analyzer 5 is provided. This is because, in the second embodiment, the time required for the measurement of the Verde constant is further shortened by not performing the scanning of the wavelength λ and the scanning of the analyzer angle θ. In the second embodiment, the wavelength dependency of the Verde constant is obtained while fixing the analyzer angle θ by measuring the Verde constant according to the procedure described below. In the description of the measurement procedure of the second embodiment described below, the angle of the transmission axis of the analyzer 5 (that is, the analyzer angle θ) is defined as 90 °. Furthermore, it is defined that the angle of the
図12は、第2の実施形態の磁気光学効果測定装置10によるベルデ定数の測定手順を示すフローチャートである。第2の実施形態におけるベルデ定数の測定手順は、下記のような原理に基づいている。サンプルSに白色光の直線偏光が入射されている状態でサンプルSにおいてファラデー回転が発生すると、光センサ8に入射される光の光強度は、ファラデー回転がない場合(即ち、磁場が印加されていない場合)の光強度から変化する。ここで、第2の実施形態では、ファラデー回転角θFが微小である場合には検光子5を通過する光の光強度Iの変化量がファラデー回転角θFに比例すると近似できることを利用する。ファラデー回転角θFと光強度Iの変化量との関係を事前に測定しておけば、逆に、ファラデー回転が起こっている場合の光強度Iと、ファラデー回転が起こっていない場合の光強度Iの差分からファラデー回転角θFを算出できる。そこで、本実施形態では、ファラデー回転角θFと光強度Iの変化量との関係を示す回転角−光強度変化データを事前に取得しておき、この回転角−光強度変化データを用いてファラデー回転角θFが算出される。ここで、サンプルSの磁場を印加しない状態で偏光子角度θPを所定角度だけ微小に変化させることでサンプルSにおいてファラデー回転が発生した場合の光センサ8の状態が擬似的に再現され、この状態でセンサ8に入射される光の各波長成分の光強度Iの変化量を測定することで回転角−光強度変化データが容易される。測定された各波長成分の光強度Iの変化量が、ファラデー回転角θFと光強度Iの変化量との関係を示すデータとして利用される。
FIG. 12 is a flowchart showing a procedure for measuring the Verde constant by the magneto-optical
本実施形態では、回転角−光強度変化データとして、ファラデー回転角1°あたりの光強度Iの変化率の波長依存性α(λ)が事前に取得され(ステップS11)、この光強度Iの変化率の波長依存性α(λ)を用いて、サンプルSにおいてファラデー回転を発現させた状態で得たスペクトルデータからファラデー回転角θFの波長依存性が算出される。更に、算出されたファラデー回転角θFの波長依存性からベルデ定数の波長依存性が算出される。以下、第2の実施形態におけるベルデ定数の測定手順を詳細に説明する。
In the present embodiment, the wavelength dependency α (λ) of the rate of change of the light intensity I per
第2の実施形態の測定手順では、まず、事前スペクトル測定が行われる(ステップS11)。事前スペクトル測定とは、サンプルSにおけるファラデー回転角1°あたりの光強度Iの変化率の波長依存性α(λ)を得るためのスペクトルデータの測定のことである。具体的には、まず、磁場Hがゼロに設定され、且つ、偏光子角度θPを特定角度θP_SETに設定した状態で白色光源1がオンにされる。特定角度θP_SETは、0°<θP<90°又は90°<θP<180°である所定の角度である。白色光源1及び偏光子2により生成された白色光の直線偏光のうち検光子5を通過した成分が分光器7に入射され、更に、光センサ8に到達する。このときに光センサ8に入射した光の光強度のスペクトルデータが測定される。ここで、偏光子角度θが45°である場合にファラデー回転角θFに対する光強度Iの変化量が大きくなると共に、ファラデー回転角θFに対する光強度Iの変化量との間の関係の線形性が良好になるから、特定角度θP_SETは、45°の近傍である、より具体的には、43°〜47°の範囲である(即ち、サンプルSにおける偏光面の回転が無い場合に検光子5に入射する直線偏光の偏光面と検光子5の透過軸の角度が43°〜47°の範囲である)ことが好ましく、45°であることが最も好ましい。本実施形態では、偏光子角度θが設定される特定角度θP_SETが45°であるとして説明を行う。ここで得られたスペクトルデータをISET(λ)と記載する。
In the measurement procedure of the second embodiment, first, a prior spectrum measurement is performed (step S11). The prior spectrum measurement is measurement of spectrum data for obtaining the wavelength dependency α (λ) of the rate of change of the light intensity I per Faraday rotation angle of 1 ° in the sample S. Specifically, first, the magnetic field H is set to zero, and a
続いて、偏光子角度θPを特定角度θP_SETから基準角θREFだけ回転させた状態で白色光源1がオンにされ、このときに光センサ8に入射した光の光強度スペクトルが測定される。このときも、磁場Hはゼロに設定される。基準角θREFは、例えば、1°である。これにより、サンプルSで基準角θREFだけファラデー回転が起こった場合のスペクトルデータを模擬的に得ることができる。ここで得られたスペクトルデータをIREF(λ)と記載する。
Subsequently, the
図13に図示されているように、偏光子角度θPを特定角度θP_SETから基準角θREFだけ変化させると、光強度にはΔIだけ変化が現れる。結果として、図14に図示されているように、偏光子角度θが特定角度θP_SETである場合の光強度スペクトルISET(λ)と基準角θREFだけ変化させた場合の光強度スペクトルIREF(λ)では、ΔI(λ)だけの変化が現れる。 As shown in FIG. 13, when the polarizer angle θ P is changed from the specific angle θ P_SET by the reference angle θ REF , the light intensity changes by ΔI. As a result, as shown in FIG. 14, the light intensity spectrum I REF when the polarizer angle θ is changed by the specific angle θ P_SET and the reference angle θ REF is changed by the light intensity spectrum I SET (λ). At (λ), a change of ΔI (λ) appears.
ファラデー回転角1°あたりの光強度Iの変化率の波長依存性α(λ)は、
α(λ)=ΔI(λ)/θREF ・・・(9)
として算出される。図15は、算出された波長依存性α(λ)を概念的に示すグラフである。ファラデー回転角1°あたりの光強度Iの変化率の波長依存性α(λ)のデータは、演算装置9に保存される。
The wavelength dependence α (λ) of the rate of change of the light intensity I per Faraday rotation angle of 1 ° is
α (λ) = ΔI (λ) / θ REF (9)
Is calculated as FIG. 15 is a graph conceptually showing the calculated wavelength dependency α (λ). Data on the wavelength dependence α (λ) of the rate of change of the light intensity I per Faraday rotation angle of 1 ° is stored in the
続いて、サンプルSにおいてファラデー効果を発現させながら測定が行われる。具体的には、まず、サンプルSに印加される磁場Hが所望の値に設定される(ステップS12)。磁場Hの制御は、励磁電源4から電磁石3に供給される励磁電流を制御することによって行われる。
Subsequently, measurement is performed while causing the Faraday effect in the sample S. Specifically, first, the magnetic field H applied to the sample S is set to a desired value (step S12). The magnetic field H is controlled by controlling the excitation current supplied from the
更に、偏光子角度θを特定角度θP_SET(=45°)に戻した状態でスペクトルデータが取得される(ステップS13)。具体的には、偏光子角度θを特定角度θP_SET(=45°)に戻した状態で白色光源1がオンされ、サンプルSに白色光である直線偏光が偏光子2から入射される。結果として、サンプルSを通過した直線偏光のうち検光子5を通過した光が分光器7に入射し、更に、分光器7に入射した各波長成分は、光の波長に応じた位置において光センサ8に入射することになる。更に、光センサ8は、入射した光の各波長成分の光強度を測定する。これにより、ステップS12において設定された磁場Hについて、光センサ8に入射する光の波長λと光強度Iとの関係を示すスペクトルデータが取得される。以下では、ある磁場Hについて得られたスペクトルデータをIH(λ)と記載することがある。
Further, spectrum data is acquired with the polarizer angle θ returned to the specific angle θ P_SET (= 45 °) (step S13). Specifically, the
上述のステップS12〜S13は、磁場Hを変化させながら繰り返して行われる。即ち、ステップS13の測定を行った磁場Hが終了磁場である場合にはステップS15に測定手順が進み、そうでない場合には、ステップS12において磁場Hを異なる所望値に設定した上で、ステップS13によるスペクトルデータの取得が再度に行われる(ステップS14)。例えば、1kOe、2kOe、3kOe、4kOe、5kOeの磁場Hについて、ステップS13によるスペクトルデータの取得が行われる。 Steps S12 to S13 described above are repeatedly performed while changing the magnetic field H. That is, if the magnetic field H measured in step S13 is the end magnetic field, the measurement procedure proceeds to step S15. If not, the magnetic field H is set to a different desired value in step S12, and then step S13. The spectrum data is acquired again by (Step S14). For example, for the magnetic field H of 1 kOe, 2 kOe, 3 kOe, 4 kOe, and 5 kOe, the spectrum data is acquired in step S13.
所望の各磁場HについてスペクトルデータIH(λ)が取得された後、取得されたスペクトルデータIH(λ)からファラデー回転角θFが演算される(ステップS15)。ファラデー回転角θFは、各磁場H、各波長λについて算出される。以下に述べられるように、ファラデー回転角θFの算出には、ステップS11で得られたファラデー回転角1°あたりの光強度Iの変化率の波長依存性α(λ)と、偏光子角度θが特定角度θP_SET(=45°)に設定され、且つ、磁場Hがゼロである状態で得られたスペクトルデータISET(λ)が用いられる。
After the spectrum data I H (λ) is acquired for each desired magnetic field H, the Faraday rotation angle θ F is calculated from the acquired spectrum data I H (λ) (step S15). The Faraday rotation angle θ F is calculated for each magnetic field H and each wavelength λ. As described below, for calculating the Faraday rotation angle θ F , the wavelength dependence α (λ) of the rate of change of the light intensity I per
図16の(a)は、ステップS12〜S14で得られたスペクトルデータIH(λ)を概念的に示している。 FIG. 16A conceptually shows the spectrum data I H (λ) obtained in steps S12 to S14.
まず、ステップS12〜S14で得られたスペクトルデータIH(λ)から、ステップS11で得られたスペクトルデータISET(λ)を減算した差分スペクトルデータΔIP_SET(λ)が算出される。ここで、ステップS11で得られたスペクトルデータISET(λ)が、偏光子角度θが特定角度θP_SET(=45°)に設定され、且つ、磁場Hがゼロである状態で得られていることに留意されたい。図16の(b)は、差分スペクトルデータΔIP_SET(λ)を概念的に示している。 First, difference spectrum data ΔIP_SET (λ) is calculated by subtracting the spectrum data I SET (λ) obtained in step S11 from the spectrum data I H (λ) obtained in steps S12 to S14. Here, the spectrum data I SET (λ) obtained in step S11 is obtained in a state where the polarizer angle θ is set to the specific angle θ P_SET (= 45 °) and the magnetic field H is zero. Please note that. FIG. 16B conceptually shows the difference spectrum data ΔIP_SET (λ).
ファラデー回転角θFの波長依存性θF(λ)は、差分スペクトルデータΔIP_SET(λ)を、ステップS11で得られたファラデー回転角1°あたりの光強度Iの変化率の波長依存性α(λ)で割ることによって得られる。即ち、ファラデー回転角θFの波長依存性θF(λ)は、次式(10)で得られる:
θF(λ)=ΔIP_SET(λ)/α(λ) ・・・(10)
図16(c)は、ファラデー回転角θFの波長依存性θF(λ)を概念的に示している。
The wavelength dependency θ F (λ) of the Faraday rotation angle θ F is the wavelength dependency α of the change rate of the light intensity I per
θ F (λ) = ΔI P_SET (λ) / α (λ) (10)
FIG. 16C conceptually shows the wavelength dependence θ F (λ) of the Faraday rotation angle θ F.
続いて、ファラデー回転角θFの波長依存性θF(λ)からベルデ定数の波長依存性V(λ)が算出される(ステップS16)。第1の実施形態と同様に、各波長λにおける磁場Hとファラデー回転角θF(λ)の関係を関数θF(λ)=m(λ)Hによってフィッティングすることで傾きm(λ)が求められ、求められた傾きm(λ)から、該波長におけるベルデ定数V(λ)が、次式(11)
V(λ)=m(λ)/d ・・・(11)
として算出される。ここで、dは、サンプルSの厚さである。
Subsequently, the wavelength dependency V (λ) of the Verde constant is calculated from the wavelength dependency θ F (λ) of the Faraday rotation angle θ F (step S16). Similar to the first embodiment, the slope m (λ) is obtained by fitting the relationship between the magnetic field H and the Faraday rotation angle θ F (λ) at each wavelength λ with the function θ F (λ) = m (λ) H. From the obtained slope m (λ), the Verde constant V (λ) at the wavelength is expressed by the following equation (11).
V (λ) = m (λ) / d (11)
Is calculated as Here, d is the thickness of the sample S.
第2の実施形態の磁気光学効果測定装置10でも、第1の実施形態と同様に、波長についての走査を行うことなく複数の波長のベルデ定数を測定できる。加えて、第2の実施形態では、検光子角度θを固定したままで走査も行わずに複数の波長のベルデ定数を測定できる。したがって、波長依存性の測定にかかる時間を一層に短縮することができる。
Also in the magneto-optical
なお、上述の第2の実施形態の事前スペクトル測定(ステップS11)では、偏光子角度θを特定角度θP_SETに設定した状態で得られたスペクトルデータISET(λ)と、偏光子角度θをθP_SET+θREFに設定した状態で得られたスペクトルデータIREF(λ)からファラデー回転角1°あたりの光強度Iの変化率の波長依存性α(λ)のデータが算出されているが、光強度Iの変化率の波長依存性α(λ)のデータの算出に使用されるスペクトルデータを得る偏光子角度θPは、θP_SET、θP_SET+θREFには限定されない。光強度Iの変化率の波長依存性α(λ)は、ステップS13で設定される特定角度θP_SETの近傍の少なくとも2つの偏光子角度θPについて磁場Hがゼロである状態で取得されたスペクトルデータを用いて算出できる。 In the prior spectrum measurement of the second embodiment described above (step S11), the spectrum data I SET (λ) obtained with the polarizer angle θ set to the specific angle θ P_SET and the polarizer angle θ are calculated. Data of the wavelength dependence α (λ) of the rate of change of the light intensity I per Faraday rotation angle of 1 ° is calculated from the spectrum data I REF (λ) obtained in the state set to θ P_SET + θ REF . The polarizer angle θ P for obtaining spectral data used for calculating the data of the wavelength dependency α (λ) of the rate of change of the light intensity I is not limited to θ P_SET and θ P_SET + θ REF . The wavelength dependence α (λ) of the rate of change of the light intensity I is a spectrum obtained in a state where the magnetic field H is zero for at least two polarizer angles θ P in the vicinity of the specific angle θ P_SET set in step S13. It can be calculated using the data.
例えば、図17乃至図19を参照して、ファラデー回転角1°あたりの光強度Iの変化率の波長依存性α(λ)のデータは、偏光子角度θをθP_SET+θREFに設定した状態で得られたスペクトルデータIREF+(λ)と、偏光子角度θをθP_SET−θREFに設定した状態で得られたスペクトルデータIREF−(λ)から、下記式によって算出されてもよい:
α(λ)=ΔI’(λ)/2θREF
={IREF+(λ)−IREF−(λ)}/2θREF ・・・(12)
式(12)を用いて光強度Iの変化率の波長依存性α(λ)を算出することは、(基準角θREFを過剰に大きくしない限り)線形性を維持したままスペクトルデータの差分ΔI’(λ)を大きくできるので、波長依存性α(λ)をより正確に算出できる利点がある。
For example, referring to FIG. 17 to FIG. 19, the data of the wavelength dependence α (λ) of the rate of change of the light intensity I per Faraday rotation angle of 1 ° is a state where the polarizer angle θ is set to θ P_SET + θ REF in the obtained spectrum data I REF + (λ), a polarizer angle theta of θ P_SET -θ REF spectral data obtained in the set state I REF- (λ), it may be calculated by the following equation:
α (λ) = ΔI ′ (λ) / 2θ REF
= {I REF + (λ) −I REF− (λ)} / 2θ REF (12)
The calculation of the wavelength dependence α (λ) of the rate of change of the light intensity I using the equation (12) means that the difference ΔI of the spectral data is maintained while maintaining the linearity (unless the reference angle θ REF is excessively increased). Since '(λ) can be increased, there is an advantage that the wavelength dependency α (λ) can be calculated more accurately.
また、光強度Iの変化率の波長依存性α(λ)は、ステップS13で設定される特定角度θP_SETの近傍の3つ以上の偏光子角度θPについて磁場Hがゼロである状態で取得されたスペクトルデータを用いて算出することもできる。 Further, the wavelength dependence α (λ) of the rate of change of the light intensity I is acquired in a state where the magnetic field H is zero for three or more polarizer angles θ P in the vicinity of the specific angle θ P_SET set in step S13. It is also possible to calculate using the obtained spectrum data.
また、図20は、第2の実施形態のベルデ定数の測定手順の変形例を示すフローチャートである。図20のベルデ定数の測定手順は、光強度Iの変化量がファラデー回転角θFに比例すると近似できる領域を最大限に利用することを意図している。偏光子角度θPが45°に設定され、検光子角度θが90°に設定されている場合、検光子5に入射される直線偏光の角度が45°−δ以上45°+δ以下の範囲(δは適切に設定された微小な角度)であれば、光強度Iの変化量がファラデー回転角θFに比例することになる。光強度Iの変化量の絶対値が大きいほうがSN比を向上できるから、検光子5に入射される直線偏光の角度が45°−δから45°+δの範囲のなるべく広い範囲をカバーするようにファラデー回転角θFを変化させて測定が行われることが好ましい。しかしながら、図12に図示されたベルデ定数の測定手順では、45°から45°+δの範囲しか利用されていない。以下では、光強度Iの変化量がファラデー回転角θFに比例すると近似できる領域を有効に利用するためのベルデ定数の測定手順が提示される。 FIG. 20 is a flowchart illustrating a modified example of the Verde constant measurement procedure according to the second embodiment. Measurement procedure of the Verdet constant of Figure 20 is intended to take full region in which the amount of change in the light intensity I can be approximated to be proportional to the Faraday rotation angle theta F. Polarizer angle theta P is set to 45 °, if the analyzer angle theta is set to 90 °, the angle of the linearly polarized light incident on the analyzer 5 is 45 ° - [delta least 45 ° + [delta] following ranges ( if δ is appropriately configured minute angle), so that the variation of the light intensity I is proportional to the Faraday rotation angle theta F. Since the SN ratio can be improved when the absolute value of the change amount of the light intensity I is large, the angle of the linearly polarized light incident on the analyzer 5 covers as wide a range as possible from 45 ° -δ to 45 ° + δ. measured by changing the Faraday rotation angle theta F is preferably performed. However, the Verde constant measurement procedure illustrated in FIG. 12 uses only the range of 45 ° to 45 ° + δ. In the following, a procedure for measuring the Verde constant for effectively using a region that can be approximated when the amount of change in the light intensity I is proportional to the Faraday rotation angle θ F is presented.
まず、事前スペクトル測定が行われ、ファラデー回転角1°あたりの光強度Iの変化率の波長依存性α(λ)が取得される(ステップS21)。光強度Iの変化率の波長依存性α(λ)は、偏光子角度θを特定角度θP_SETに設定した状態で得られたスペクトルデータISET(λ)と、偏光子角度θをθP_SET+θREFに設定した状態で得られたスペクトルデータIREF(λ)から、式(9)を用いて算出されてもよい。その代わりに、光強度Iの変化率の波長依存性α(λ)は、偏光子角度θをθP_SET+θREFに設定した状態で得られたスペクトルデータIREF+(λ)と、偏光子角度θをθP_SET−θREFに設定した状態で得られたスペクトルデータIREF−(λ)から、式(12)を用いて算出されてもよい。ただし、後述の理由により、図20のベルデ定数の測定手順では、式(12)を用いて光強度Iの変化率の波長依存性α(λ)を算出することが好ましい。 First, prior spectrum measurement is performed, and the wavelength dependency α (λ) of the rate of change of the light intensity I per Faraday rotation angle of 1 ° is acquired (step S21). The wavelength dependence α (λ) of the rate of change of the light intensity I is determined by the spectral data I SET (λ) obtained in a state where the polarizer angle θ is set to the specific angle θ P_SET , and the polarizer angle θ is θ P_SET + θ. It may be calculated from the spectral data I REF (λ) obtained in the state set to REF using the equation (9). Instead, the wavelength dependence α (λ) of the rate of change of the light intensity I is determined by comparing the spectral data I REF + (λ) obtained with the polarizer angle θ set to θ P_SET + θ REF and the polarizer angle θ. May be calculated using Equation (12) from spectrum data I REF− (λ) obtained in a state where is set to θ P_SET −θ REF . However, for the reasons described later, in the Verde constant measurement procedure of FIG. 20, it is preferable to calculate the wavelength dependency α (λ) of the rate of change of the light intensity I using the equation (12).
続いて、サンプルSにおいてファラデー効果を発現させながら測定が行われる。ここで、図20の測定手順では、各磁場Hについて、磁場Hの向きを反転させながら2回スペクトルデータが取得される(ステップS22〜S25)。詳細には、まず、サンプルS中における直線偏光の伝播方向と同一の方向(以下、「+方向」という。)に磁場Hが印加される(ステップS22)。更に、偏光子角度θが特定角度θP_SET(=45°)に設定された状態でスペクトルデータが取得される(ステップS22)。具体的には、偏光子角度θを特定角度θP_SET(=45°)に設定した状態で白色光源1がオンされ、サンプルSに白色光である直線偏光が偏光子2から入射される。結果として、サンプルSを通過した直線偏光のうち検光子5を通過した光が分光器7に入射し、更に、分光器7に入射した各波長成分は、光の波長に応じた位置において光センサ8に入射することになる。更に、光センサ8は、入射した光の各波長成分の光強度を測定する。これにより、ステップS22において設定された磁場Hについて、光センサ8に入射する光の波長λと光強度Iとの関係を示すスペクトルデータが取得される。以下では、ステップS22において+方向の磁場Hについて得られたスペクトルデータをIH+(λ)と記載することがある。
Subsequently, measurement is performed while causing the Faraday effect in the sample S. Here, in the measurement procedure of FIG. 20, for each magnetic field H, spectrum data is acquired twice while reversing the direction of the magnetic field H (steps S22 to S25). Specifically, first, the magnetic field H is applied in the same direction as the propagation direction of the linearly polarized light in the sample S (hereinafter referred to as “+ direction”) (step S22). Furthermore, spectrum data is acquired in a state where the polarizer angle θ is set to the specific angle θ P_SET (= 45 °) (step S22). Specifically, the
続いて、サンプルSに印加される磁場Hの方向がサンプル中における直線偏光の伝播方向と反対の方向(以下、「−方向」という。)に反転される(ステップS24)。磁場Hの方向の反転は、電磁石3に供給される励磁電流の向きを反転させることで容易に実現できる。
Subsequently, the direction of the magnetic field H applied to the sample S is reversed in the direction opposite to the propagation direction of the linearly polarized light in the sample (hereinafter referred to as “− direction”) (step S24). The reversal of the direction of the magnetic field H can be easily realized by reversing the direction of the excitation current supplied to the
更に、偏光子角度θが特定角度θP_SET(=45°)に設定された状態でスペクトルデータが取得される(ステップS25)。以下では、ステップS25において−方向の磁場Hについて得られたスペクトルデータをIH−(λ)と記載することがある。 Furthermore, spectrum data is acquired in a state where the polarizer angle θ is set to the specific angle θ P_SET (= 45 °) (step S25). Hereinafter, the spectrum data obtained for the negative direction magnetic field H in step S25 may be referred to as I H− (λ).
なお、−方向に磁場Hが印加されてスペクトルデータIH−(λ)が取得された後、+方向に磁場Hが印加されてスペクトルデータIH+(λ)が取得されてもよい。 In addition, after the magnetic field H is applied in the − direction and the spectrum data I H− (λ) is acquired, the magnetic field H may be applied in the + direction and the spectrum data I H + (λ) may be acquired.
上述のステップS22〜S25は、磁場Hを変化させながら繰り返して行われる。即ち、ステップS22〜S25の測定を行った磁場Hが終了磁場である場合にはステップS07に測定手順が進み、そうでない場合には、磁場Hを異なる所望値に設定した上で、ステップS22〜S25によるスペクトルデータの取得が再度に行われる(ステップS26)。例えば、1kOe、2kOe、3kOe、4kOe、5kOeの磁場Hについて、ステップS22〜S25によるスペクトルデータの取得が行われる。 The above steps S22 to S25 are repeatedly performed while changing the magnetic field H. That is, if the magnetic field H measured in steps S22 to S25 is an end magnetic field, the measurement procedure proceeds to step S07. If not, the magnetic field H is set to a different desired value, and then steps S22 to S22 are performed. The spectrum data is acquired again in S25 (step S26). For example, for the magnetic field H of 1 kOe, 2 kOe, 3 kOe, 4 kOe, and 5 kOe, the spectrum data is acquired in steps S22 to S25.
所望の各磁場Hについてスペクトルデータが取得された後、スペクトルデータIH+(λ)とスペクトルデータIH−(λ)の差分として差分スペクトルデータΔIH(λ)が算出される(ステップS27)。即ち、差分スペクトルデータΔIH(λ)は、下記式(13)で表される。
ΔIH(λ)=IH+(λ)−IH−(λ) ・・・(13)
ここで、磁場Hが反転された場合、原理的には、ファラデー回転は向きが反対になるだけでファラデー回転角θFの大きさ自体は変化しないから、差分スペクトルデータΔIH(λ)は、ファラデー回転角θFの2倍(2θF)に対する光強度Iの変化を表していることに留意されたい。
After the spectrum data is acquired for each desired magnetic field H, difference spectrum data ΔI H (λ) is calculated as the difference between the spectrum data I H + (λ) and the spectrum data I H− (λ) (step S27). That is, the difference spectrum data ΔI H (λ) is expressed by the following formula (13).
ΔI H (λ) = I H + (λ) −I H− (λ) (13)
Here, when the magnetic field H is inverted, in principle, the direction of the Faraday rotation is reversed, and the magnitude of the Faraday rotation angle θ F itself does not change. Therefore, the difference spectrum data ΔI H (λ) is Note that it represents the change in light intensity I for twice the Faraday rotation angle θ F (2θ F ).
続いて、各磁場Hについて、差分スペクトルデータΔIH(λ)からファラデー回転角θFの波長依存性θF(λ)が演算される(ステップS28)。ファラデー回転角θFの波長依存性θF(λ)は、差分スペクトルデータΔIH(λ)を、ステップS21で得られたファラデー回転角1°あたりの光強度Iの変化率の波長依存性α(λ)で割り、更に、2で割ることによって得られる。即ち、ファラデー回転角θFの波長依存性θF(λ)は、次式(14)で得られる:
θF(λ)=ΔIH(λ)/2α(λ) ・・・(14)
Subsequently, for each magnetic field H, the wavelength dependence θ F (λ) of the Faraday rotation angle θ F is calculated from the difference spectrum data ΔI H (λ) (step S28). The wavelength dependency θ F (λ) of the Faraday rotation angle θ F is the wavelength dependency α of the change rate of the light intensity I per
θ F (λ) = ΔI H (λ) / 2α (λ) (14)
ここで、図20の測定手順では、偏光子角度θを特定角度θP_SETに設定した状態で得られたスペクトルデータISET(λ)が差分スペクトルデータΔIH(λ)の算出に利用されないことに留意されたい。これは、光強度Iの変化率の波長依存性α(λ)の算出においても、偏光子角度θを特定角度θP_SETに設定した状態で得られたスペクトルデータISET(λ)を利用しないことが有利であることを意味している。よって、図20の測定手順を採用する場合には、光強度Iの変化率の波長依存性α(λ)を、偏光子角度θをθP_SET+θREFに設定した状態で得られたスペクトルデータIREF+(λ)と、偏光子角度θをθP_SET−θREFに設定した状態で得られたスペクトルデータIREF−(λ)から、式(12)を用いて算出することが好ましい。 Here, in the measurement procedure of FIG. 20, the spectrum data I SET (λ) obtained in a state where the polarizer angle θ is set to the specific angle θ P_SET is not used for calculation of the difference spectrum data ΔI H (λ). Please keep in mind. This is because the spectral data I SET (λ) obtained in a state where the polarizer angle θ is set to the specific angle θ P_SET is not used in the calculation of the wavelength dependency α (λ) of the change rate of the light intensity I. Means that it is advantageous. Therefore, when the measurement procedure of FIG. 20 is adopted, the spectral data I obtained with the wavelength dependence α (λ) of the rate of change of the light intensity I and the polarizer angle θ set to θ P_SET + θ REF It is preferable to calculate from REF + (λ) and spectrum data I REF− (λ) obtained in a state where the polarizer angle θ is set to θ P_SET −θ REF using the equation (12).
続いて、図12のステップS16と同様の方法により、ファラデー回転角θFの波長依存性θF(λ)からベルデ定数の波長依存性V(λ)が算出される(ステップS29)。各波長におけるベルデ定数V(λ)は、上記にも提示された式(11):
V(λ)=m(λ)/d ・・・(11)
として算出される。ここで、m(λ)は、各波長λにおける磁場Hとファラデー回転角θF(λ)の関係を関数θF(λ)=m(λ)Hによってフィッティングして得られた傾きである。
Subsequently, the wavelength dependency V (λ) of the Verde constant is calculated from the wavelength dependency θ F (λ) of the Faraday rotation angle θ F by the same method as in step S16 of FIG. 12 (step S29). The Verde constant V (λ) at each wavelength is the equation (11) presented above:
V (λ) = m (λ) / d (11)
Is calculated as Here, m (λ) is an inclination obtained by fitting the relationship between the magnetic field H and the Faraday rotation angle θ F (λ) at each wavelength λ using the function θ F (λ) = m (λ) H.
図20のベルデ定数の測定手順によれば、光強度Iの変化量がファラデー回転角θFに比例すると近似できる領域を最大限に利用し、SN比を向上させながらベルデ定数V(λ)の波長依存性を測定することができる。 According to the Verde constant measurement procedure of FIG. 20, the region that can be approximated when the change amount of the light intensity I is proportional to the Faraday rotation angle θ F is used to the maximum, and the Verde constant V (λ) is improved while improving the SN ratio. Wavelength dependence can be measured.
第3の実施形態:
図21は、本発明の第3の実施形態の磁気光学効果測定装置10の構成を示す構成図である。第3の実施形態の磁気光学効果測定装置10も、第2の実施形態と同様に、検光子5の角度(検光子角度θ)を固定したままサンプルSのベルデ定数を測定可能な構成を有している。ただし、第3の実施形態の磁気光学効果測定装置10では、白色光源1とサンプルSとの間に、偏光子2に加えてファラデーセル11が挿入されている。関連して、ファラデーセル11を駆動する駆動電流を供給する駆動回路12が設けられると共に、駆動回路12を制御するためのディレイ回路13とファンクションジェネレータ14とが設けられる。ディレイ回路13は、更に、光センサ8がそれに入射された光の各波長成分の光強度Iを測定するタイミングを制御するシャッター信号の生成にも用いられる。以下、第3の実施形態の磁気光学効果測定装置10について詳細に説明する。
Third embodiment:
FIG. 21 is a configuration diagram showing the configuration of the magneto-optical
ファラデーセル11は、偏光子2から白色光である直線偏光が入射されており、偏光面を駆動電流に比例する回転角Δθだけ回転させた上で該直線偏光をサンプルSに入射する。ここで、後述のように、駆動回路12からファラデーセル11には、正弦波の駆動電流が供給されるから、ファラデーセル11には正弦波状の磁場が印加され、回転角Δθも正弦波状に変化することになる。なお、図21において、偏光子2とファラデーセル11の位置は入れ替えられてもよい。
The Faraday cell 11 receives linearly polarized light, which is white light, from the
駆動回路12は、ファンクションジェネレータ14から供給される波形信号の信号レベルに比例する電流レベルの駆動電流をファラデーセル11に出力する。
The
ディレイ回路13は、光センサ8の動作タイミングがファラデーセル11に供給される駆動電流と同期するようにファンクションジェネレータ14の動作タイミングを制御する制御手段として機能する。ディレイ回路13は、同期信号をファンクションジェネレータ14に供給し、これにより、ファンクションジェネレータ14が駆動回路12に供給する波形信号の位相を制御する。加えて、ディレイ回路13は、シャッター信号を光センサ8に供給し、光センサ8に入射された光の各波長成分の光強度Iを測定するタイミングを制御する。シャッター信号にはトリガパルスが含まれており、光センサ8は、トリガパルスが入力されると、それに入射された光の各波長成分の光強度Iを測定する。ディレイ回路13は、シャッター信号に含まれるトリガパルスの遅延を制御する機能を有している。ディレイ回路13の動作タイミングは、演算装置9によって制御される。
The
ファンクションジェネレータ14は、ディレイ回路13から供給される同期信号に応答して、波形信号を駆動回路12に供給する。ファンクションジェネレータ14から駆動回路12に供給される波形信号は正弦波であり、よって、駆動回路12からファラデーセル11に供給される駆動電流も正弦波となる。そして、ファラデーセル11に供給される駆動電流の位相は、ディレイ回路13から供給される同期信号に同期して制御されることになる。
The
図22は、第3の実施形態の磁気光学効果測定装置10によるベルデ定数の測定の原理を説明する概念図である。以下に述べられる第3の実施形態の測定手順の説明では、検光子5の透過軸の角度(即ち、検光子角度θ)を90°であると定義する。
FIG. 22 is a conceptual diagram illustrating the principle of Verde constant measurement by the magneto-optical
本実施形態では、ベルデ定数の測定の際、偏光子2の透過軸の角度(偏光子角度θP)が検光子5の透過軸の角度に対して直角になるように調節される。即ち、偏光子角度θPは0°であるように調節される。サンプルSにおいてファラデー回転が発現せず、且つ、ファラデーセル11に駆動電流が供給されない状態では、光センサ8によって検出される光強度は、(原理的には)全ての波長λについてゼロになることになる。
In this embodiment, when measuring the Verde constant, the angle of the transmission axis of the polarizer 2 (polarizer angle θ P ) is adjusted to be perpendicular to the angle of the transmission axis of the analyzer 5. That is, the polarizer angle theta P is adjusted such that 0 °. In a state in which no Faraday rotation occurs in the sample S and no driving current is supplied to the Faraday cell 11, the light intensity detected by the
まず、サンプルSにおいてファラデー回転が発生していない状態(即ち、サンプルSに磁場Hが印加されていない状態)を考える。この状態で、ファラデーセル11に、周波数fの正弦波の駆動電流が供給されると、検光子5には、角度0°を中心として偏光面の角度が正弦波状に変化する直線偏光が入射されるから、結果として、光センサ8においては、各波長成分の光強度Iは振幅I0/2、周波数2fの正弦波として観測される。
First, let us consider a state in which no Faraday rotation occurs in the sample S (that is, a state in which the magnetic field H is not applied to the sample S). In this state, when a Faraday cell 11 is supplied with a sinusoidal drive current having a frequency f, linearly polarized light whose angle of polarization changes in a sinusoidal manner around the
ここで、サンプルSに磁場Hを印加してファラデー回転を発生させると、検光子5に入射される偏光面の角度に、ファラデー回転角θFだけのオフセットが発生する。この結果、光センサ8において検出される各波長成分の光強度Iが変調される。光センサ8において検出される光強度Iは、図22に図示されているように、周期T(=1/f)を有する一方で、1周期において2つの極大が現れる。2つの極大のうちの一方における光強度IAは、他方における光強度IBよりも大きくなる。以下では、相対的に大きい極大値に対応する光強度IAが現れるタイミングを「タイミングA」、相対的に小さい極大値に対応する光強度IBが現れるタイミングを「タイミングB」と呼ぶ。図22において、時刻t0において光強度Iがゼロとなり、光強度Iの変化の1周期が始まるとすると、時刻t0から時間tAだけ遅延したタイミングがタイミングAであり、時刻t0から時間tBだけ遅延したタイミングがタイミングBである。なお、図22から理解されるように、時刻t0は、駆動電流の1周期が開始されるタイミング(ゼロクロスするタイミング)である。
Here, when the Faraday rotation is generated by applying the magnetic field H to the sample S, an offset of the Faraday rotation angle θ F is generated in the angle of the polarization plane incident on the analyzer 5. As a result, the light intensity I of each wavelength component detected by the
ここで、上述するように、ファラデー回転角θFが微小である場合には検光子5を通過する光の光強度Iの変化量がファラデー回転角θFに比例すると近似できるから、タイミングAにおける光強度IAと、タイミングBにおける光強度IBとの差ΔIA−Bは、サンプルSのファラデー回転角θFに比例することになる。よって、タイミングA、Bにおける光強度IA、IBの差ΔIA−Bとファラデー回転角θFとの関係を事前に測定しておけば、逆に、ファラデー回転が起こっている場合のタイミングA、Bにおける光強度IA、IBとの差ΔIA−Bからファラデー回転角θFを算出できることになる。そこで、本実施形態では、タイミングA、Bにおける光強度IA、IBとの差ΔIA−Bとファラデー回転角θFとの関係を示す回転角−光強度変化データを事前に取得しておき、この回転角−光強度変化データを用いてファラデー回転角θFが算出される。 Here, as described above, when the Faraday rotation angle θ F is very small, it can be approximated that the amount of change in the light intensity I of the light passing through the analyzer 5 is proportional to the Faraday rotation angle θ F. The difference ΔI A−B between the light intensity I A and the light intensity I B at timing B is proportional to the Faraday rotation angle θ F of the sample S. Therefore, if the relationship between the difference ΔI A-B between the light intensities I A and I B at the timings A and B and the Faraday rotation angle θ F is measured in advance, conversely, the timing when the Faraday rotation occurs. a, the light intensity I a in B, will be able to calculate the Faraday rotation angle theta F from the difference [Delta] I a-B and I B. Therefore, in this embodiment, rotation angle-light intensity change data indicating the relationship between the difference ΔI A-B between the light intensities I A and I B at the timings A and B and the Faraday rotation angle θ F is acquired in advance. The Faraday rotation angle θ F is calculated using the rotation angle-light intensity change data.
ここで、本実施形態では、サンプルSの磁場を印加しない状態で偏光子角度θPを所定角度だけ微小に変化させることでサンプルSにおいてファラデー回転が発生した場合の光センサ8の状態を擬似的に再現した上でタイミングA、Bにおける光強度IA、IBの差ΔIA−Bが取得され、測定された差ΔIA−Bが、タイミングA、Bにおける光強度IA、IBとの差ΔIA−Bとファラデー回転角θFとの関係を示す回転角−光強度変化データとして利用される。以下、第3の実施形態におけるベルデ定数の測定手順を詳細に説明する。
In the present embodiment, simulated the state of the
図23は、タイミングA、Bにおける光強度IA、IBとの差ΔIA−Bとファラデー回転角θFとの関係を示す回転角−光強度変化データを事前に用意する手順を示すフローチャートである。本実施形態では、回転角−光強度変化データとして、ファラデー回転角1°あたりのタイミングA、Bにおける光強度IA、IBの差分の波長依存性β(λ)が測定される。 FIG. 23 is a flowchart showing a procedure for preparing in advance rotation angle-light intensity change data indicating the relationship between the difference ΔI A-B between the light intensities I A and I B at the timings A and B and the Faraday rotation angle θ F. It is. In the present embodiment, the wavelength dependence β (λ) of the difference between the light intensities I A and I B at the timings A and B per Faraday rotation angle is measured as the rotation angle-light intensity change data.
具体的には、まず、磁場Hがゼロに設定された状態で、白色光源1がオンにされ(ステップS31)、更に、駆動回路12からファラデーセル11に正弦波状の駆動電流が供給される(ステップS32)。
Specifically, first, the
更に、偏光子角度θPが所定の基準角θREFに設定される(ステップS33)。基準角θREFは、例えば、1°である。 Further, the polarizer angle theta P is set to a predetermined reference angle theta REF (step S33). The reference angle θ REF is, for example, 1 °.
加えて、ディレイ回路13により、シャッター信号のトリガパルスの遅延tDが時間tAに設定される(ステップS34)、これにより、光センサ8は、駆動電流の各周期において、タイミングAにおいて各波長成分の光強度IAが測定される状態に設定される。
In addition, the
この状態で、光センサ8により、タイミングAにおける各波長成分の光強度IAがスペクトルデータI+ A_REF(λ)として測定される(ステップS35)。タイミングAにおける各波長成分の光強度IAの測定は、駆動電流のN周期(Nは、所定の自然数)に渡ってN回行われ、測定された光強度IAの平均がスペクトルデータI+ A_REF(λ)として使用される。 In this state, the light intensity I A of each wavelength component at the timing A is measured as spectrum data I + A_REF (λ) by the optical sensor 8 (step S35). Measurement of the light intensity I A of each of the wavelength components of the timing A is N cycles of the drive current (N is a predetermined natural number) performed N times over, the measured light intensity I average A spectral data I + Used as A_REF (λ).
続いて、ディレイ回路13により、シャッター信号のトリガパルスの遅延tDが時間tBに設定される(ステップS35)、これにより、光センサ8は、駆動電流の各周期において、タイミングBにおいて各波長成分の光強度IBが測定される状態に設定される。
Then, the
この状態で、光センサ8により、タイミングBにおける各波長成分の光強度IBがスペクトルデータI+ B_REF(λ)として測定される(ステップS36)。タイミングAにおける各波長成分の光強度IBの測定は、駆動電流のN周期(Nは、所定の自然数)に渡ってN回行われ、測定された光強度IBの平均がスペクトルデータI+ B_REF(λ)として使用される。
In this state, the light intensity I B of each wavelength component at timing B is measured by the
続いて、偏光子角度θPが−θREFに設定された状態でもステップS34〜S37と同様の測定が行われる(ステップS38)。以下では、偏光子角度θPが−θREFに設定された状態で得られたタイミングAにおける各波長成分の光強度IAを、スペクトルデータI− A_REF(λ)と記載し、偏光子角度θPが−θREFに設定された状態で得られたタイミングBにおける各波長成分の光強度IBを、スペクトルデータI− B_REF(λ)と記載する。 Subsequently, the polarizer angle theta P is made of the measurement as in step S34~S37 even in a state of being set to - [theta] REF (step S38). Hereinafter, the light intensity I A of each of the wavelength components of the timing A obtained in a state in which the polarizer angle theta P is set to - [theta] REF, spectral data I - was described as A_REF (λ), the polarizer angle theta P is the light intensity I B of each of the wavelength components of the timing B obtained in a state of being set to - [theta] REF, spectral data I - to as B_REF (λ).
スペクトルデータI+ A_REF(λ)、I+ B_REF(λ)、I− A_REF(λ)、I− B_REF(λ)から、ファラデー回転角1°あたりのタイミングA、Bにおける光強度IA、IBの差分の波長依存性β(λ)が算出される(ステップS39)。具体的には、β(λ)は、下記式(15)によって算出される:
β(λ)={(I+ A_REF(λ)−I+ B_REF(λ))+(I− A_REF(λ)、I− B_REF(λ))}/2θREF ・・・(15)
図24は、ファラデー回転角1°あたりのタイミングA、Bにおける光強度IA、IBの差分の波長依存性β(λ)を概念的に示すグラフを示している。
From the spectral data I + A_REF (λ), I + B_REF (λ), I − A_REF (λ), and I − B_REF (λ), the light intensities I A and I B at the timings A and B per Faraday rotation angle of 1 °. The wavelength dependence β (λ) of the difference is calculated (step S39). Specifically, β (λ) is calculated by the following equation (15):
β (λ) = {(I + A_REF (λ) -I + B_REF (λ)) + (I - A_REF (λ), I - B_REF (λ))} / 2θ REF ··· (15)
FIG. 24 is a graph conceptually showing the wavelength dependence β (λ) of the difference between the light intensities I A and I B at the timings A and B per Faraday rotation angle of 1 °.
なお、β(λ)の算出において、偏光子角度θPが所定の基準角θREFに設定された状態で取得されたスペクトルデータI+ A_REF(λ)、I+ B_REF(λ)のみが使用されてもよい。この場合、β(λ)は、下記式(16)によって算出される:
β(λ)=(I+ A_REF(λ)−I+ B_REF(λ)/θREF ・・・(16)
In calculating β (λ), only spectral data I + A_REF (λ) and I + B_REF (λ) acquired in a state where the polarizer angle θ P is set to a predetermined reference angle θ REF is used. May be. In this case, β (λ) is calculated by the following equation (16):
β (λ) = (I + A_REF (λ) −I + B_REF (λ) / θ REF (16)
図25は、第3の実施形態において、上述のβ(λ)を用いてファラデー回転角θFの波長依存性θF(λ)を演算し、更に、ベルデ定数の波長依存性V(λ)を演算する手順を示すフローチャートである。 In FIG. 25, in the third embodiment, the wavelength dependence θ F (λ) of the Faraday rotation angle θ F is calculated using the above-described β (λ), and the wavelength dependence V (λ) of the Verde constant is further calculated. It is a flowchart which shows the procedure which calculates | requires.
具体的には、まず、偏光子角度θPが0°に設定された状態で白色光源1がオンにされ(ステップS41)、更に、駆動回路12からファラデーセル11に正弦波状の駆動電流が供給される(ステップS42)。
Specifically, first, the polarizer angle theta P is white
更に、サンプルSに印加される磁場Hが所望の値に設定される(ステップS43)。磁場Hの制御は、励磁電源4から電磁石3に供給される励磁電流を制御することによって行われる。これにより、サンプルSにはファラデー回転が発現し、サンプルSから出射される直線偏光の偏光面はファラデー回転角θFだけ偏光子角度θP(=0°)から回転される。
Further, the magnetic field H applied to the sample S is set to a desired value (step S43). The magnetic field H is controlled by controlling the excitation current supplied from the
更に、シャッター信号のトリガパルスの遅延tDが時間tAに設定される(ステップS44)、これにより、光センサ8は、駆動電流の各周期において、タイミングAにおいて各波長成分の光強度IAが測定される状態に設定される。
Further, the delay t D of the trigger pulse of the shutter signal is set to the time t A (step S44), whereby the
この状態で、光センサ8により、タイミングAにおける各波長成分の光強度IAが測定される(ステップS45)。タイミングAにおける各波長成分の光強度IAの測定は、駆動電流のN周期(Nは、所定の自然数)に渡ってN回行われ、測定された光強度IAの平均が、磁場HについてのスペクトルデータIA,H(λ)として使用される。 In this state, the light intensity IA of each wavelength component at timing A is measured by the optical sensor 8 (step S45). Measurement of the light intensity I A of each of the wavelength components of the timing A is N cycles of the drive current (N is a predetermined natural number) performed N times over, the average of the measured light intensity I A is, for a magnetic field H Is used as spectral data I A, H (λ).
続いて、シャッター信号のトリガパルスの遅延tDが時間tBに設定される(ステップS46)、これにより、光センサ8は、駆動電流の各周期において、タイミングBにおいて各波長成分の光強度IBが測定される状態に設定される。
Subsequently, the delay t D of the trigger pulse of the shutter signal is set to a time t B (step S46), thereby, an
この状態で、光センサ8により、タイミングBにおける各波長成分の光強度IBが測定される(ステップS47)。タイミングAにおける各波長成分の光強度IBの測定は、駆動電流のN周期(Nは、所定の自然数)に渡ってN回行われ、測定された光強度IBの平均が、磁場HについてのスペクトルデータIB,H(λ)として使用される。図26の(a)は、特定の磁場HについてのスペクトルデータIA,H(λ)、IB,H(λ)を概念的に示している。 In this state, the light intensity IB of each wavelength component at timing B is measured by the optical sensor 8 (step S47). Measurement of the light intensity I B of each of the wavelength components of the timing A is N cycles of the drive current (N is a predetermined natural number) performed N times over, the average of the measured light intensity I B, the magnetic field H Is used as spectral data I B, H (λ). FIG. 26A conceptually shows spectral data I A, H (λ), I B, H (λ) for a specific magnetic field H. FIG.
上述のステップS43〜S47は、磁場Hを変化させながら繰り返して行われる。即ち、ステップS44〜S47の測定を行った磁場Hが終了磁場である場合にはステップS49に測定手順が進み、そうでない場合には、ステップS43において磁場Hを異なる所望値に設定した上で、ステップS44〜S47によるスペクトルデータの取得が再度に行われる(ステップS48)。例えば、1kOe、2kOe、3kOe、4kOe、5kOeの磁場Hについて、ステップS44〜S47によるスペクトルデータの取得が行われる。 The above steps S43 to S47 are repeatedly performed while changing the magnetic field H. That is, if the magnetic field H measured in steps S44 to S47 is an end magnetic field, the measurement procedure proceeds to step S49. If not, the magnetic field H is set to a different desired value in step S43. The spectrum data is acquired again in steps S44 to S47 (step S48). For example, for the magnetic field H of 1 kOe, 2 kOe, 3 kOe, 4 kOe, and 5 kOe, the spectrum data is acquired in steps S44 to S47.
続いて、各磁場Hについて、タイミングA、BのスペクトルデータIA,H(λ)、IB,H(λ)の差分である差分スペクトルデータΔIA−B,H(λ)が算出される(ステップS49)。図26の(b)は、特定の磁場Hについての差分スペクトルデータΔIA−B,H(λ)を概念的に示している。 Subsequently, for each magnetic field H, differential spectral data ΔI A−B, H (λ) , which is the difference between the spectral data I A, H (λ), I B, H (λ) at timings A, B, is calculated. (Step S49). FIG. 26B conceptually shows the difference spectrum data ΔI A-B, H (λ) for a specific magnetic field H.
更に、各磁場Hについて、差分スペクトルデータΔIA−B,H(λ)からファラデー回転角θFの波長依存性θF(λ)が演算される(ステップS50)。ファラデー回転角θFの波長依存性θF(λ)は、差分スペクトルデータΔIA−B,H(λ)を、図23の手順で得られたファラデー回転角1°あたりのタイミングA、Bにおける光強度IA、IBの差分の波長依存性β(λ)で割ることによって得られる。即ち、ファラデー回転角θFの波長依存性θF(λ)は、次式(17)で得られる:
θF(λ)=ΔIA−B,H(λ)/β(λ) ・・・(17)
Further, for each magnetic field H, the wavelength dependence θ F (λ) of the Faraday rotation angle θ F is calculated from the difference spectrum data ΔI A-B, H (λ) (step S50). The wavelength dependence θ F (λ) of the Faraday rotation angle θ F is obtained by calculating the difference spectrum data ΔI A-B, H (λ) at the timings A and B per 1 Faraday rotation angle obtained by the procedure of FIG. It is obtained by dividing by the wavelength dependency β (λ) of the difference between the light intensities I A and I B. That is, the wavelength dependence θ F (λ) of the Faraday rotation angle θ F is obtained by the following equation (17):
θ F (λ) = ΔI A−B, H (λ) / β (λ) (17)
続いて、第2の実施形態のステップS16と同様の方法により、ファラデー回転角θFの波長依存性θF(λ)からベルデ定数の波長依存性V(λ)が算出される(ステップS51)。各波長におけるベルデ定数V(λ)は、上記にも提示された式(11):
V(λ)=m(λ)/d ・・・(11)
として算出される。ここで、m(λ)は、各波長λにおける磁場Hとファラデー回転角θF(λ)の関係を関数θF(λ)=m(λ)Hによってフィッティングして得られた傾きである。
Subsequently, the wavelength dependency V (λ) of the Verde constant is calculated from the wavelength dependency θ F (λ) of the Faraday rotation angle θ F by the same method as step S16 of the second embodiment (step S51). . The Verde constant V (λ) at each wavelength is the equation (11) presented above:
V (λ) = m (λ) / d (11)
Is calculated as Here, m (λ) is an inclination obtained by fitting the relationship between the magnetic field H and the Faraday rotation angle θ F (λ) at each wavelength λ using the function θ F (λ) = m (λ) H.
第3の実施形態の磁気光学効果測定装置10でも、第1及び第2の実施形態と同様に、波長についての走査を行うことなく複数の波長のベルデ定数を測定できる。また、第3の実施形態の磁気光学効果測定装置10でも、第2の実施形態と同様に、検光子角度θの走査も行わずに複数の波長のベルデ定数を測定できる。したがって、波長依存性の測定にかかる時間を一層に短縮することができる。
Also in the magneto-optical
加えて、第3の実施形態の磁気光学効果測定装置10では、第2の実施形態と比較して検光子5を透過する光の光強度が小さい領域が使用される。即ち、偏光子角度θPが0°であるため、検光子5に入射される直線偏光の角度は0°に近い角度である。一方、検光子角度θは90°であるから、検光子5を透過する光の光強度は小さい。このため、第3の実施形態の磁気光学効果測定装置10では、光センサ8の分解能を有効に活用してSN比を向上させ、より高感度にベルデ定数を測定することができる。なお、偏光子角度θPは、0°の近傍であればよく、例えば、−2°〜2°の範囲(即ち、サンプルSにおける偏光面の回転が無い場合に検光子5に入射する直線偏光の偏光面と検光子5の透過軸の角度が88°〜92°の範囲)であってもよい。
In addition, in the magneto-optical
なお、上述の第3の実施形態の説明では、ファラデーセル11に供給される駆動電流が正弦波であるとして説明が行われているが、駆動電流の波形は、交流の(即ち、駆動電流の方向が反転するような)周波数fの周期信号であれば異なっていてもよい。この場合でも、光センサ8に入射する光の光強度が相対的に大きな極大値をとるタイミング(タイミングA)における各波長成分の光強度と光センサ8に入射する光の光強度が相対的に小さな極大値をとるタイミング(タイミングB)における各波長成分の光強度の差分から、ファラデー回転角1°あたりのタイミングA、Bにおける光強度IA、IBの差分の波長依存性β(λ)を用いてファラデー回転角θFが算出されてもよい。この場合、同一の波形の駆動電流が、光強度IA、IBの差分の波長依存性β(λ)の算出においても使用される。
In the above description of the third embodiment, the driving current supplied to the Faraday cell 11 is described as a sine wave. However, the waveform of the driving current is an alternating current (that is, the driving current). It may be different as long as it is a periodic signal of frequency f (in which the direction is reversed). Even in this case, the light intensity of each wavelength component and the light intensity of the light incident on the
図27は、第3の実施形態の磁気光学効果測定装置10の変形例を示す構成図である。図27の構成では、分光器7と光センサ8の間に、光増幅を行うイメージインテンシファイア15が挿入されている。イメージインテンシファイア15は、ゲート動作に対応しており、イメージインテンシファイア駆動回路16から供給されるゲート信号に応答して動作する。ここで、図27の構成では、ディレイ回路13は、トリガパルスを含むシャッター信号を光センサ8ではなく、イメージインテンシファイア駆動回路16に供給する。イメージインテンシファイア駆動回路16は、トリガパルスが入力されると、イメージインテンシファイア15を動作させる。上述されているように、第3の実施形態の磁気光学効果測定装置10では検光子5を透過する光の光強度は小さいから、図27に図示されているようにイメージインテンシファイア15を使用することは、より高感度にベルデ定数を測定するために有効である。
FIG. 27 is a configuration diagram illustrating a modified example of the magneto-optical
以上の実施形態では、ファラデー効果に対する磁気光学活性を表すベルデ定数を測定するための磁気光学効果測定装置10の構成が提示されているが、サンプルSの反射光について同様の測定を行うように構成を変更することで、磁気光学カー効果に対する磁気光学活性を表すカー定数を測定することもできる。図28〜図33は、カー定数を測定するための磁気光学効果測定装置10の構成が提示されている。
In the above embodiment, the configuration of the magneto-optical
図28は、第1の実施形態の磁気光学効果測定装置10を極Kerr効果を測定するように構成を変更した例を示す構成図である。図28の磁気光学効果測定装置10では、図2の磁気光学効果測定装置10にサンプルSからの反射光を反射するハーフミラー17が追加されると共に、検光子5、分光器7、光センサ8の配置が、ハーフミラー17で反射された光を検出されるように変更される。サンプルSに入射される光の入射角は0°である。更に、電磁石3は、入射光の方向と平行な方向(同一方向又は逆方向)に磁場HをサンプルSに印加するように配置される。
FIG. 28 is a configuration diagram showing an example in which the configuration of the magneto-optical
図28の磁気光学効果測定装置10では、次のようにして極Kerr効果のカー定数が測定される。白色光源1及び偏光子2によって生成された白色光である直線偏光は、ハーフミラー17を介してサンプルSに入射される。サンプルSによって(極Kerr効果により偏光面が回転された上で)反射された光は、ハーフミラー17で反射されて検光子5に入射される。検光子5を通過した光が分光器7に入射され、検光子5を通過した光の各波長成分の光強度が光センサ8によって検出される。更に、光センサ8によって検出された各波長成分の光強度から第1の実施形態においてファラデー回転角θFを算出するのと同様の手順で各磁場H、各波長λにおけるカー回転角θKが算出され、算出されたカー回転角θKから極Kerr効果についてのカー定数が得られる。
In the magneto-optical
図29は、第1の実施形態の磁気光学効果測定装置10を縦Kerr効果を測定するように構成を変更した例を示す構成図である。図29の磁気光学効果測定装置10においては、検光子5、分光器7、光センサ8の配置が、サンプルSで反射された光を検出されるように変更される。サンプルSに入射される光の入射角は、0°より大きく90°より小さい。更に、電磁石3は、サンプルSの表面に平行な方向に磁場Hを印加するように配置される。
FIG. 29 is a configuration diagram showing an example in which the configuration of the magneto-optical
図29の磁気光学効果測定装置10では、次のようにして縦Kerr効果のカー定数が測定される。白色光源1及び偏光子2によって生成された白色光である直線偏光は、ハーフミラー17を介してサンプルSに入射される。サンプルSによって(縦Kerr効果により偏光面が回転された上で)反射された光は、検光子5に入射される。検光子5を通過した光が分光器7に入射され、検光子5を通過した光の各波長成分の光強度が光センサ8によって検出される。更に、光センサ8によって検出された各波長成分の光強度から第1の実施形態においてファラデー回転角θFを算出するのと同様の手順で各磁場H、各波長λにおけるカー回転角θKが算出され、算出されたカー回転角θKから縦Kerr効果についてのカー定数が得られる。
In the magneto-optical
図30は、第2の実施形態の磁気光学効果測定装置10を極Kerr効果を測定するように構成を変更した例を示す構成図である。図30の磁気光学効果測定装置10では、図11の磁気光学効果測定装置10にサンプルSからの反射光を反射するハーフミラー17が追加されると共に、検光子5、分光器7、光センサ8の配置が、ハーフミラー17で反射された光を検出されるように変更される。サンプルSに入射される光の入射角は0°である。更に、電磁石3は、入射光の方向と平行な方向(同一方向又は逆方向)に磁場HをサンプルSに印加するように配置される。
FIG. 30 is a configuration diagram showing an example in which the configuration of the magneto-optical
図30の磁気光学効果測定装置10では、次のようにして極Kerr効果のカー定数が測定される。白色光源1及び偏光子2によって生成された白色光である直線偏光は、ハーフミラー17を介してサンプルSに入射される。サンプルSによって(極Kerr効果により偏光面が回転された上で)反射された光は、ハーフミラー17で反射されて検光子5に入射される。検光子5を通過した光が分光器7に入射され、検光子5を通過した光の各波長成分の光強度が光センサ8によって検出される。更に、光センサ8によって検出された各波長成分の光強度から第2の実施形態においてファラデー回転角θFを算出するのと同様の手順で各磁場H、各波長λにおけるカー回転角θKが算出され、算出されたカー回転角θKから縦Kerr効果についてのカー定数が得られる。
In the magneto-optical
図31は、第2の実施形態の磁気光学効果測定装置10を縦Kerr効果を測定するように構成を変更した例を示す構成図である。図31の磁気光学効果測定装置10においては、検光子5、分光器7、光センサ8の配置が、サンプルSで反射された光を検出されるように変更される。サンプルSに入射される光の入射角は、0°より大きく90°より小さい。更に、電磁石3は、サンプルSの表面に平行な方向に磁場Hを印加するように配置される。
FIG. 31 is a configuration diagram showing an example in which the configuration of the magneto-optical
図31の磁気光学効果測定装置10では、次のようにして縦Kerr効果のカー定数が測定される。白色光源1及び偏光子2によって生成された白色光である直線偏光は、ハーフミラー17を介してサンプルSに入射される。サンプルSによって(縦Kerr効果により偏光面が回転された上で)反射された光は、検光子5に入射される。検光子5を通過した光が分光器7に入射され、検光子5を通過した光の各波長成分の光強度が光センサ8によって検出される。更に、光センサ8によって検出された各波長成分の光強度から第2の実施形態においてファラデー回転角θFを算出するのと同様の手順で各磁場H、各波長λにおけるカー回転角θKが算出され、算出されたカー回転角θKから縦Kerr効果についてのカー定数が得られる。
In the magneto-optical
図32は、第3の実施形態の磁気光学効果測定装置10を極Kerr効果を測定するように構成を変更した例を示す構成図である。図32の磁気光学効果測定装置10では、図27の磁気光学効果測定装置10にサンプルSからの反射光を反射するハーフミラー17が追加されると共に、検光子5、分光器7、光センサ8の配置が、ハーフミラー17で反射された光を検出されるように変更される。サンプルSに入射される光の入射角は0°である。更に、電磁石3は、入射光の方向と平行な方向(同一方向又は逆方向)に磁場HをサンプルSに印加するように配置される。
FIG. 32 is a configuration diagram showing an example in which the configuration of the magneto-optical
図32の磁気光学効果測定装置10では、次のようにして極Kerr効果のカー定数が測定される。白色光源1及び偏光子2によって生成された白色光である直線偏光は、ファラデーセル11及びハーフミラー17を介してサンプルSに入射される。サンプルSによって(極Kerr効果により偏光面が回転された上で)反射された光は、ハーフミラー17で反射されて検光子5に入射される。検光子5を通過した光が分光器7に入射され、検光子5を通過した光の各波長成分の光強度が光センサ8によって検出される。更に、光センサ8によって検出されたタイミングA、B(図22参照)のそれぞれにおける光の各波長成分の光強度から、第3の実施形態においてファラデー回転角θFを算出するのと同様の手順で各磁場H、各波長λにおけるカー回転角θKが算出され、算出されたカー回転角θKから極Kerr効果についてのカー定数が得られる。
In the magneto-optical
図33は、第3の実施形態の磁気光学効果測定装置10を縦Kerr効果を測定するように構成を変更した例を示す構成図である。図33の磁気光学効果測定装置10においては、検光子5、分光器7、光センサ8の配置が、サンプルSで反射された光を検出されるように変更される。サンプルSに入射される光の入射角は、0°より大きく90°より小さい。更に、電磁石3は、サンプルSの表面に平行な方向に磁場Hを印加するように配置される。
FIG. 33 is a configuration diagram illustrating an example in which the configuration of the magneto-optical
図33の磁気光学効果測定装置10では、次のようにして縦Kerr効果のカー定数が測定される。白色光源1及び偏光子2によって生成された白色光である直線偏光は、ファラデーセル11及びハーフミラー17を介してサンプルSに入射される。サンプルSによって(縦Kerr効果により偏光面が回転された上で)反射された光は、検光子5に入射される。検光子5を通過した光が分光器7に入射され、検光子5を通過した光の各波長成分の光強度が光センサ8によって検出される。更に、光センサ8によって検出されたタイミングA、B(図22参照)のそれぞれにおける光の各波長成分の光強度から、第3の実施形態においてファラデー回転角θFを算出するのと同様の手順で各磁場H、各波長λにおけるカー回転角θKが算出され、算出されたカー回転角θKから縦Kerr効果についてのカー定数が得られる。
In the magneto-optical
また、上述の第1乃至第3の実施形態の磁気光学効果測定装置10の基本的な原理は、物質中における偏光面の角度の変化を検知する偏光変化スペクトル測定装置一般に適用可能である。即ち、第1乃至第3の実施形態の磁気光学効果測定装置10において、偏光面の角度の変化を起こさせる異なるメカニズムを用いれば、該メカニズムによる偏光面の角度の変化の波長依存性を測定することができる。例えば、温度及び/又は圧力に応じて偏光面を旋回させる物質について、該物質中における偏光面の旋回角度の波長依存性(偏光変化スペクトル)を測定することができる。
In addition, the basic principle of the magneto-optical
図34乃至図36は、それぞれ、温度による偏光面の角度の変化を検知する偏光変化スペクトル測定装置20の構成を示している。
詳細には、図34は、第1の実施形態の磁気光学効果測定装置10(図2参照)を温度による偏光面の角度の変化を測定するように構成を変更した例を示しており、図35は、第2の実施形態の磁気光学効果測定装置10(図11参照)を温度による偏光面の角度の変化を測定するように構成を変更した例を示しており、図36は、第3の実施形態の磁気光学効果測定装置10(図21参照)を温度による偏光面の角度の変化を測定するように構成を変更した例を示している。図34乃至図36の偏光変化スペクトル測定装置20では、恒温槽21と、恒温槽21の内部の温度を調節する温度制御装置22とが設けられる。サンプルSは、恒温槽21の内部に設けられる。
34 to 36 show the configuration of the polarization change
Specifically, FIG. 34 shows an example in which the configuration of the magneto-optical effect measuring apparatus 10 (see FIG. 2) of the first embodiment is changed so as to measure the change in the angle of the polarization plane with temperature. 35 shows an example in which the configuration of the magneto-optical effect measuring apparatus 10 (see FIG. 11) of the second embodiment is changed so as to measure the change in the angle of the polarization plane with temperature, and FIG. This shows an example in which the configuration of the magneto-optical effect measuring apparatus 10 (see FIG. 21) of the embodiment is changed so as to measure the change in the angle of the polarization plane with temperature. In the polarization change
図34の偏光変化スペクトル測定装置20では、次のようにして偏光面の角度の変化の温度依存性が測定される。サンプルSの温度(即ち、恒温槽21の内部の温度)を所望の温度に設定した状態で、白色光源1及び偏光子2によって生成された白色光である直線偏光がサンプルSに入射される。該直線偏光は、サンプルSにおいて偏光面の角度が変化された上で検光子5に入射される。検光子5を通過した光が分光器7に入射され、検光子5を通過した光の各波長成分の光強度が光センサ8によって検出される。更に、光センサ8によって検出された各波長成分の光強度から第1の実施形態においてファラデー回転角θFを算出するのと同様の手順で、各温度、各波長λにおける偏光面の回転角(即ち、偏光面の角度の変化)が算出される。
In the polarization change
また、図35の偏光変化スペクトル測定装置20では、次のようにして偏光面の角度の変化の温度依存性が測定される。サンプルSの温度(即ち、恒温槽21の内部の温度)を所望の温度に設定した状態で、白色光源1及び偏光子2によって生成された白色光である直線偏光がサンプルSに入射される。該直線偏光は、サンプルSにおいて偏光面の角度が変化された上で検光子5に入射される。検光子5を通過した光が分光器7に入射され、検光子5を通過した光の各波長成分の光強度が光センサ8によって検出される。更に、光センサ8によって検出された各波長成分の光強度から第2の実施形態においてファラデー回転角θFを算出するのと同様の手順で、各温度、各波長λにおける偏光面の回転角(即ち、偏光面の角度の変化)が算出される。
35, the temperature dependence of the change in the angle of the polarization plane is measured as follows. Linearly polarized light, which is white light generated by the
更に、図36の偏光変化スペクトル測定装置20では、次のようにして偏光面の角度の変化の温度依存性が測定される。サンプルSの温度(即ち、恒温槽21の内部の温度)を所望の温度に設定した状態で、白色光源1及び偏光子2によって生成された白色光である直線偏光が、ファラデーセル11を介してサンプルSに入射される。該直線偏光は、サンプルSにおいて偏光面の角度が変化された上で検光子5に入射される。検光子5を通過した光が分光器7に入射され、検光子5を通過した光の各波長成分の光強度が光センサ8によって検出される。更に、光センサ8によって検出されたタイミングA、B(図22参照)のそれぞれにおける光の各波長成分の光強度から、第3の実施形態においてファラデー回転角θFを算出するのと同様の手順で、各温度、各波長λにおける偏光面の回転角(即ち、偏光面の角度の変化)が算出される。
Furthermore, in the polarization change
図37乃至図39は、それぞれ、圧力による偏光面の角度の変化を検知する偏光変化スペクトル測定装置30の構成を示している。
詳細には、図37は、第1の実施形態の磁気光学効果測定装置10(図2参照)を圧力による偏光面の角度の変化を測定するように構成を変更した例を示しており、図38は、第2の実施形態の磁気光学効果測定装置10(図11参照)を圧力による偏光面の角度の変化を測定するように構成を変更した例を示しており、図39は、第3の実施形態の磁気光学効果測定装置10(図21参照)を圧力による偏光面の角度の変化を測定するように構成を変更した例を示している。図37乃至図39の偏光変化スペクトル測定装置20では、圧力容器31と、圧力容器31の内部の圧力を調節する加圧減圧装置32とが設けられる。サンプルSは、圧力容器31の内部に設けられる。
FIGS. 37 to 39 each show a configuration of the polarization change
Specifically, FIG. 37 shows an example in which the configuration of the magneto-optical effect measuring apparatus 10 (see FIG. 2) of the first embodiment is changed so as to measure the change in the angle of the polarization plane due to pressure. 38 shows an example in which the configuration of the magneto-optical effect measuring apparatus 10 (see FIG. 11) of the second embodiment is changed so as to measure the change in the angle of the polarization plane due to pressure, and FIG. An example is shown in which the configuration of the magneto-optical effect measuring apparatus 10 (see FIG. 21) of the embodiment is changed so as to measure the change in the angle of the polarization plane due to pressure. In the polarization change
図37の偏光変化スペクトル測定装置30では、次のようにして偏光面の角度の変化の圧力依存性が測定される。サンプルSに印加される圧力(即ち、圧力容器31の内部の圧力)を所望の圧力に設定した状態で、白色光源1及び偏光子2によって生成された白色光である直線偏光がサンプルSに入射される。該直線偏光は、サンプルSにおいて偏光面の角度が変化された上で検光子5に入射される。検光子5を通過した光が分光器7に入射され、検光子5を通過した光の各波長成分の光強度が光センサ8によって検出される。更に、光センサ8によって検出された各波長成分の光強度から第1の実施形態においてファラデー回転角θFを算出するのと同様の手順で、各圧力、各波長λにおける偏光面の回転角(即ち、偏光面の角度の変化)が算出される。
In the polarization change
また、図38の偏光変化スペクトル測定装置30では、次のようにして偏光面の角度の変化の圧力依存性が測定される。サンプルSに印加される圧力(即ち、圧力容器31の内部の圧力)を所望の圧力に設定した状態で、白色光源1及び偏光子2によって生成された白色光である直線偏光がサンプルSに入射される。該直線偏光は、サンプルSにおいて偏光面の角度が変化された上で検光子5に入射される。検光子5を通過した光が分光器7に入射され、検光子5を通過した光の各波長成分の光強度が光センサ8によって検出される。更に、光センサ8によって検出された各波長成分の光強度から第2の実施形態においてファラデー回転角θFを算出するのと同様の手順で、各圧力、各波長λにおける偏光面の回転角(即ち、偏光面の角度の変化)が算出される。
Further, in the polarization change
更に、図39の偏光変化スペクトル測定装置30では、次のようにして偏光面の角度の変化の圧力依存性が測定される。サンプルSに印加される圧力(即ち、圧力容器31の内部の圧力)を所望の圧力に設定した状態で、白色光源1及び偏光子2によって生成された白色光である直線偏光が、ファラデーセル11を介してサンプルSに入射される。該直線偏光は、サンプルSにおいて偏光面の角度が変化された上で検光子5に入射される。検光子5を通過した光が分光器7に入射され、検光子5を通過した光の各波長成分の光強度が光センサ8によって検出される。更に、光センサ8によって検出されたタイミングA、B(図22参照)のそれぞれにおける光の各波長成分の光強度から、第3の実施形態においてファラデー回転角θFを算出するのと同様の手順で、各圧力、各波長λにおける偏光面の回転角(即ち、偏光面の角度の変化)が算出される。
Further, in the polarization change
図40乃至図42は、それぞれ、電圧又は電流による偏光面の角度の変化を検知する偏光変化スペクトル測定装置40の構成を示している。
詳細には、図40は、第1の実施形態の磁気光学効果測定装置10(図2参照)を電圧又は電流による偏光面の角度の変化を測定するように構成を変更した例を示しており、図41は、第2の実施形態の磁気光学効果測定装置10(図11参照)を電圧又は電流による偏光面の角度の変化を測定するように構成を変更した例を示しており、図42は、第3の実施形態の磁気光学効果測定装置10(図21参照)を電圧又は電流による偏光面の角度の変化を測定するように構成を変更した例を示している。図40乃至図42の偏光変化スペクトル測定装置40では、サンプルSに所望の電圧又は電流を印加する電源装置41が設けられている。
40 to 42 show the configuration of the polarization change
Specifically, FIG. 40 shows an example in which the configuration of the magneto-optical effect measuring apparatus 10 (see FIG. 2) of the first embodiment is changed so as to measure the change in the angle of the polarization plane due to voltage or current. 41 shows an example in which the configuration of the magneto-optical effect measuring apparatus 10 (see FIG. 11) of the second embodiment is changed so as to measure the change in the angle of the polarization plane due to voltage or current. These show an example in which the configuration of the magneto-optical effect measuring apparatus 10 (see FIG. 21) of the third embodiment is changed so as to measure the change in the angle of the polarization plane due to voltage or current. In the polarization change
図40の偏光変化スペクトル測定装置40では、次のようにして偏光面の角度の変化の電圧依存性又は電流依存性が測定される。サンプルSに印加される電圧又は電流を所望値に設定した状態で、白色光源1及び偏光子2によって生成された白色光である直線偏光がサンプルSに入射される。該直線偏光は、サンプルSにおいて偏光面の角度が変化された上で検光子5に入射される。検光子5を通過した光が分光器7に入射され、検光子5を通過した光の各波長成分の光強度が光センサ8によって検出される。更に、光センサ8によって検出された各波長成分の光強度から第1の実施形態においてファラデー回転角θFを算出するのと同様の手順で、各電圧又は電流、及び、各波長λにおける偏光面の回転角(即ち、偏光面の角度の変化)が算出される。
In the polarization change
また、図41の偏光変化スペクトル測定装置40では、次のようにして偏光面の角度の変化の電圧依存性又は電流依存性が測定される。サンプルSに印加される電圧又は電流を所望値に設定した状態で、白色光源1及び偏光子2によって生成された白色光である直線偏光がサンプルSに入射される。該直線偏光は、サンプルSにおいて偏光面の角度が変化された上で検光子5に入射される。検光子5を通過した光が分光器7に入射され、検光子5を通過した光の各波長成分の光強度が光センサ8によって検出される。更に、光センサ8によって検出された各波長成分の光強度から第2の実施形態においてファラデー回転角θFを算出するのと同様の手順で、各電圧又は電流、及び、各波長λにおける偏光面の回転角(即ち、偏光面の角度の変化)が算出される。
41 measures the voltage dependency or current dependency of the change in the angle of the polarization plane as follows. In a state where the voltage or current applied to the sample S is set to a desired value, linearly polarized light that is white light generated by the
更に、図42の偏光変化スペクトル測定装置40では、次のようにして偏光面の角度の変化の電圧依存性又は電流依存性が測定される。サンプルSに印加される電圧又は電流を所望値に設定した状態で、白色光源1及び偏光子2によって生成された白色光である直線偏光が、ファラデーセル11を介してサンプルSに入射される。該直線偏光は、サンプルSにおいて偏光面の角度が変化された上で検光子5に入射される。検光子5を通過した光が分光器7に入射され、検光子5を通過した光の各波長成分の光強度が光センサ8によって検出される。更に、光センサ8によって検出されたタイミングA、B(図22参照)のそれぞれにおける光の各波長成分の光強度から、第3の実施形態においてファラデー回転角θFを算出するのと同様の手順で、各電圧又は電流、及び、各波長λにおける偏光面の回転角(即ち、偏光面の角度の変化)が算出される。
42 measures the voltage dependency or current dependency of the change in the angle of the polarization plane as follows. In a state where the voltage or current applied to the sample S is set to a desired value, linearly polarized light that is white light generated by the
以上には、本発明の様々な実施形態が説明されているが、本発明は、上記の実施形態に限定されない。本発明は、当業者には自明的な様々な変更をした上で実施され得る。 Although various embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments. The present invention can be implemented with various modifications obvious to those skilled in the art.
10:磁気光学効果測定装置
1:白色光源
2:偏光子
3:電磁石
4:励磁電源
5:検光子
6:駆動回路
7:分光器
8:光センサ
9:演算装置
11:ファラデーセル
12:駆動回路
13:ディレイ回路
14:ファンクションジェネレータ
15:イメージインテンシファイア
16:イメージインテンシファイア駆動回路
17:ハーフミラー
20、30、40:偏光変化スペクトル測定装置
21:恒温槽
22:温度制御装置
31:圧力容器
32:加圧減圧装置
41:電源装置
51、51a、52、52a、53、53a:光スポット
100:磁気光学効果測定装置
101:波長可変光源
101a:白色光源
101b:分光器
101c、101d:スリット
102:偏光子
103:電磁石
104:励磁電源
105:検光子
106:駆動回路
107:光電変換器
108:増幅器
109:演算装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10: Magneto-optical effect measuring apparatus 1: White light source 2: Polarizer 3: Electromagnet 4: Excitation power supply 5: Analyzer 6: Drive circuit 7: Spectrometer 8: Optical sensor 9: Arithmetic device 11: Faraday cell 12: Drive circuit 13: Delay circuit 14: Function generator 15: Image intensifier 16: Image intensifier drive circuit 17:
Claims (20)
前記多色光から直線偏光を生成し、前記直線偏光をサンプルに入射する偏光子と、
前記サンプルから出射される検出光が入射される検光子と、
前記検光子を通過した通過光が入射される分光器と、
前記分光器による分光によって得られる前記複数の波長の波長成分のそれぞれの光強度を検出する光検出手段と、
前記サンプルに磁場が印加された状態で検出された前記波長成分のそれぞれの光強度から前記サンプルによる前記直線偏光の偏光面の角度の変化の波長依存性を算出する演算装置
とを具備する
偏光変化スペクトル測定装置。 A light source that generates polychromatic light having wavelength components of a plurality of wavelengths;
A polarizer that generates linearly polarized light from the polychromatic light and that enters the sample into the sample;
An analyzer on which detection light emitted from the sample is incident;
A spectroscope on which the light passing through the analyzer is incident;
Light detecting means for detecting the light intensity of each of the wavelength components of the plurality of wavelengths obtained by spectroscopy by the spectrometer;
An arithmetic unit that calculates the wavelength dependence of the change in angle of the polarization plane of the linearly polarized light by the sample from the light intensity of each of the wavelength components detected in a state where a magnetic field is applied to the sample. Spectrum measuring device.
更に、前記サンプルに磁場を印加する磁場印加手段を具備し、
前記演算装置は、前記サンプルに磁場が印加された状態で検出された前記波長成分のそれぞれの光強度から前記サンプルによる前記直線偏光の偏光面の角度の変化の波長依存性を算出する
偏光変化スペクトル測定装置。 The polarization change spectrum measuring apparatus according to claim 1,
Furthermore, it comprises a magnetic field applying means for applying a magnetic field to the sample,
The arithmetic unit calculates a wavelength dependence of a change in an angle of a polarization plane of the linearly polarized light by the sample from each light intensity of the wavelength component detected in a state where a magnetic field is applied to the sample. Polarization change spectrum measuring device.
更に、前記サンプルの温度、前記サンプルに印加される圧力、前記サンプルに印加される電圧、又は、前記サンプルに印加される電圧を調節する調節手段を具備する
偏光変化スペクトル測定装置。 The polarization change spectrum measuring apparatus according to claim 1,
The polarization change spectrum measuring apparatus further comprising adjusting means for adjusting the temperature of the sample, the pressure applied to the sample, the voltage applied to the sample, or the voltage applied to the sample.
前記多色光から直線偏光を生成し、前記直線偏光をサンプルに入射する偏光子と、
前記サンプルに磁場を印加する磁場印加手段と、
前記サンプルから出射される検出光が入射される検光子と、
前記検光子を通過した通過光が入射される分光器と、
前記分光器による分光によって得られる前記複数の波長の波長成分のそれぞれの光強度を検出する光検出手段と、
前記サンプルに磁場が印加された状態で検出された前記波長成分のそれぞれの光強度から前記サンプルの磁気光学効果の波長依存性を算出する演算装置
とを具備する
磁気光学効果測定装置。 A light source that generates polychromatic light having wavelength components of a plurality of wavelengths;
A polarizer that generates linearly polarized light from the polychromatic light and that enters the sample into the sample;
Magnetic field applying means for applying a magnetic field to the sample;
An analyzer on which detection light emitted from the sample is incident;
A spectroscope on which the light passing through the analyzer is incident;
Light detecting means for detecting the light intensity of each of the wavelength components of the plurality of wavelengths obtained by spectroscopy by the spectrometer;
A magneto-optical effect measurement apparatus comprising: an arithmetic unit that calculates wavelength dependence of the magneto-optical effect of the sample from each light intensity of the wavelength component detected in a state where a magnetic field is applied to the sample.
前記波長成分のそれぞれの光強度は、前記検光子の透過軸の角度である検光子角度を変化させながら測定され、
前記演算装置は、前記波長成分のそれぞれの光強度から、前記複数の波長のそれぞれについて、前記検光子角度と前記光強度との関係を示す角度−光強度データを生成し、前記角度−光強度データから前記サンプルにおける偏光面の回転角を算出し、算出した前記回転角から前記サンプルの磁気光学効果の波長依存性を算出する
磁気光学効果測定装置。 The magneto-optical effect measuring device according to claim 4,
The light intensity of each of the wavelength components is measured while changing the analyzer angle, which is the angle of the transmission axis of the analyzer,
The arithmetic unit generates angle-light intensity data indicating a relationship between the analyzer angle and the light intensity for each of the plurality of wavelengths from the light intensity of each of the wavelength components, and the angle-light intensity. A magneto-optical effect measuring device that calculates a rotation angle of a polarization plane in the sample from data and calculates a wavelength dependency of a magneto-optical effect of the sample from the calculated rotation angle.
前記波長成分のそれぞれの光強度は、前記検光子の透過軸の角度である検光子角度が固定された状態で測定され、
前記サンプルにおける偏光面の回転角と前記波長成分のそれぞれの光強度の変化との関係を示す回転角−光強度変化データが予め前記演算装置に保存され、
前記演算装置は、保存された前記回転角−光強度変化データを用いて、前記波長成分のそれぞれの光強度から前記サンプルにおける偏光面の回転角を算出し、算出した前記回転角から前記サンプルの磁気光学効果の波長依存性を算出する
磁気光学効果測定装置。 The magneto-optical effect measuring device according to claim 4,
The light intensity of each of the wavelength components is measured in a state where an analyzer angle that is an angle of a transmission axis of the analyzer is fixed,
Rotation angle-light intensity change data indicating the relationship between the rotation angle of the polarization plane in the sample and the change in the light intensity of each of the wavelength components is stored in the arithmetic device in advance.
The arithmetic unit uses the stored rotation angle-light intensity change data to calculate a rotation angle of a polarization plane in the sample from each light intensity of the wavelength component, and from the calculated rotation angle, calculates the rotation angle of the sample. A magneto-optical effect measuring device that calculates the wavelength dependence of the magneto-optical effect.
前記回転角−光強度変化データは、前記サンプルにおける偏光面の回転角の単位角度あたりの前記波長成分のそれぞれの光強度の変化を示すデータであり、
前記演算装置は、前記サンプルに磁場が印加された状態で検出された前記波長成分のそれぞれの光強度と前記サンプルに磁場が印加されない状態で検出された前記波長成分のそれぞれの光強度との差分と、前記回転角−光強度変化データとから前記サンプルにおける偏光面の回転角を算出する
磁気光学効果測定装置。 The magneto-optical effect measuring apparatus according to claim 6,
The rotation angle-light intensity change data is data indicating a change in light intensity of each of the wavelength components per unit angle of the rotation angle of the polarization plane in the sample,
The arithmetic unit calculates a difference between each light intensity of the wavelength component detected in a state where a magnetic field is applied to the sample and each light intensity of the wavelength component detected in a state where no magnetic field is applied to the sample. And a rotation angle of the polarization plane of the sample from the rotation angle-light intensity change data.
前記サンプルに磁場が印加された状態での前記波長成分のそれぞれの光強度の検出が、前記偏光子の透過軸の角度と前記検光子の透過軸の角度が、前記サンプルにおける偏光面の回転が無い場合に前記検光子に入射する直線偏光の偏光面と前記検光子の透過軸とがなす角度が43°から47°の範囲である状態で行われる
磁気光学効果測定装置。 The magneto-optical effect measuring apparatus according to claim 7,
The detection of the light intensity of each of the wavelength components in a state where a magnetic field is applied to the sample, the angle of the transmission axis of the polarizer and the angle of the transmission axis of the analyzer are the rotation of the polarization plane of the sample. A magneto-optical effect measurement apparatus, which is performed in a state where the angle formed by the plane of polarization of linearly polarized light incident on the analyzer and the transmission axis of the analyzer is in the range of 43 ° to 47 ° when there is not.
前記回転角−光強度変化データは、前記サンプルにおける偏光面の回転角の単位角度あたりの前記波長成分のそれぞれの光強度の変化を示すデータであり、
前記演算装置は、前記サンプルに第1方向に第1磁場が印加された状態で検出された前記波長成分のそれぞれの光強度と前記サンプルに前記第1方向と逆の第2方向に前記第1磁場と同一の大きさの第2磁場が印加されない状態で検出された前記波長成分のそれぞれの光強度との差分と、前記回転角−光強度変化データとから前記サンプルにおける偏光面の回転角を算出する
磁気光学効果測定装置。 The magneto-optical effect measuring apparatus according to claim 6,
The rotation angle-light intensity change data is data indicating a change in light intensity of each of the wavelength components per unit angle of the rotation angle of the polarization plane in the sample,
The arithmetic unit is configured to detect the light intensity of each of the wavelength components detected in a state where a first magnetic field is applied to the sample in a first direction and the first direction in the second direction opposite to the first direction to the sample. The rotation angle of the polarization plane in the sample is determined from the difference between the light intensity of each of the wavelength components detected in a state where the second magnetic field having the same magnitude as the magnetic field is not applied and the rotation angle-light intensity change data. Calculate the magneto-optical effect measuring device.
更に、
前記光源と前記サンプルの間に前記偏光子と直列に設けられたファラデーセルと、
前記ファラデーセルに交流の周期信号である駆動電流を供給する駆動回路と、
前記光センサが前記波長成分のそれぞれの光強度を測定するタイミングが前記ファラデーセルに供給される前記駆動電流と同期するように前記駆動回路と前記光センサの動作タイミングを制御するタイミング制御手段
とを具備する
磁気光学効果測定装置。 The magneto-optical effect measuring device according to claim 4,
Furthermore,
A Faraday cell provided in series with the polarizer between the light source and the sample;
A drive circuit for supplying a drive current which is an AC periodic signal to the Faraday cell;
Timing control means for controlling the operation timing of the drive circuit and the optical sensor so that the timing at which the optical sensor measures the light intensity of each of the wavelength components is synchronized with the drive current supplied to the Faraday cell. A magneto-optical effect measuring apparatus.
前記回転角−光強度変化データは、前記サンプルにおける偏光面の回転角の単位角度あたりの、前記駆動電流の各周期に規定された第1及び第2タイミングにおける前記波長成分のそれぞれの光強度の差分を示すデータであり、
前記第1タイミング及び第2タイミングは、前記サンプルにおいて偏光面が回転した場合に、前記光センサにおいて検出される前記波長成分のそれぞれの光強度が前記駆動電流の各周期において異なる極大値をとるように定められ、
前記演算装置は、前記サンプルに磁場が印加された状態で検出された前記第1タイミングにおける前記波長成分のそれぞれの光強度と前記第2タイミングにおける前記波長成分のそれぞれの光強度との差分と、前記回転角−光強度変化データとから前記サンプルにおける偏光面の回転角を算出する
磁気光学効果測定装置。 The magneto-optical effect measuring apparatus according to claim 10,
The rotation angle-light intensity change data includes the light intensity of each of the wavelength components at the first and second timings defined for each period of the drive current per unit angle of the rotation angle of the polarization plane in the sample. Data showing the difference,
In the first timing and the second timing, when the polarization plane rotates in the sample, the light intensity of each of the wavelength components detected by the photosensor takes a maximum value that is different in each period of the driving current. Stipulated in
The arithmetic device includes a difference between each light intensity of the wavelength component at the first timing detected in a state where a magnetic field is applied to the sample and each light intensity of the wavelength component at the second timing; A magneto-optical effect measuring apparatus that calculates a rotation angle of a polarization plane in the sample from the rotation angle-light intensity change data.
前記サンプルに磁場が印加された状態での前記波長成分のそれぞれの光強度の検出が、前記偏光子の透過軸の角度と前記検光子の透過軸の角度が、前記サンプルにおける偏光面の回転が無い場合に前記検光子に入射する直線偏光の偏光面と前記検光子の透過軸とがなす角度が43°から47°の範囲であるように調節された状態で行われる
磁気光学効果測定装置。 The magneto-optical effect measuring apparatus according to claim 11,
The detection of the light intensity of each of the wavelength components in a state where a magnetic field is applied to the sample, the angle of the transmission axis of the polarizer and the angle of the transmission axis of the analyzer are the rotation of the polarization plane of the sample. The magneto-optical effect measuring apparatus is performed in a state where the angle formed by the plane of polarization of linearly polarized light incident on the analyzer and the transmission axis of the analyzer is adjusted to be in the range of 43 ° to 47 ° when there is not.
前記光検出手段が、エリアセンサである
磁気光学効果測定装置。 The magneto-optical effect measuring device according to claim 4, wherein
The magneto-optical effect measuring device, wherein the light detection means is an area sensor.
前記検光子と前記分光器と前記光検出手段とは、前記サンプルを透過した光が前記検光子に入射するように配置され、
前記演算装置は、前記サンプルのベルデ定数の波長依存性を算出する
磁気光学効果測定装置。 The magneto-optical effect measuring device according to claim 4, wherein
The analyzer, the spectroscope, and the light detection means are arranged so that light transmitted through the sample enters the analyzer.
The arithmetic device calculates the wavelength dependence of the Verde constant of the sample.
前記検光子と前記分光器と前記光検出手段とは、前記サンプルを反射した光が前記検光子に入射するように配置され、
前記演算装置は、前記サンプルのカー定数の波長依存性を算出する
磁気光学効果測定装置。 The magneto-optical effect measuring device according to claim 4, wherein
The analyzer, the spectroscope, and the light detection means are arranged so that light reflected from the sample enters the analyzer.
The arithmetic device calculates the wavelength dependence of the Kerr constant of the sample.
前記検光子を通過した通過光を分光器に入射することと、
前記分光器による分光によって得られる前記複数の波長の波長成分のそれぞれの光強度を検出することと、
前記サンプルに磁場が印加された状態で検出された前記波長成分のそれぞれの光強度から前記サンプルによる前記直線偏光の偏光面の角度の変化の波長依存性を算出すること
とを具備する
偏光変化スペクトル測定方法。 A light source that generates polychromatic light having wavelength components of a plurality of wavelengths, a polarizer that generates linearly polarized light from the polychromatic light, and that enters the sample with the linearly polarized light, and a magnetic field applying unit that applies a magnetic field to the sample; A polarization change spectrum measurement method for calculating a wavelength dependence of a change in an angle of a polarization plane of the linearly polarized light by the sample by a polarization change spectrum measurement apparatus including an analyzer to which detection light emitted from the sample is incident. And
Entering the light passing through the analyzer into a spectrometer;
Detecting the light intensity of each of the wavelength components of the plurality of wavelengths obtained by spectroscopy by the spectrometer;
Calculating the wavelength dependence of the change in angle of the plane of polarization of the linearly polarized light by the sample from the light intensity of each of the wavelength components detected in a state where a magnetic field is applied to the sample. Measuring method.
前記検光子を通過した通過光を分光器に入射することと、
前記分光器による分光によって得られる前記複数の波長の波長成分のそれぞれの光強度を検出することと、
前記サンプルに磁場が印加された状態で検出された前記波長成分のそれぞれの光強度から前記サンプルの磁気光学効果の波長依存性を算出すること
とを具備する
磁気光学効果測定方法。 A light source that generates polychromatic light having wavelength components of a plurality of wavelengths, a polarizer that generates linearly polarized light from the polychromatic light, and that enters the sample with the linearly polarized light, and a magnetic field applying unit that applies a magnetic field to the sample; A magneto-optical effect measurement method for calculating the wavelength dependence of the magneto-optical effect of the sample by a magneto-optical effect measurement device comprising an analyzer to which detection light emitted from the sample is incident,
Entering the light passing through the analyzer into a spectrometer;
Detecting the light intensity of each of the wavelength components of the plurality of wavelengths obtained by spectroscopy by the spectrometer;
Calculating the wavelength dependence of the magneto-optic effect of the sample from the light intensity of each of the wavelength components detected in a state where a magnetic field is applied to the sample.
前記波長成分のそれぞれの光強度は、前記検光子の透過軸の角度である検光子角度を変化させながら測定され、
前記サンプルの磁気光学効果の波長依存性の算出においては、前記波長成分のそれぞれの光強度から、前記複数の波長のそれぞれについて、前記検光子角度と前記光強度との関係を示す角度−光強度データを生成し、前記角度−光強度データから前記サンプルにおける偏光面の回転角を算出し、算出した前記回転角から前記サンプルの磁気光学効果の波長依存性を算出する
磁気光学効果測定方法。 The magneto-optical effect measurement method according to claim 17,
The light intensity of each of the wavelength components is measured while changing the analyzer angle, which is the angle of the transmission axis of the analyzer,
In calculating the wavelength dependence of the magneto-optical effect of the sample, the angle-light intensity indicating the relationship between the analyzer angle and the light intensity for each of the plurality of wavelengths from the light intensity of each of the wavelength components. A magneto-optical effect measurement method that generates data, calculates a rotation angle of a polarization plane of the sample from the angle-light intensity data, and calculates a wavelength dependency of the magneto-optical effect of the sample from the calculated rotation angle.
前記波長成分のそれぞれの光強度は、前記検光子の透過軸の角度である検光子角度が固定された状態で測定され、
前記サンプルにおける偏光面の回転角と前記波長成分のそれぞれの光強度の変化との関係を示す回転角−光強度変化データが予め用意され、
前記サンプルの磁気光学効果の波長依存性の算出においては、予め用意された前記回転角−光強度変化データを用いて、前記波長成分のそれぞれの光強度から前記サンプルにおける偏光面の回転角を算出し、算出した前記回転角から前記サンプルの磁気光学効果の波長依存性を算出する
磁気光学効果測定方法。 The magneto-optical effect measurement method according to claim 17,
The light intensity of each of the wavelength components is measured in a state where an analyzer angle that is an angle of a transmission axis of the analyzer is fixed,
Rotation angle-light intensity change data indicating the relationship between the rotation angle of the polarization plane in the sample and the change in light intensity of each wavelength component is prepared in advance,
In calculating the wavelength dependence of the magneto-optical effect of the sample, the rotation angle of the polarization plane in the sample is calculated from the light intensity of each of the wavelength components using the rotation angle-light intensity change data prepared in advance. And calculating the wavelength dependence of the magneto-optical effect of the sample from the calculated rotation angle.
前記磁気光学効果測定装置が、更に、前記光源と前記サンプルの間に前記偏光子と直列に設けられたファラデーセルと、前記ファラデーセルに交流の周期信号である駆動電流を供給する駆動回路と、前記光センサが前記波長成分のそれぞれの光強度を測定するタイミングが前記ファラデーセルに供給される前記駆動電流と同期するように前記駆動回路と前記光センサの動作タイミングを制御するタイミング制御手段
とを備えており、
前記回転角−光強度変化データは、前記サンプルにおける偏光面の回転角の単位角度あたりの、前記駆動電流の各周期に規定された第1及び第2タイミングにおける前記波長成分のそれぞれの光強度の差分を示すデータであり、
前記第1タイミング及び第2タイミングは、前記サンプルにおいて偏光面が回転した場合に、前記光センサにおいて検出される前記波長成分のそれぞれの光強度が前記駆動電流の各周期において異なる極大値をとるように定められ、
前記サンプルの磁気光学効果の波長依存性の算出においては、前記サンプルに磁場が印加された状態で検出された前記第1タイミングにおける前記波長成分のそれぞれの光強度と前記第2タイミングにおける前記波長成分のそれぞれの光強度との差分と、前記回転角−光強度変化データとから前記サンプルにおける偏光面の回転角を算出する
磁気光学効果測定方法。 The magneto-optical effect measurement method according to claim 17,
The magneto-optical effect measurement apparatus further includes a Faraday cell provided in series with the polarizer between the light source and the sample, and a drive circuit that supplies a drive current that is an AC periodic signal to the Faraday cell; Timing control means for controlling the operation timing of the drive circuit and the optical sensor so that the timing at which the optical sensor measures the light intensity of each of the wavelength components is synchronized with the drive current supplied to the Faraday cell. Has
The rotation angle-light intensity change data includes the light intensity of each of the wavelength components at the first and second timings defined for each period of the drive current per unit angle of the rotation angle of the polarization plane in the sample. Data showing the difference,
In the first timing and the second timing, when the polarization plane rotates in the sample, the light intensity of each of the wavelength components detected by the photosensor takes a maximum value that is different in each period of the driving current. Stipulated in
In calculating the wavelength dependence of the magneto-optical effect of the sample, the light intensity of each of the wavelength components at the first timing detected in a state where a magnetic field is applied to the sample and the wavelength component at the second timing A method of measuring a magneto-optical effect, wherein a rotation angle of a polarization plane in the sample is calculated from a difference between each of the light intensity and the rotation angle-light intensity change data.
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