JP5469590B2 - Magneto-optical spectrum spectrometer, magneto-optical spectrum measuring method and program - Google Patents

Magneto-optical spectrum spectrometer, magneto-optical spectrum measuring method and program Download PDF

Info

Publication number
JP5469590B2
JP5469590B2 JP2010273552A JP2010273552A JP5469590B2 JP 5469590 B2 JP5469590 B2 JP 5469590B2 JP 2010273552 A JP2010273552 A JP 2010273552A JP 2010273552 A JP2010273552 A JP 2010273552A JP 5469590 B2 JP5469590 B2 JP 5469590B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
measurement
magneto
angle
sample
rotation angle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2010273552A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2012122835A (en
Inventor
佑介 橋本
賢一 青島
賢司 町田
信彦 船橋
淳 久我
宏 菊池
直樹 清水
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Japan Broadcasting Corp
Original Assignee
Japan Broadcasting Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Japan Broadcasting Corp filed Critical Japan Broadcasting Corp
Priority to JP2010273552A priority Critical patent/JP5469590B2/en
Publication of JP2012122835A publication Critical patent/JP2012122835A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5469590B2 publication Critical patent/JP5469590B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Description

本発明は、磁気光学分光法に係り、特に磁気光学スペクトル測定技術に関する。   The present invention relates to magneto-optical spectroscopy, and more particularly to a magneto-optical spectrum measurement technique.

一般に、光は、電場と磁場が振動する波である。電場と磁場が一方向に揃えられて振動する光を直線偏光といい、電場の振動方向を偏光面という。磁場中に存在する物質に直線偏光を照射すると、光は物質の持つ旋光性により偏光面が回転する。これを磁気光学効果という。磁気光学効果は、光磁気ディスクや光スイッチなどに応用されており、さまざまな材料における研究が進められている。加えて、近年のスピントロニクス研究の急速な進歩により、磁性体材料の磁気光学スペクトルを高速、高精度、そして安価に観測する手法の確立が求められている。   In general, light is a wave in which an electric field and a magnetic field vibrate. Light that vibrates with an electric field and a magnetic field aligned in one direction is called linearly polarized light, and the vibration direction of the electric field is called a polarization plane. When a material present in a magnetic field is irradiated with linearly polarized light, the plane of polarization of the light rotates due to the optical rotation of the material. This is called a magneto-optical effect. The magneto-optic effect has been applied to magneto-optical disks and optical switches, and research on various materials has been advanced. In addition, due to recent rapid advances in spintronics research, establishment of methods for observing magneto-optical spectra of magnetic materials at high speed, high accuracy, and low cost is required.

磁気光学効果の測定方法としては、例えば、回転偏光子法や偏光変調法が知られている(特許文献1参照)。回転偏光子法と偏光変調法には、以下に示す利点と欠点がある。回転偏光子法は、観測された磁気光学信号(magneto-optical信号:以下、MO信号という)の絶対値が決定できるが、測定に時間がかかる。一方、偏光変調法は、MOスペクトルが効率よく測定できるが、MO信号の絶対値が決定できない。これまで磁気光学効果の波長依存性、いわゆる磁気光学スペクトルは、主に、偏光変調法により観測されてきた。この偏光変調法による測定方法は、既に非特許文献1において詳しく解説されており、測定装置も市販されている。   As a method for measuring the magneto-optical effect, for example, a rotating polarizer method and a polarization modulation method are known (see Patent Document 1). The rotating polarizer method and the polarization modulation method have the following advantages and disadvantages. The rotational polarizer method can determine the absolute value of an observed magneto-optical signal (hereinafter referred to as an MO signal), but takes a long time to measure. On the other hand, the polarization modulation method can efficiently measure the MO spectrum, but cannot determine the absolute value of the MO signal. So far, the wavelength dependence of the magneto-optic effect, so-called magneto-optic spectrum, has been observed mainly by the polarization modulation method. This measuring method using the polarization modulation method has already been described in detail in Non-Patent Document 1, and measuring devices are also commercially available.

特開2004−294293号公報JP 2004-294293 A

佐藤勝昭著、「光と磁気」、朝倉出版、2001年11月20日、p.90−115Katsuaki Sato, “Light and Magnetism”, Asakura Publishing, November 20, 2001, p.90-115

従来、MOスペクトルを測定するために偏光変調法を用いた市販の測定装置は、製品として出荷される前に工場において予め校正されているので、測定現場においてMO信号の絶対値が直接決定できるとされている。つまり、この従来の測定装置は、測定現場で得られた測定結果を、工場で一回校正したパラメータを使って校正して、MO信号の絶対値を得ている。ところが、現場の実験条件や光弾性変調器の特性変化などにより校正条件が変化する可能性がある。したがって、校正条件に合わせて測定毎に現場で校正を毎回行うことが理想的であり、磁気光学分光計を用いる研究分野では、測定のたびに磁気光学分光計を校正し直すことが要望されている。しかしながら、従来の測定装置は、測定のたびに校正し直すことができないため、データの信頼性に疑問が残る。   Conventionally, a commercially available measuring apparatus using a polarization modulation method for measuring the MO spectrum is calibrated in advance in a factory before being shipped as a product, so that the absolute value of the MO signal can be directly determined at the measurement site. Has been. In other words, this conventional measuring apparatus calibrates the measurement result obtained at the measurement site using the parameters calibrated once at the factory to obtain the absolute value of the MO signal. However, the calibration conditions may change due to on-site experimental conditions and changes in the characteristics of the photoelastic modulator. Therefore, it is ideal to perform calibration on site for each measurement according to the calibration conditions, and in the research field using a magneto-optical spectrometer, it is desired to re-calibrate the magneto-optical spectrometer for each measurement. Yes. However, since the conventional measuring device cannot be calibrated every time it is measured, there is a doubt about the reliability of the data.

また、試料の反射光で観測されるMO信号は、原理的には、極カー効果、縦カー効果および線二色性の線形和であるが、多くの研究では、反射光から観測される信号が極カー効果により支配されていると仮定している。そのため、偏光変調法を用いた市販の極カー効果測定装置は、磁気光学効果が極カー効果だけに起因するものと仮定して構成されており、入射光が試料表面に対して斜めに照射されるときには必ずしも正しくない。多くの測定装置では、試料に光が斜めに照射されているので、観測されるデータには誤りが含まれる可能性がある。   The MO signal observed in the reflected light of the sample is, in principle, the linear sum of the polar Kerr effect, the longitudinal Kerr effect, and the linear dichroism, but in many studies, the signal observed from the reflected light. Is governed by the polar Kerr effect. For this reason, a commercially available polar Kerr effect measurement device using the polarization modulation method is configured on the assumption that the magneto-optical effect is caused only by the polar Kerr effect, and incident light is irradiated obliquely to the sample surface. Is not always correct. In many measuring apparatuses, since the sample is irradiated with light obliquely, the observed data may contain an error.

そこで、回転偏光子法と偏光変調法とが、利点と欠点を相互に補完することに着目して双方を組み合わせる手法が考えられる。つまり、偏光変調法でMOスペクトルを観測し、その後に、回転偏光子法でMO信号の校正を行えば、正しいMOスペクトルが得られる。しかしながら、回転偏光子法を用いた測定装置と、偏光変調法を用いた測定装置とは異なるため、測定に手間がかかった。   In view of this, a method of combining both of the rotating polarizer method and the polarization modulation method with a focus on mutually complementing advantages and disadvantages is conceivable. That is, if the MO spectrum is observed by the polarization modulation method and then the MO signal is calibrated by the rotating polarizer method, a correct MO spectrum can be obtained. However, since the measuring device using the rotating polarizer method is different from the measuring device using the polarization modulation method, it takes time and effort to measure.

本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、磁気光学効果として観測される信号の絶対値を校正できる磁気光学スペクトル分光装置、磁気光学スペクトル測定方法およびプログラムを提供することを課題とする。
また、本発明は、磁気光学効果として観測される信号を効率よく測定できる磁気光学スペクトル分光装置、磁気光学スペクトル測定方法およびプログラムを提供することを他の課題とする。
The present invention has been made in view of the above problems, and provides a magneto-optical spectrum spectrometer, a magneto-optical spectrum measuring method, and a program capable of calibrating the absolute value of a signal observed as a magneto-optical effect. Is an issue.
Another object of the present invention is to provide a magneto-optical spectrum spectrometer, a magneto-optical spectrum measurement method, and a program that can efficiently measure a signal observed as a magneto-optical effect.

前記課題を解決するために、本願発明者らは、回転偏光子法と偏光変調法の測定装置および測定方法について種々検討を行った。これらの測定装置の違いは、光学測定系に設置される偏光板の角度と、光弾性変調器の有無なので、自動角度調整機能付き偏光子ホルダで偏光板の角度をコンピュータ制御すると共に、光弾性変調器の変調機能のオン/オフをコンピュータ制御することを1つの測定装置で実現できることを見出した。また、大要、以下の(A1)〜(A3)の手順で回転偏光子法と偏光変調法とを1つの測定装置で実現することで、測定効率を飛躍的に向上させることができることを見出した。
(A1)回転偏光子法を用いて、MO信号の絶対値を決定する。
(A2)回転偏光子法を用いて、MO信号の入射光偏光面に対する変化を観測し、その振る舞いからMO信号の起源を決定する。
(A3)偏光変調法を用いてMOスペクトルを観測する。
In order to solve the above-mentioned problems, the inventors of the present application have made various studies on measuring devices and measuring methods of the rotating polarizer method and the polarization modulation method. The difference between these measuring devices is the angle of the polarizing plate installed in the optical measurement system and the presence or absence of a photoelastic modulator. It has been found that it is possible to realize computer control of on / off of the modulation function of the modulator with a single measuring device. In addition, it has been found that the measurement efficiency can be drastically improved by realizing the rotating polarizer method and the polarization modulation method with one measuring device in the following procedures (A1) to (A3). It was.
(A1) The absolute value of the MO signal is determined using the rotating polarizer method.
(A2) Using the rotating polarizer method, the change of the MO signal with respect to the incident light polarization plane is observed, and the origin of the MO signal is determined from its behavior.
(A3) An MO spectrum is observed using a polarization modulation method.

そこで、本発明のうち請求項1に記載の磁気光学スペクトル分光装置は、試料の磁気光学特性のスペクトルを測定する偏光変調法を用いる測定系として配置された光源と、分光器と、第1直線偏光板と、光弾性変調器と、磁場印加手段と、第2直線偏光板と、光検出手段と、ボルトメータと、ロックインアンプと、前記分光器で分光される所定波長の光における波長の切り替えを含む動作を予め設定されたタイミングで制御する制御手段と、前記ボルトメータおよび前記ロックインアンプでそれぞれ測定された電圧値を記憶する記憶手段と、前記記憶された電圧値に基づいて前記試料の磁気光学特性としてカー回転角を算出する演算手段とを備えた磁気光学スペクトル分光装置において、前記各直線偏光板は、回転により偏光面の角度が所定値になるように調整可能な回転機構付き直線偏光板であり、前記制御手段が、第1測定制御手段と、第2測定制御手段とを備え、前記演算手段が、第1算出手段と、相関判別手段と、第2算出手段と、第3算出手段とを備えることとした。なお、偏光変調法を用いる測定系の配置は公知である。   Therefore, the magneto-optical spectrum spectroscope according to claim 1 of the present invention includes a light source, a spectroscope, and a first straight line arranged as a measurement system using a polarization modulation method for measuring a spectrum of the magneto-optical characteristic of a sample. A polarizing plate, a photoelastic modulator, a magnetic field applying unit, a second linear polarizing plate, a light detecting unit, a voltmeter, a lock-in amplifier, and a wavelength of light of a predetermined wavelength that is split by the spectrometer. Control means for controlling the operation including switching at a preset timing, storage means for storing voltage values respectively measured by the voltmeter and the lock-in amplifier, and the sample based on the stored voltage values And a calculating means for calculating a Kerr rotation angle as a magneto-optical characteristic of the linear optical polarizer, wherein each linearly polarizing plate has a predetermined polarization plane angle by rotation. A linear polarizing plate with a rotation mechanism that can be adjusted so that the control means includes a first measurement control means and a second measurement control means, and the calculation means includes a first calculation means and a correlation determination. Means, second calculation means, and third calculation means. The arrangement of the measurement system using the polarization modulation method is known.

かかる構成によれば、磁気光学スペクトル分光装置において、制御手段は、第1測定制御手段によって、前記光弾性変調器の偏光変調機能をオフの状態にして前記各直線偏光板において偏光面の角度をそれぞれ変化させる回転偏光子法を用いて前記ボルトメータにより検出される電圧値を測定するための制御を行い前記偏光面の角度別のそれぞれの測定値を前記記憶手段に記録する。そして、第2測定制御手段によって、前記光弾性変調器の偏光変調機能をオンの状態、かつ、前記各直線偏光板を所定角度に固定し、前記分光器で分光される光の波長を変化させる偏光変調法を用いて前記ボルトメータおよび前記ロックインアンプによりそれぞれ検出される電圧値を測定するための制御を行いそれぞれの測定値を前記記憶手段に記録する。そして、磁気光学スペクトル分光装置において、演算手段は、第1算出手段によって、前記記憶手段に記憶された前記回転偏光子法を用いた前記各直線偏光板における偏光面の角度別のそれぞれの測定値に基づいて前記所定波長におけるカー回転角の絶対値をそれぞれ算出する。そして、演算手段は、相関判別手段によって、前記所定波長におけるカー回転角の絶対値と、前記第1直線偏光板における偏光面である入射光偏光面の角度との相関の有無を判別する。   According to such a configuration, in the magneto-optical spectrum spectrometer, the control unit turns off the polarization modulation function of the photoelastic modulator and sets the angle of the polarization plane in each linearly polarizing plate by the first measurement control unit. Control is performed to measure the voltage value detected by the voltmeter using the rotating polarizer method to be changed, and each measured value for each angle of the polarization plane is recorded in the storage means. Then, the second measurement control means turns on the polarization modulation function of the photoelastic modulator, fixes each linearly polarizing plate at a predetermined angle, and changes the wavelength of light dispersed by the spectrometer. Control is performed to measure voltage values detected by the voltmeter and the lock-in amplifier using a polarization modulation method, and the measured values are recorded in the storage means. Then, in the magneto-optical spectrum spectrometer, the calculation means is a first calculation means for each measurement value for each angle of polarization plane in each linearly polarizing plate using the rotating polarizer method stored in the storage means. On the basis of the absolute value of the Kerr rotation angle at the predetermined wavelength. Then, the computing means discriminates whether or not there is a correlation between the absolute value of the Kerr rotation angle at the predetermined wavelength and the angle of the incident light polarization plane which is the polarization plane in the first linearly polarizing plate.

ここで、磁気光学効果の1つである極カー効果は、その原理から、入射光偏光面の角度に依存しないので相関が無いが、縦カー効果と線二色性は共に依存するため相関がある。したがって、磁気光学スペクトル分光装置において、前記カー回転角の絶対値と前記入射光偏光面の角度との相関が無いと判定された場合、観測された磁気光学効果は極カー効果に起因するので、演算手段は、第2算出手段によって、前記記憶手段に記憶された前記偏光変調法を用いた測定値に基づいて前記試料のカー回転角のスペクトルを算出する。そして、演算手段は、第3算出手段によって、前記第2算出手段で算出されたスペクトルにおけるカー回転角の値を、前記第1算出手段によって算出されたカー回転角の絶対値に適合させる換算値を求め、前記スペクトルにおけるカー回転角の値に対して前記換算値をそれぞれ乗算することで、校正されたカー回転角のスペクトルを当該試料の磁気光学特性のスペクトルとして算出する。   Here, the polar Kerr effect, which is one of the magneto-optical effects, has no correlation because it does not depend on the angle of the plane of polarization of incident light. However, the correlation between the longitudinal Kerr effect and linear dichroism depends on both. is there. Therefore, in the magneto-optical spectrum spectrometer, when it is determined that there is no correlation between the absolute value of the Kerr rotation angle and the angle of the incident light polarization plane, the observed magneto-optical effect is caused by the polar Kerr effect. The calculation means calculates the spectrum of the Kerr rotation angle of the sample based on the measurement value using the polarization modulation method stored in the storage means by the second calculation means. Then, the calculation means uses the third calculation means to convert the Kerr rotation angle value in the spectrum calculated by the second calculation means to the converted value that matches the absolute value of the Kerr rotation angle calculated by the first calculation means. And the calculated Kerr rotation angle spectrum is calculated as the spectrum of the magneto-optical characteristic of the sample.

また、請求項2に記載の磁気光学スペクトル分光装置は、請求項1に記載の磁気光学スペクトル分光装置において、前記磁場印加手段が、前記試料の面直方向に磁場を印加する面直磁場印加手段と、前記試料の面内方向に磁場を印加する面内磁場印加手段とを備え、前記演算手段の前記相関判別手段が、前記試料の面直方向に磁場が印加されたときの前記カー回転角の絶対値と前記入射光偏光面の角度との相関がある場合には、前記試料の面内方向であって光の入射面に平行に磁場が印加されたときの測定値を用いて算出されたカー回転角の絶対値と、前記入射光偏光面の角度との相関の有無をさらに判別し、これらの間に相関がある場合、前記試料の磁気光学効果には縦カー効果もしくは線二色性の寄与が含まれていると判定することが好ましい。   The magneto-optical spectrum spectrometer according to claim 2 is the magneto-optical spectrum spectrometer according to claim 1, wherein the magnetic field applying means applies a magnetic field in a direction perpendicular to the surface of the sample. And an in-plane magnetic field applying means for applying a magnetic field in the in-plane direction of the sample, and the correlation determining means of the computing means is configured to rotate the Kerr rotation angle when a magnetic field is applied in a direction perpendicular to the surface of the sample. Is calculated using a measured value when a magnetic field is applied in the in-plane direction of the sample and parallel to the light incident surface. If there is a correlation between the absolute value of the Kerr rotation angle and the angle of the incident light polarization plane, and there is a correlation between them, the magneto-optical effect of the sample is a longitudinal Kerr effect or a linear two-color effect. It is preferable to determine that a gender contribution is included. Arbitrariness.

かかる構成によれば、磁気光学スペクトル分光装置は、試料に対して面直方向に磁場を印加した場合の測定値から算出されたカー回転角の絶対値と、当該測定における入射光偏光面の角度との相関があると判別した場合に、試料に対して面内方向に磁場を印加した場合の測定値に基づいて、同様に相関の有無を調べることができる。ここで、縦カー効果は、試料に照射される光の進行ベクトルが面内方向に対する射影ベクトルと磁化ベクトルとの内積に比例することが知られている。また、試料の面直方向に磁場を印加して試料の磁化の向きを制御しながら測定した偏光の回転角が、当該測定における入射光偏光面の角度に依存する場合、それは極カー効果以外の磁気光学効果に起因すると考えられる。したがって、磁気光学スペクトル分光装置によれば、原理的に縦カー効果が現れるような配置で試料の磁化の向きを制御しながら測定した測定値に基づいて相関の有無を調べるので、相関がある場合には、カー回転角が極カー効果ではなく、縦カー効果もしくは線二色性に起因することを判定できる。よって、試料から観測される磁気光学信号によって、極カー効果に起因したスペクトルが得られない場合でも、対象の試料に観測される磁気光学効果が縦カー効果もしくは線二色性に起因することが分かり、なんらかの手段で縦カー効果もしくは線二色性に起因したスペクトルを求めることが可能となる。   According to such a configuration, the magneto-optical spectrum spectrometer is configured to calculate the absolute value of the Kerr rotation angle calculated from the measurement value when a magnetic field is applied to the sample in the direction perpendicular to the surface and the angle of the incident light polarization plane in the measurement. If it is determined that there is a correlation, the presence or absence of the correlation can be similarly examined based on the measured value when the magnetic field is applied to the sample in the in-plane direction. Here, it is known that the longitudinal Kerr effect is such that the traveling vector of light applied to the sample is proportional to the inner product of the projection vector and the magnetization vector in the in-plane direction. If the rotation angle of polarized light measured while applying a magnetic field in the direction perpendicular to the surface of the sample and controlling the direction of magnetization of the sample depends on the angle of the incident light polarization surface in the measurement, It is thought to be due to the magneto-optical effect. Therefore, according to the magneto-optical spectrum spectrometer, the presence or absence of correlation is examined based on the measured value while controlling the magnetization direction of the sample in an arrangement in which the longitudinal Kerr effect appears in principle. It can be determined that the Kerr rotation angle is not due to the polar Kerr effect but to the vertical Kerr effect or linear dichroism. Therefore, even when the spectrum due to the polar Kerr effect cannot be obtained by the magneto-optical signal observed from the sample, the magneto-optical effect observed in the target sample may be due to the longitudinal Kerr effect or linear dichroism. As can be seen, it is possible to obtain a spectrum due to vertical Kerr effect or linear dichroism by some means.

また、請求項3に記載の磁気光学スペクトル分光装置は、請求項2に記載の磁気光学スペクトル分光装置において、前記演算手段の前記相関判別手段が、前記試料の面内方向であって光の入射面に平行に磁場が印加されたときの測定値を用いて算出されたカー回転角の絶対値と、前記入射光偏光面の角度との相関がある場合には、前記試料の面内方向であって光の入射面の法線方向に磁場が印加されたときの測定値を用いて算出されたカー回転角の絶対値と、前記入射光偏光面の角度との相関の有無をさらに判別し、これらの間に相関がある場合、前記縦カー効果の寄与が含まれているとの判定を覆し前記試料の磁気光学効果には線二色性の寄与が含まれていると判定することが好ましい。   The magneto-optical spectrum spectrometer according to claim 3 is the magneto-optical spectrum spectrometer according to claim 2, wherein the correlation determining means of the computing means is in an in-plane direction of the sample and incident light. If there is a correlation between the absolute value of the Kerr rotation angle calculated using the measured value when a magnetic field is applied parallel to the surface and the angle of the incident light polarization plane, the in-plane direction of the sample Further, it is further determined whether or not there is a correlation between the absolute value of the Kerr rotation angle calculated using the measured value when the magnetic field is applied in the normal direction of the light incident surface and the angle of the incident light polarization surface. If there is a correlation between them, the determination that the contribution of the vertical Kerr effect is included is reversed, and it is determined that the magneto-optic effect of the sample includes a contribution of linear dichroism. preferable.

かかる構成によれば、磁気光学スペクトル分光装置は、原理的に縦カー効果が現れるような配置で試料の磁化の向きを制御しながら測定した測定値に基づいて相関があると判別した場合に、試料の面内方向であって光の入射面の法線方向に磁場を印加した場合の測定値に基づいて、同様に相関の有無を調べることができる。ここで、線二色性は、磁化の面内磁化の大きさと入射光偏光面の角度との相対的な関係に比例することが知られている。そして、原理的に縦カー効果が現れるような印加磁場の配置において得られた信号が縦カー効果もしくは線二色性に起因すると推定されたときに、さらに、原理的に縦カー効果が現れないような配置で磁場を印加して試料の磁化の向きを制御しながら測定した信号においても、カー回転角の絶対値が入射光偏光面の角度になお依存してしまう場合には、原理的には、このときのカー回転角は縦カー効果に起因するとは言えず、残りの可能性として、カー回転角が線二色性に起因していると考えられる。したがって、磁気光学スペクトル分光装置によれば、カー回転角が線二色性に起因することを判定できる。よって、試料から観測される磁気光学信号によって、極カー効果に起因したスペクトルが得られない場合でも、対象の試料に観測される磁気光学効果が線二色性に起因することが分かり、なんらかの手段で線二色性に起因したスペクトルを求めることが可能となる。   According to such a configuration, when the magneto-optical spectrum spectrometer determines that there is a correlation based on the measured value while controlling the magnetization direction of the sample in an arrangement in which the longitudinal Kerr effect appears in principle, Based on the measured value when a magnetic field is applied in the in-plane direction of the sample and in the normal direction of the light incident surface, the presence or absence of correlation can be similarly examined. Here, it is known that the linear dichroism is proportional to the relative relationship between the magnitude of the in-plane magnetization of the magnetization and the angle of the incident light polarization plane. Further, when it is estimated that the signal obtained in the arrangement of the applied magnetic field in which the vertical Kerr effect appears in principle is caused by the vertical Kerr effect or linear dichroism, the vertical Kerr effect does not appear in principle. In principle, if the absolute value of the Kerr rotation angle still depends on the angle of the polarization plane of the incident light even in the signal measured while controlling the magnetization direction of the sample by applying a magnetic field in such an arrangement, in principle However, it can be said that the Kerr rotation angle at this time is not caused by the vertical Kerr effect, and it is considered that the Kerr rotation angle is caused by linear dichroism as the remaining possibility. Therefore, according to the magneto-optical spectrum spectrometer, it can be determined that the Kerr rotation angle is caused by linear dichroism. Therefore, even if the spectrum due to the polar Kerr effect cannot be obtained by the magneto-optical signal observed from the sample, it can be seen that the magneto-optical effect observed in the target sample is due to linear dichroism, Thus, it is possible to obtain a spectrum caused by linear dichroism.

また、前記課題を解決するために、本発明の請求項4に記載の磁気光学スペクトル測定方法は、試料の磁気光学特性のスペクトルを測定する偏光変調法を用いる測定系として配置された光源と、分光器と、第1直線偏光板と、光弾性変調器と、磁場印加手段と、第2直線偏光板と、光検出手段と、ボルトメータと、ロックインアンプと、制御手段と、記憶手段と、演算手段とを備えた磁気光学スペクトル分光装置における磁気光学スペクトル測定方法であって、前記各直線偏光板は、回転により偏光面の角度が所定値になるように調整可能な回転機構付き直線偏光板であり、第1測定制御ステップと、第1算出ステップと、相関判別ステップと、第2測定制御ステップと、第2算出ステップと、第3算出ステップと、を含んで実行することとした。   In order to solve the above problem, a magneto-optical spectrum measurement method according to claim 4 of the present invention includes a light source arranged as a measurement system using a polarization modulation method for measuring a spectrum of a magneto-optical characteristic of a sample, A spectroscope, a first linearly polarizing plate, a photoelastic modulator, a magnetic field applying unit, a second linearly polarizing plate, a light detecting unit, a voltmeter, a lock-in amplifier, a control unit, and a storage unit A magneto-optical spectrum measuring method in a magneto-optical spectrum spectroscopic device comprising a computing means, wherein each linearly polarizing plate is a linearly polarized light with a rotation mechanism that can be adjusted so that the angle of the polarization plane becomes a predetermined value by rotation. A board, including a first measurement control step, a first calculation step, a correlation determination step, a second measurement control step, a second calculation step, and a third calculation step; It was.

かかる手順によれば、磁気光学スペクトル測定方法は、第1測定制御ステップにて、前記制御手段によって、前記光弾性変調器の偏光変調機能をオフの状態にして、前記各直線偏光板において偏光面の角度をそれぞれ変化させる回転偏光子法を用いて前記ボルトメータにより検出される電圧値を測定するための制御を行い前記偏光面の角度別のそれぞれの測定値を前記記憶手段に記録する。この回転偏光子法を用いた測定では、最低1種類の波長を用いればよい。そして、第1算出ステップにて、前記演算手段によって、前記記憶手段に記憶された前記回転偏光子法を用いた前記各直線偏光板における偏光面の角度別のそれぞれの測定値に基づいて前記所定波長におけるカー回転角の絶対値をそれぞれ算出する。そして、相関判別ステップにて、前記演算手段によって、前記所定波長におけるカー回転角の絶対値と、前記第1直線偏光板における偏光面である入射光偏光面の角度との相関の有無を判別する。ここで、前記カー回転角の絶対値と前記入射光偏光面の角度との相関が無いと判定された場合、第2測定制御ステップにて、前記制御手段によって、前記光弾性変調器の偏光変調機能をオンの状態、かつ、前記各直線偏光板を所定角度に固定し、前記分光器で分光される光の波長を変化させる偏光変調法を用いて前記ボルトメータおよび前記ロックインアンプによりそれぞれ検出される電圧値を測定するための制御を行いそれぞれの測定値を前記記憶手段に記録する。そして、第2算出ステップにて、前記演算手段によって、前記記憶手段に記憶された前記偏光変調法を用いた測定値に基づいて前記試料のカー回転角のスペクトルを算出する。さらに、第3算出ステップにて、前記演算手段によって、前記第2算出ステップで算出されたスペクトルにおけるカー回転角の値を、前記第1算出ステップにて算出されたカー回転角の絶対値に適合させる換算値を求め、前記スペクトルにおけるカー回転角の値に対して前記換算値をそれぞれ乗算することで、校正されたカー回転角のスペクトルを当該試料の磁気光学特性のスペクトルとして算出する。   According to this procedure, in the magneto-optical spectrum measurement method, in the first measurement control step, the polarization modulation function of the photoelastic modulator is turned off by the control means, and the polarization plane of each linearly polarizing plate is changed. Control for measuring the voltage value detected by the voltmeter is performed using a rotating polarizer method that changes the angle of each of the angles, and the measured values for each angle of the polarization plane are recorded in the storage means. In the measurement using this rotating polarizer method, at least one wavelength may be used. Then, in the first calculation step, the predetermined value is calculated by the calculating means based on the measured values for the respective polarization plane angles of the linear polarizing plates using the rotating polarizer method stored in the storage means. The absolute value of the Kerr rotation angle at the wavelength is calculated. In the correlation determination step, the calculation means determines whether or not there is a correlation between the absolute value of the Kerr rotation angle at the predetermined wavelength and the angle of the incident light polarization plane that is the polarization plane of the first linearly polarizing plate. . Here, when it is determined that there is no correlation between the absolute value of the Kerr rotation angle and the angle of the incident light polarization plane, in the second measurement control step, the polarization modulation of the photoelastic modulator is performed by the control means. Detected by the voltmeter and the lock-in amplifier using a polarization modulation method in which the function is turned on and each linearly polarizing plate is fixed at a predetermined angle and the wavelength of light split by the spectrometer is changed. Control for measuring the voltage value to be performed is performed, and each measured value is recorded in the storage means. In the second calculation step, the calculation means calculates a spectrum of the Kerr rotation angle of the sample based on the measurement value using the polarization modulation method stored in the storage means. Further, in the third calculation step, the value of the Kerr rotation angle in the spectrum calculated in the second calculation step is adapted to the absolute value of the Kerr rotation angle calculated in the first calculation step by the calculation means. The conversion value to be obtained is obtained, and the Kerr rotation angle value in the spectrum is multiplied by the conversion value to calculate the corrected Kerr rotation angle spectrum as the spectrum of the magneto-optical characteristics of the sample.

これにより、磁気光学スペクトル測定方法においては、相関判別ステップによって、所定波長におけるカー回転角の絶対値と、入射光偏光面の角度との相関が無いと判別することで、試料から観測されたカー回転角が極カー効果に起因することを判定した上で偏光変調法を用いた測定を行うことができる。したがって、磁気光学スペクトル測定方法によれば、試料の極カー効果に起因するカー回転角のスペクトルとして、校正された磁気光学特性のスペクトルを測定することができる。
また、磁気光学スペクトル測定方法においては、第3算出ステップにて、偏光変調法によって比較的短い時間で測定したカー回転角のスペクトルに対して、回転偏光子法によって正確に測定したカー回転角の絶対値を用いた換算値を一様に掛ける演算を行うだけで、カー回転角のスペクトルを校正するので、校正された磁気光学特性のスペクトルを短時間で測定することができる。
As a result, in the magneto-optical spectrum measurement method, the correlation determination step determines that there is no correlation between the absolute value of the Kerr rotation angle at a predetermined wavelength and the angle of the incident light polarization plane. Measurement using the polarization modulation method can be performed after determining that the rotation angle is caused by the polar Kerr effect. Therefore, according to the magneto-optical spectrum measurement method, the spectrum of the calibrated magneto-optical characteristic can be measured as the spectrum of the Kerr rotation angle caused by the polar Kerr effect of the sample.
In the magneto-optical spectrum measurement method, the Kerr rotation angle measured accurately by the rotating polarizer method is compared with the Kerr rotation angle spectrum measured by the polarization modulation method in a relatively short time in the third calculation step. Since the spectrum of the Kerr rotation angle is calibrated simply by performing the operation of uniformly multiplying the converted value using the absolute value, the calibrated spectrum of the magneto-optical characteristic can be measured in a short time.

また、請求項5に記載の磁気光学スペクトル測定方法は、請求項4に記載の磁気光学スペクトル測定方法において、前記相関判別ステップにて、前記試料の面直方向に磁場が印加されたときの前記カー回転角の絶対値と前記入射光偏光面の角度との相関があると判定された場合、第3測定ステップと、第4算出ステップと、第2相関判別ステップと、起源判定ステップと、を含んで実行することが好ましい。ここで、相関判別ステップにて相関があると判定された場合、偏光変調法による第2測定制御ステップは行われないので、このような場合にも磁気光学特性のスペクトルを算出する必要がある場合、磁気光学スペクトル分光装置において予め定めた動作モードとして、回転偏光子法による第1測定制御ステップを繰り返し行う動作モードによって磁気光学特性のスペクトルを求めることができる。また、相関判別ステップにて相関があると判定された場合に行う第3測定ステップ、第4算出ステップ、第2相関判別ステップおよび起源判定ステップは、このような動作モードの1つであって、磁気光学効果の起源を探索するモードとして設定される。   The magneto-optical spectrum measurement method according to claim 5 is the magneto-optical spectrum measurement method according to claim 4, wherein the magnetic field is applied in a direction perpendicular to the surface of the sample in the correlation determination step. When it is determined that there is a correlation between the absolute value of the Kerr rotation angle and the angle of the incident light polarization plane, a third measurement step, a fourth calculation step, a second correlation determination step, and an origin determination step are performed. It is preferable to include and execute. Here, when it is determined that there is a correlation in the correlation determination step, the second measurement control step based on the polarization modulation method is not performed. In such a case, it is necessary to calculate the spectrum of the magneto-optical characteristic. As a predetermined operation mode in the magneto-optical spectrum spectrometer, the spectrum of the magneto-optical characteristic can be obtained by an operation mode in which the first measurement control step by the rotating polarizer method is repeatedly performed. The third measurement step, the fourth calculation step, the second correlation determination step, and the origin determination step performed when it is determined that there is a correlation in the correlation determination step is one of such operation modes, It is set as a mode for searching for the origin of the magneto-optical effect.

かかる手順によれば、磁気光学スペクトル測定方法は、第3測定ステップにて、前記制御手段によって、回転偏光子法を用いた測定において、前記試料に印加する磁場の方向を当該試料の面内であって光の入射面に平行な方向に設定して前記ボルトメータにより電圧値を測定する。そして、第4算出ステップにて、前記演算手段によって、前記第3測定ステップにて測定された測定値からカー回転角の絶対値をそれぞれ算出する。そして、第2相関判別ステップにて、前記演算手段によって、前記第3測定ステップにて測定された測定値を用いて算出されたカー回転角の絶対値と、前記入射光偏光面の角度との相関の有無を判別する。この第2相関判別ステップにて相関があると判別された場合、起源判定ステップにて、前記演算手段によって、前記試料の磁気光学効果には縦カー効果もしくは線二色性の寄与が含まれていると判定する。これにより、磁気光学スペクトル測定方法によれば、相関判別ステップにて、カー回転角の絶対値と入射光偏光面の角度との相関があると判定されて原理的に極カー効果には起因しないと判定された場合、新たな第3測定ステップにて、原理的に縦カー効果が現れるような配置で試料の磁化の向きを制御しながら測定し、この測定値に基づいて相関の有無を再度調べるので、相関がある場合には、カー回転角が縦カー効果もしくは線二色性に起因することを判定できる。   According to such a procedure, in the magneto-optical spectrum measurement method, in the third measurement step, the direction of the magnetic field applied to the sample is measured in the plane of the sample in the measurement using the rotating polarizer method by the control means. Then, the voltage value is measured by the voltmeter set in a direction parallel to the light incident surface. Then, in the fourth calculation step, the calculation means calculates the absolute value of the Kerr rotation angle from the measurement value measured in the third measurement step. Then, in the second correlation determination step, the absolute value of the Kerr rotation angle calculated by the calculation means using the measurement value measured in the third measurement step and the angle of the incident light polarization plane Determine the presence or absence of correlation. When it is determined that there is a correlation in the second correlation determination step, the origin determination step includes a vertical Kerr effect or linear dichroism contribution in the magneto-optical effect of the sample by the calculation means. It is determined that As a result, according to the magneto-optical spectrum measurement method, it is determined that there is a correlation between the absolute value of the Kerr rotation angle and the angle of the incident light polarization plane in the correlation determination step, and in principle it does not result from the polar Kerr effect. In the new third measurement step, measurement is performed while controlling the magnetization direction of the sample in an arrangement in which the longitudinal Kerr effect appears in principle, and the presence or absence of correlation is again determined based on this measurement value. As a result of the examination, if there is a correlation, it can be determined that the Kerr rotation angle is caused by the vertical Kerr effect or linear dichroism.

また、請求項6に記載の磁気光学スペクトル測定方法は、請求項5に記載の磁気光学スペクトル測定方法において、前記起源判定ステップに続いて、さらに、第4測定ステップと、第5算出ステップと、第3相関判別ステップと、第2起源判定ステップと、を含んで実行することが好ましい。   Further, the magneto-optical spectrum measurement method according to claim 6 is the magneto-optical spectrum measurement method according to claim 5, further comprising a fourth measurement step, a fifth calculation step, following the origin determination step, It is preferable to execute including a third correlation determination step and a second origin determination step.

かかる手順によれば、磁気光学スペクトル測定方法は、第4測定ステップにて、前記制御手段によって、回転偏光子法を用いた測定において、前記試料に印加する磁場の方向を当該試料の面内であって光の入射面の法線方向に設定して前記ボルトメータにより電圧値をそれぞれ測定する。そして、第5算出ステップにて、前記演算手段によって、前記第4測定ステップにて測定された測定値からカー回転角の絶対値をそれぞれ算出する。そして、第3相関判別ステップにて、前記演算手段によって、前記第4測定ステップにて測定された測定値を用いて算出されたカー回転角の絶対値と、前記入射光偏光面の角度との相関の有無を判別する。この第3相関判別ステップにて相関があると判別された場合、第2起源判定ステップにて、前記演算手段によって、前記試料の磁気光学効果には線二色性の寄与が含まれていると判定する。これにより、磁気光学スペクトル測定方法によれば、起源判定ステップにて、第3測定ステップにて測定された測定値から算出されたカー回転角が縦カー効果もしくは線二色性に起因することが判定された場合、新たな第4測定ステップにて、原理的に縦カー効果が現れないような配置で試料の磁化の向きを制御しながら測定し、この測定値に基づいて相関の有無を再度調べるので、相関がある場合には、カー回転角が線二色性に起因することを判定できる。   According to such a procedure, in the magneto-optical spectrum measurement method, in the fourth measurement step, in the measurement using the rotating polarizer method, the direction of the magnetic field applied to the sample is set within the plane of the sample. The voltage is set by the voltmeter with the normal direction of the light incident surface. Then, in the fifth calculation step, the calculation means calculates the absolute value of the Kerr rotation angle from the measurement value measured in the fourth measurement step. Then, in the third correlation determination step, the calculation means calculates the absolute value of the Kerr rotation angle calculated using the measurement value measured in the fourth measurement step and the angle of the incident light polarization plane. Determine the presence or absence of correlation. If it is determined that there is a correlation in the third correlation determination step, it is determined in the second origin determination step that a linear dichroism contribution is included in the magneto-optical effect of the sample by the calculation means. judge. Thereby, according to the magneto-optical spectrum measurement method, the Kerr rotation angle calculated from the measurement value measured in the third measurement step in the origin determination step may be caused by the vertical Kerr effect or linear dichroism. If it is determined, in a new fourth measurement step, measurement is performed while controlling the magnetization direction of the sample in an arrangement in which the longitudinal Kerr effect does not appear in principle, and the presence or absence of correlation is again determined based on this measurement value. As a result of the examination, if there is a correlation, it can be determined that the Kerr rotation angle is caused by linear dichroism.

また、請求項7に記載のプログラムは、請求項4ないし請求項6のいずれか一項に記載の磁気光学スペクトル測定方法をコンピュータに実行させるためのプログラムとした。このように構成されることにより、このプログラムをインストールされたコンピュータは、このプログラムに基づいた各機能を実現することができる。   The program according to claim 7 is a program for causing a computer to execute the magneto-optical spectrum measurement method according to any one of claims 4 to 6. By being configured in this way, a computer in which this program is installed can realize each function based on this program.

請求項1、請求項4または請求項7に記載の発明によれば、磁気光学スペクトル分光装置は、試料の極カー効果に起因する磁気光学効果として観測される信号であるカー回転角の絶対値を校正した磁気光学スペクトルを測定することができる。また、磁気光学スペクトル分光装置は、偏光変調法によって比較的短い時間で測定したカー回転角のスペクトルに対して、回転偏光子法によって正確に測定したカー回転角の絶対値を用いた換算値を一様に掛ける演算を行うので、磁気光学効果として観測される信号を効率よく測定できる。したがって、MO信号の起源が決定できると共に、MOスペクトルの測定とMO信号の校正が簡単に実現できる。   According to the invention of claim 1, claim 4 or claim 7, the magneto-optical spectrum spectrometer is an absolute value of the Kerr rotation angle which is a signal observed as a magneto-optical effect due to the polar Kerr effect of the sample. Can be measured. In addition, the magneto-optical spectrum spectrometer uses a conversion value using the absolute value of the Kerr rotation angle accurately measured by the rotating polarizer method for the Kerr rotation angle spectrum measured in a relatively short time by the polarization modulation method. Since the multiplication is performed uniformly, the signal observed as the magneto-optical effect can be measured efficiently. Therefore, the origin of the MO signal can be determined, and the measurement of the MO spectrum and the calibration of the MO signal can be easily realized.

請求項2または請求項5に記載の発明によれば、磁気光学スペクトル分光装置は、MO信号の起源として、カー回転角が極カー効果に起因するのか、または、極カー効果以外すなわち縦カー効果もしくは線二色性に起因するのか見分けることができる。したがって、試料の磁気光学信号が縦カー効果もしくは線二色性に起因する場合には偏光変調法以外の適した測定方法により、当該試料の磁気光学スペクトルを求めることができる。   According to the invention described in claim 2 or claim 5, in the magneto-optical spectrum spectrometer, as the origin of the MO signal, the Kerr rotation angle is caused by the polar Kerr effect, or other than the polar Kerr effect, that is, the longitudinal Kerr effect. Alternatively, it can be distinguished whether it is caused by linear dichroism. Therefore, when the magneto-optical signal of the sample is caused by the longitudinal Kerr effect or linear dichroism, the magneto-optical spectrum of the sample can be obtained by a suitable measurement method other than the polarization modulation method.

請求項3または請求項6に記載の発明によれば、磁気光学スペクトル分光装置は、MO信号の起源として、カー回転角が極カー効果、縦カー効果および線二色性のいずれに起因するのか見分けることができる。したがって、試料の磁気光学信号が線二色性に起因する場合には偏光変調法以外の適した測定方法により、当該試料の磁気光学スペクトルを求めることができる。   According to the invention described in claim 3 or claim 6, in the magneto-optical spectrum spectrometer, whether the Kerr rotation angle is caused by the polar Kerr effect, the vertical Kerr effect, or the linear dichroism as the origin of the MO signal. Can be distinguished. Therefore, when the magneto-optical signal of the sample is caused by linear dichroism, the magneto-optical spectrum of the sample can be obtained by a suitable measurement method other than the polarization modulation method.

本発明の実施形態に係る磁気光学スペクトル分光装置において面直磁場印加配置とした構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure which was set as the surface direct magnetic field application arrangement | positioning in the magneto-optical spectrum spectrometer which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る磁気光学スペクトル分光装置において面内磁場印加配置とした構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure made into the in-plane magnetic field application arrangement | positioning in the magneto-optical spectrum spectrometer which concerns on embodiment of this invention. 図1に示す情報処理装置の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the information processing apparatus shown in FIG. 本発明の実施形態に係る磁気光学スペクトル分光装置の動作の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of operation | movement of the magneto-optical spectrum spectrometer which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る磁気光学スペクトル分光装置の動作モードの一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the operation mode of the magneto-optical spectrum spectrometer which concerns on embodiment of this invention. 試料に印加する磁場の方向と試料に入射する偏光の進行方向との位置関係を模式的に示す図であって、(a)は試料の面直方向に磁場を印加する配置、(b)は試料の面内A方向(偏光の入射面に平行)に磁場を印加する配置、(c)は試料の面内B方向(偏光の入射面の法線方向)に磁場を印加する配置、をそれぞれ示している。It is a figure which shows typically the positional relationship of the direction of the magnetic field applied to a sample, and the advancing direction of the polarized light which injects into a sample, (a) is the arrangement | positioning which applies a magnetic field to the surface direction of a sample, (b) is An arrangement in which a magnetic field is applied in the in-plane A direction (parallel to the incident plane of polarized light) of the sample, and (c) is an arrangement in which a magnetic field is applied in the in-plane B direction (normal direction of the incident plane of polarized light) of the sample. Show. 本発明に係る測定例であって、回転偏光子法を用いた場合の回転機構付き第2直線偏光板の回転角度と、デジタルボルトメータで観測した電圧信号との関係を示すグラフである。It is a measurement example which concerns on this invention, Comprising: It is a graph which shows the relationship between the rotation angle of the 2nd linear polarizing plate with a rotation mechanism at the time of using a rotating polarizer method, and the voltage signal observed with the digital voltmeter. 本発明に係る測定例であって、回転偏光子法を用いた場合の試料に印加した磁場と、観測されたMO信号から得た偏光面の回転角との関係を示すグラフである。It is a measurement example which concerns on this invention, Comprising: It is a graph which shows the relationship between the magnetic field applied to the sample at the time of using a rotating polarizer method, and the rotation angle of the polarization plane obtained from the observed MO signal. 本発明に係る測定例であって、回転偏光子法を用いた場合の試料に照射した偏光の波長と、観測されたMO信号から得た偏光面の回転角との関係を示すグラフである。It is a measurement example which concerns on this invention, Comprising: It is a graph which shows the relationship between the wavelength of the polarized light irradiated to the sample at the time of using a rotating polarizer method, and the rotation angle of the polarization plane obtained from the observed MO signal. 本発明に係る測定例であって、回転偏光子法を用いた場合の試料に照射した偏光の波長と、MO信号から計算で求めた磁気的特性による偏光面の回転角との関係を示すグラフである。FIG. 4 is a measurement example according to the present invention, and is a graph showing the relationship between the wavelength of polarized light applied to a sample when the rotating polarizer method is used and the rotation angle of the polarization plane based on the magnetic characteristics calculated from the MO signal It is. 本発明に係る測定例であって、回転偏光子法を用いた場合の回転機構付き第1直線偏光板の回転角度と、MO信号から計算で求めた磁気的特性による偏光面の回転角との関係を示すグラフである。It is a measurement example which concerns on this invention, Comprising: The rotation angle of the 1st linearly polarizing plate with a rotation mechanism at the time of using a rotation polarizer method, and the rotation angle of the polarization plane by the magnetic characteristic calculated | required by calculation from MO signal It is a graph which shows a relationship. 本発明に係る測定例であって、偏光変調法を用いた場合に観測されたMO信号から計算で求めた磁気的特性による偏光面の回転角のスペクトルを示すグラフである。It is a measurement example which concerns on this invention, Comprising: It is a graph which shows the spectrum of the rotation angle of the polarization plane by the magnetic characteristic calculated | required by calculation from the MO signal observed when the polarization modulation method was used. 本発明に係る測定例であって、図12に示す回転角のスペクトルを校正した磁気光学スペクトルを示すグラフである。It is a measurement example which concerns on this invention, Comprising: It is a graph which shows the magneto-optical spectrum which calibrated the spectrum of the rotation angle shown in FIG.

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して詳細に説明する。
[1.磁気光学スペクトル分光装置の構成の概要]
磁気光学スペクトル分光装置1は、試料の磁気光学特性のスペクトルを測定するものであって、図1に示すように、光源2と、分光器3と、第1直線偏光板4と、光弾性変調器5と、磁場印加手段6と、第2直線偏光板7と、光検出手段8と、デジタルボルトメータ9と、ロックインアンプ10と、情報処理装置20とを備えている。
Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[1. Outline of configuration of magneto-optical spectrum spectrometer]
A magneto-optical spectrum spectrometer 1 measures a spectrum of magneto-optical characteristics of a sample. As shown in FIG. 1, a light source 2, a spectrometer 3, a first linearly polarizing plate 4, and a photoelastic modulation. A device 5, a magnetic field applying means 6, a second linearly polarizing plate 7, a light detecting means 8, a digital voltmeter 9, a lock-in amplifier 10, and an information processing device 20.

情報処理装置20は、例えば、CPU(Central Processing Unit)等の演算装置と、メモリやハードディスク等の記憶装置と、外部との間で各種情報の送受信を行うインタフェース装置とを備えた一般的なパーソナルコンピュータ等から構成され、制御手段30と、記憶手段40と、演算手段50とを備えている。   The information processing apparatus 20 includes, for example, a general personal computer including an arithmetic device such as a CPU (Central Processing Unit), a storage device such as a memory or a hard disk, and an interface device that transmits and receives various types of information to and from the outside. The computer includes a control unit 30, a storage unit 40, and a calculation unit 50.

制御手段30は、CPUやメモリから構成され、分光器3で分光される所定波長の光における波長の切り替えを含む動作を予め設定されたタイミングで制御するものである。
記憶手段40は、RAM(Random Access Memory)やROM(Read Only Memory)等のメモリやハードディスク等の記憶装置から構成され、デジタルボルトメータ9およびロックインアンプ10でそれぞれ測定された電圧値(回転偏光子法測定値41,偏光変調法測定値42)を記憶するものである。
演算手段50は、CPUやメモリから構成され、記憶手段40に記憶された電圧値に基づいて試料の磁気光学特性としてカー回転角を算出するものである。
The control means 30 is composed of a CPU and a memory, and controls an operation including switching of the wavelength of light of a predetermined wavelength that is split by the spectroscope 3 at a preset timing.
The storage means 40 is composed of a storage device such as a RAM (Random Access Memory) or ROM (Read Only Memory) or a hard disk, and voltage values (rotation polarization) respectively measured by the digital voltmeter 9 and the lock-in amplifier 10. The child method measurement value 41 and the polarization modulation method measurement value 42) are stored.
The calculation means 50 is composed of a CPU and a memory, and calculates the Kerr rotation angle as the magneto-optical characteristic of the sample based on the voltage value stored in the storage means 40.

ここで、光源2、分光器3、第1直線偏光板4、光弾性変調器5、磁場印加手段6、第2直線偏光板7、光検出手段8、デジタルボルトメータ9、およびロックインアンプ10は、従来公知の偏光変調法を用いるときの測定系の配置となるように配置されている。すなわち、この配置によって、光源2から出射されて分光器3によって分光された所定波長の光は、第1直線偏光板4に入射し、この第1直線偏光板4を通過した偏光は、光弾性変調器5に入射する。この光弾性変調器5によって変調された円偏光は、磁場印加手段6によって磁場が印加された試料Fに照射される。試料Fで反射した反射光は、第2直線偏光板7に入射し、第2直線偏光板7を通過した試料の反射光は、光検出手段8によって、電気信号として検出される。光検出手段8が検出する電気信号はデジタルボルトメータ9およびロックインアンプ10に入力して、電圧値として測定される。なお、試料Fを透過した透過光を、別の直線偏光板に入射し、この直線偏光板を通過した試料の透過光を光検出手段によって電気信号として検出するようにしてもよい。   Here, the light source 2, the spectroscope 3, the first linearly polarizing plate 4, the photoelastic modulator 5, the magnetic field applying unit 6, the second linearly polarizing plate 7, the light detecting unit 8, the digital voltmeter 9, and the lock-in amplifier 10. Are arranged so as to be the arrangement of the measurement system when a conventionally known polarization modulation method is used. That is, with this arrangement, light having a predetermined wavelength emitted from the light source 2 and dispersed by the spectroscope 3 is incident on the first linear polarizing plate 4, and the polarized light that has passed through the first linear polarizing plate 4 is photoelastic. The light enters the modulator 5. The circularly polarized light modulated by the photoelastic modulator 5 is applied to the sample F to which a magnetic field is applied by the magnetic field applying means 6. The reflected light reflected by the sample F enters the second linearly polarizing plate 7, and the reflected light of the sample that has passed through the second linearly polarizing plate 7 is detected as an electrical signal by the light detection means 8. The electric signal detected by the light detection means 8 is input to the digital voltmeter 9 and the lock-in amplifier 10 and measured as a voltage value. The transmitted light that has passed through the sample F may be incident on another linearly polarizing plate, and the transmitted light of the sample that has passed through the linearly polarizing plate may be detected as an electrical signal by the light detection means.

本実施形態の磁気光学スペクトル分光装置1は、制御手段30が、従来公知の偏光変調法の測定系と、従来公知の回転偏光子法の測定系とを切り替える点と、演算手段50が、後記するように両測定法の演算機能に加えて、磁気光学効果の起源を判定する機能を備えている点が従来の測定装置とは異なっている。また、偏光変調法の測定系と、回転偏光子法の測定系とを切り替えるために、各直線偏光板4,7が、回転により偏光面の角度が所定値になるように調整可能な回転機構付き直線偏光板である点が従来の測定系とは異なっている。   In the magneto-optical spectrum spectrometer 1 according to the present embodiment, the control unit 30 switches between a conventionally known polarization modulation method measurement system and a conventionally known rotational polarizer method measurement system, and the calculation unit 50 is described later. Thus, in addition to the calculation function of both measurement methods, it is different from the conventional measurement apparatus in that it has a function of determining the origin of the magneto-optical effect. Further, in order to switch between the measurement system of the polarization modulation method and the measurement system of the rotating polarizer method, each linearly polarizing plate 4, 7 can be adjusted so that the angle of the polarization plane becomes a predetermined value by rotation. It is different from the conventional measurement system in that it is a linearly polarizing plate.

[2.磁気光学スペクトル分光装置の測定系の各部の詳細]
光源2は、各直線偏光板4,7に利用できる範囲の波長の光を放射するものであれば特に限定されないが、例えば、キセノンランプ等のハロゲンランプを用いることができる。
分光器3は、光源2からの光を分光するものであって、特に限定されないが、例えば、回折格子式の分光器を用いることができる。分光器3は、制御手段30からの制御信号に基づいて、分光する光の波長の値を切り替えることができるように構成されている。なお、さらに高次光遮断フィルタ等を用いてもよい。
[2. Details of each part of the measurement system of the magneto-optical spectrum spectrometer]
The light source 2 is not particularly limited as long as it emits light having a wavelength within a range that can be used for each of the linearly polarizing plates 4 and 7. For example, a halogen lamp such as a xenon lamp can be used.
The spectroscope 3 splits light from the light source 2 and is not particularly limited. For example, a diffraction grating type spectroscope can be used. The spectroscope 3 is configured to be able to switch the wavelength value of the light to be split based on a control signal from the control means 30. A higher-order light blocking filter or the like may be used.

第1直線偏光板4は、分光器3で分光された光を直線偏光とするものであって、試料Fの入射光側に配置される。また、第2直線偏光板7は、試料Fで反射した光を直線偏光とするものであ。各直線偏光板4,7は、例えば、一般的な直線偏光板を、自動角度調整機能付き偏光子ホルダに装着して成る。
自動角度調整機能付き偏光子ホルダは、図示は省略するが、例えば、直線偏光板の外周を保持する枠状の基板と、基板を回転させるピニオンギア等を含む回転軸と、制御手段30からの制御信号に基づいて回転軸を駆動する回転駆動手段と、基板の回転角度を検出するロータリエンコーダとを備える。なお、各直線偏光板4,7は同じものであってもよい。
The first linear polarizing plate 4 converts the light separated by the spectroscope 3 into linearly polarized light, and is disposed on the incident light side of the sample F. The second linear polarizing plate 7 converts the light reflected by the sample F into linearly polarized light. Each of the linear polarizing plates 4 and 7 is formed, for example, by mounting a general linear polarizing plate on a polarizer holder with an automatic angle adjustment function.
Although not shown, the polarizer holder with an automatic angle adjustment function includes, for example, a frame-like substrate that holds the outer periphery of the linearly polarizing plate, a rotation shaft that includes a pinion gear that rotates the substrate, and the control means 30. Rotation drive means for driving the rotation shaft based on the control signal, and a rotary encoder for detecting the rotation angle of the substrate. The linear polarizing plates 4 and 7 may be the same.

以下では、第1直線偏光板4における偏光面である入射光偏光面の角度をφと表記し、第2直線偏光板7において偏光面の角度をφと表記する。なお、角度φ、φは、光の進行方向を軸とした軸周りの角度を示す。
回転偏光子法を用いた測定においては、角度φ,φは、例えば、0〜180°の範囲で変化させる値を示す。
偏光変調法を用いた測定においては、角度φを45°に固定、角度φを0°に固定する。例えば第1直線偏光板4の偏光面における角度φを45°に固定すると、第1直線偏光板4を通過した光は、後段の光弾性変調器5に対して45°傾いた直線偏光となる。また、角度φを0°に固定すると、第2直線偏光板7を通過した光は、後段の光検出手段8に対して傾いていない直線偏光となる。
なお、本実施形態では、図1に示すように、第1直線偏光板4を通過した光は、集光レンズ11により集光して光弾性変調器5に照射できるように構成した。
Hereinafter, the angle of the incident light polarization plane, which is the polarization plane in the first linear polarizing plate 4, is denoted as φ 1, and the angle of the polarization plane in the second linear polarizing plate 7 is denoted as φ 2 . The angles φ 1 and φ 2 indicate angles around an axis with the traveling direction of light as an axis.
In the measurement using the rotating polarizer method, the angles φ 1 and φ 2 indicate values that are changed in the range of 0 to 180 °, for example.
In the measurement using the polarization modulation method, the angle φ 1 is fixed at 45 ° and the angle φ 2 is fixed at 0 °. For example, when the angle φ 1 on the polarization plane of the first linearly polarizing plate 4 is fixed at 45 °, the light passing through the first linearly polarizing plate 4 becomes linearly polarized light inclined by 45 ° with respect to the subsequent photoelastic modulator 5. Become. If the angle φ 2 is fixed at 0 °, the light that has passed through the second linearly polarizing plate 7 becomes linearly polarized light that is not inclined with respect to the subsequent light detection means 8.
In the present embodiment, as shown in FIG. 1, the light that has passed through the first linearly polarizing plate 4 is condensed by the condenser lens 11 and can be irradiated to the photoelastic modulator 5.

光弾性変調器5は、試料Fに照射される光のパスの途中に配置され、入射光を予め定められた変調周波数で交互に左回り円偏光と右回り円偏光に切り替えて出力するものである。光弾性変調器5は、等方性の透明光学材料と圧電素子を備え、制御手段30からの制御信号に基づいて、偏光変調機能をオン状態とオフ状態とに切り替えることができるように構成されている。この光弾性変調器5の変調周波数の2倍の値の信号を参照信号としてロックインアンプ10に入力する。なお、光弾性変調器5の変調周波数は、例えば、50kHzとすることができる。   The photoelastic modulator 5 is arranged in the middle of the path of the light irradiated to the sample F, and outputs the incident light by alternately switching between the left-handed circularly polarized light and the right-handed circularly polarized light at a predetermined modulation frequency. is there. The photoelastic modulator 5 includes an isotropic transparent optical material and a piezoelectric element, and is configured so that the polarization modulation function can be switched between an on state and an off state based on a control signal from the control unit 30. ing. A signal having a value twice the modulation frequency of the photoelastic modulator 5 is input to the lock-in amplifier 10 as a reference signal. The modulation frequency of the photoelastic modulator 5 can be set to 50 kHz, for example.

磁場印加手段6は、試料Fに所定の磁場を印加するものであり、例えば、電磁石を備え、制御手段30からの制御信号に基づいて、印加磁場のオン/オフの切り替えや印加磁場の大きさの切り替えができるように構成されている。この磁場印加手段6から試料Fに磁場を印加することで、試料Fにおいて磁化の向きを変化させることができる。図1に示す例では、磁場印加手段6Aが、試料Fに対して面直磁場を印加できるように配設されている。また、図2に示す例では、磁場印加手段6Bが、試料Fに対して面内磁場を印加できるように配設されている。本実施形態では、磁場印加手段6は、電磁石の配置を切り替えるための図示しない駆動手段等を備えて、制御手段30からの制御信号が示す動作モードに応じて、磁場印加手段6Aと磁場印加手段6Bとを切り替え可能に構成されているものとして説明する。   The magnetic field applying unit 6 applies a predetermined magnetic field to the sample F, and includes, for example, an electromagnet. Based on a control signal from the control unit 30, the applied magnetic field is turned on / off and the magnitude of the applied magnetic field. It can be switched. By applying a magnetic field from the magnetic field applying means 6 to the sample F, the direction of magnetization in the sample F can be changed. In the example shown in FIG. 1, the magnetic field applying unit 6 </ b> A is disposed so that a perpendicular magnetic field can be applied to the sample F. In the example shown in FIG. 2, the magnetic field applying means 6 </ b> B is arranged so that an in-plane magnetic field can be applied to the sample F. In the present embodiment, the magnetic field applying unit 6 includes a driving unit (not shown) for switching the arrangement of the electromagnets, and the magnetic field applying unit 6A and the magnetic field applying unit according to the operation mode indicated by the control signal from the control unit 30. 6B is described as being configured to be switchable.

光検出手段8は、試料Fで反射して第2直線偏光板7を通過した光を検出するものであり、例えば、光電子増倍管や、一般的なフォトダイオードのような半導体光検出器から構成される。光検出手段8が検出した反射光(電気信号)は、デジタルボルトメータ9およびロックインアンプ10に入力される。   The light detection means 8 detects light reflected by the sample F and passed through the second linearly polarizing plate 7, for example, from a semiconductor photo detector such as a photomultiplier tube or a general photodiode. Composed. The reflected light (electric signal) detected by the light detection means 8 is input to the digital voltmeter 9 and the lock-in amplifier 10.

デジタルボルトメータ(ボルトメータ)9は、インプット(IN)が光検出手段8に接続され、アウトプット(OUT)が情報処理装置20のインプット(IN)に接続されている。デジタルボルトメータ9は、デジタル処理ができる一般的な電圧計である。デジタルボルトメータ9が検出する電圧値を以下ではVと表記する。この電圧値Vは、回転偏光子法を用いる測定系において、各直線偏光板4,7における偏光面の角度別のそれぞれの測定値を示す。   The digital voltmeter (voltmeter) 9 has an input (IN) connected to the light detection means 8 and an output (OUT) connected to the input (IN) of the information processing apparatus 20. The digital voltmeter 9 is a general voltmeter capable of digital processing. Hereinafter, the voltage value detected by the digital voltmeter 9 is expressed as V. This voltage value V indicates a measurement value for each angle of the polarization plane in each of the linearly polarizing plates 4 and 7 in the measurement system using the rotating polarizer method.

ロックインアンプ10は、インプット(IN)が光検出手段8に接続され、リファレンス(REF)が光弾性変調器5に接続され、アウトプット(OUT)が情報処理装置20のインプット(IN2)に接続されている。このロックインアンプ10は、光検出手段8から出力される電気信号から、光弾性変調器5より入力する参照信号(変調周波数の2倍の信号)と等しい周波数成分の電圧値を検出する。ロックインアンプ10が検出する電圧値を以下ではΔVと表記する。偏光変調法を用いる測定系において、ΔV/Vのそれぞれの演算結果が、偏光変調法を用いた測定値を示す。   The lock-in amplifier 10 has an input (IN) connected to the light detection means 8, a reference (REF) connected to the photoelastic modulator 5, and an output (OUT) connected to the input (IN 2) of the information processing device 20. Has been. The lock-in amplifier 10 detects a voltage value of a frequency component equal to a reference signal (a signal twice the modulation frequency) input from the photoelastic modulator 5 from the electric signal output from the light detection means 8. Hereinafter, the voltage value detected by the lock-in amplifier 10 is expressed as ΔV. In the measurement system using the polarization modulation method, each calculation result of ΔV / V indicates a measurement value using the polarization modulation method.

[3.磁気光学スペクトル分光装置の情報処理装置の各部の詳細]
図3は、図1に示す情報処理装置の構成例を示すブロック図である。
制御手段30は、回転偏光子法を用いた所定波長でのMO信号観測と、偏光変調法によるMOスペクトル測定とを全自動で実現するために、第1測定制御手段31と、第2測定制御手段32とを備えている。
第1測定制御手段31は、光弾性変調器5の偏光変調機能をオフの状態にして各直線偏光板4,7において偏光面の角度φ,φをそれぞれ変化させる回転偏光子法を用いてボルトメータ9により検出される電圧値を測定するための制御を行い、偏光面の角度別のそれぞれの測定値を記憶手段40に記録するものである。
[3. Details of each part of information processing apparatus of magneto-optical spectrum spectrometer]
FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration example of the information processing apparatus illustrated in FIG.
The control means 30 includes a first measurement control means 31 and a second measurement control in order to realize fully automatic MO signal observation at a predetermined wavelength using the rotating polarizer method and MO spectrum measurement by the polarization modulation method. Means 32.
The first measurement control means 31 uses a rotating polarizer method in which the polarization modulation function of the photoelastic modulator 5 is turned off and the angles φ 1 and φ 2 of the polarization planes are respectively changed in the linearly polarizing plates 4 and 7. Then, control for measuring the voltage value detected by the voltmeter 9 is performed, and each measured value for each angle of the polarization plane is recorded in the storage means 40.

回転偏光子法を用いる測定系では、光弾性変調器5の偏光変調機能がオフの状態なので、参照信号がロックインアンプ10に出力されず、ロックインアンプ10は、実質的に機能せず、デジタルボルトメータ9で測定された電圧値Vのみが情報処理装置20にて利用されることとなる。また、光弾性変調器5は、偏光変調機能がオフの状態であるが、入射光を変調することなくそのまま通過させて試料Fに照射する。この回転偏光子法を用いた各直線偏光板4,7における偏光面の角度別のそれぞれの測定値は、記憶手段40において、回転偏光子法測定値41として記憶される。   In the measurement system using the rotating polarizer method, since the polarization modulation function of the photoelastic modulator 5 is in an off state, the reference signal is not output to the lock-in amplifier 10, and the lock-in amplifier 10 does not substantially function. Only the voltage value V measured by the digital voltmeter 9 is used by the information processing apparatus 20. Further, the photoelastic modulator 5 irradiates the sample F by allowing incident light to pass through without being modulated, although the polarization modulation function is off. Each measured value for each angle of the polarization plane in each of the linear polarizers 4 and 7 using this rotating polarizer method is stored as a rotating polarizer method measured value 41 in the storage means 40.

回転偏光子法の測定方法の詳細な手順については後記するが、各直線偏光板4,7において偏光面の角度φ,φを予め定めたピッチ(Δφ)で均等に変化させる。なお、ピッチΔφとその測定回数は、所望の測定精度と測定時間とを考慮して適宜設定すればよい。例えば、細かく測定するときにはピッチΔφを1,2°、粗く測定するときにはピッチΔφを15,30°のようにしてもよい。 Although the detailed procedure of the measuring method of the rotating polarizer method will be described later, the angles φ 1 and φ 2 of the polarization plane in each of the linearly polarizing plates 4 and 7 are uniformly changed at a predetermined pitch (Δφ). Note that the pitch Δφ and the number of measurements thereof may be appropriately set in consideration of desired measurement accuracy and measurement time. For example, the pitch Δφ may be set to 1, 2 ° for fine measurement, and the pitch Δφ may be set to 15, 30 ° for coarse measurement.

また、回転偏光子法を用いた測定では、光の波長として1つの所定波長を用いればよいが、波長を変更して複数種類の波長を用いることが好ましい。波長の値として、例えば可視光の範囲から選択する場合、1つならば例えば500nmや700nm、2つならばその両方を選択すればよい。波長の種類を増やすほど測定時間が長くなるので、予め何種類の波長を用いるか適宜設定しておく。
各直線偏光板4,7における偏光面の角度の測定点にもよるが、回転偏光子法において1種類の波長を用いたときに、一例として15〜20分ほどの測定時間が必要である。これに対して、偏光変調法では、各直線偏光板4,7を固定しているので、一例として30分ほどで磁気光学信号のスペクトルを測定できる。したがって、測定時間の短縮を図るためには、測定に用いる波長の種類は5以下であることが好ましい。
In the measurement using the rotating polarizer method, one predetermined wavelength may be used as the wavelength of light, but it is preferable to use a plurality of types of wavelengths by changing the wavelength. As the wavelength value, for example, when selecting from the range of visible light, if it is one, for example, 500 nm or 700 nm, and if it is two, both may be selected. Since the measurement time becomes longer as the types of wavelengths are increased, the number of wavelengths to be used is appropriately set in advance.
Although depending on the measurement point of the angle of the polarization plane in each of the linear polarizing plates 4 and 7, when one type of wavelength is used in the rotating polarizer method, a measurement time of about 15 to 20 minutes is required as an example. On the other hand, in the polarization modulation method, since the linear polarizing plates 4 and 7 are fixed, the spectrum of the magneto-optical signal can be measured in about 30 minutes as an example. Therefore, in order to shorten the measurement time, the type of wavelength used for measurement is preferably 5 or less.

第2測定制御手段32は、光弾性変調器5の偏光変調機能をオンの状態、かつ、各直線偏光板4,7を所定角度に固定し、分光器3で分光される光の波長を変化させる偏光変調法を用いてボルトメータ9およびロックインアンプ10によりそれぞれ検出される電圧値を測定するための制御を行い、それぞれの測定値を記憶手段40に記録するものである。偏光変調法を用いる測定系では、光弾性変調器5の偏光変調機能がオンの状態なので、参照信号がロックインアンプ10に出力され、ロックインアンプ10で測定された電圧値ΔVと、デジタルボルトメータ9で測定された電圧値Vとが情報処理装置20にて利用されることとなる。また、光弾性変調器5は、偏光変調機能がオンの状態なので、入射光を変調して試料Fに照射する。この偏光変調法を用いて波長別にそれぞれ測定された測定値は、記憶手段40において、偏光変調法測定値42として記憶される。   The second measurement control means 32 changes the wavelength of light split by the spectroscope 3 by fixing the polarization modulation function of the photoelastic modulator 5 and fixing the linearly polarizing plates 4 and 7 at a predetermined angle. Control for measuring voltage values respectively detected by the voltmeter 9 and the lock-in amplifier 10 is performed using the polarization modulation method, and the measured values are recorded in the storage means 40. In the measurement system using the polarization modulation method, since the polarization modulation function of the photoelastic modulator 5 is on, the reference signal is output to the lock-in amplifier 10 and the voltage value ΔV measured by the lock-in amplifier 10 and the digital volt. The information processing apparatus 20 uses the voltage value V measured by the meter 9. Further, since the polarization modulation function is on, the photoelastic modulator 5 modulates the incident light and irradiates the sample F. The measurement values measured for each wavelength using this polarization modulation method are stored as polarization modulation method measurement values 42 in the storage means 40.

ここで、各直線偏光板4,7の偏光面における角度として、角度φを45°に固定、角度φを0°に固定する。また、偏光変調法を用いた測定では、光の波長として例えば可視光の範囲から選択する場合、青(約450nm)〜赤(約750nm)の範囲で予め定めたピッチで均等に変化させる。ピッチは、所望の測定精度と測定時間とを考慮して適宜設定すればよい。ピッチは、例えば1nmとしてもよい。 Here, as an angle in the polarization plane of the linearly polarizing plate 4 and 7, fixed angle phi 1 to 45 °, to fix the angle phi 2 to 0 °. In the measurement using the polarization modulation method, for example, when the wavelength of light is selected from the range of visible light, it is uniformly changed at a predetermined pitch in the range of blue (about 450 nm) to red (about 750 nm). The pitch may be appropriately set in consideration of desired measurement accuracy and measurement time. The pitch may be 1 nm, for example.

演算手段50は、第1算出手段51と、相関判別手段52と、第2算出手段53と、第3算出手段54と、を備えている。
第1算出手段51は、記憶手段40において偏光面の角度別のそれぞれの測定値として記憶された回転偏光子法測定値41に基づいて、所定波長におけるカー回転角の絶対値をそれぞれの測定値に対応して算出する。算出方法の詳細については後記するが、この算出値は、記憶手段40において、カー回転角絶対値43として記憶される。
The computing unit 50 includes a first calculating unit 51, a correlation determining unit 52, a second calculating unit 53, and a third calculating unit 54.
The first calculation means 51 calculates the absolute value of the Kerr rotation angle at a predetermined wavelength based on the rotational polarizer method measurement value 41 stored as the measurement value for each angle of the polarization plane in the storage means 40. Calculate according to. Although details of the calculation method will be described later, this calculated value is stored in the storage means 40 as the Kerr rotation angle absolute value 43.

相関判別手段52は、記憶手段40に記憶されたカー回転角絶対値43と、記憶手段40に記憶された回転偏光子法測定値41とに基づいて、カー回転角絶対値43と、入射光偏光面の角度φとの相関の有無を判別する。相関判別手段52は、相関が無いと判別した場合、その旨を第2算出手段53に通知する。一方、相関があると判別した場合、情報処理装置20は、後記する予め設定された動作モードに応じた処理を実行する。 The correlation discriminating means 52 is based on the Kerr rotation angle absolute value 43 stored in the storage means 40 and the rotational polarizer method measurement value 41 stored in the storage means 40, and the Kerr rotation angle absolute value 43 and the incident light. to determine the presence or absence of a correlation between the angle phi 1 of the polarization plane. When the correlation determination unit 52 determines that there is no correlation, the correlation determination unit 52 notifies the second calculation unit 53 to that effect. On the other hand, when it is determined that there is a correlation, the information processing apparatus 20 executes processing according to a preset operation mode described later.

ここで、カー回転角絶対値43と入射光偏光面の角度φとの相関があるとは、例えば入射光偏光面の角度φが増加するにしたがってカー回転角も増加する場合を指す。また、別の観点からは、横軸が入射光偏光面の角度φ、縦軸がカー回転角を示すように測定値を可視化した場合、相関がある場合には右肩上がりのグラフが得られ、相関が無い場合には横軸に略平行なグラフが得られることになる。 Here, that there is a correlation between the Kerr rotation angle absolute value 43 and the angle phi 1 of the incident light polarization plane refers to the case where also increased Kerr rotation angle, for example, in accordance with the angle phi 1 of the incident light polarization plane is increased. From another point of view, when the measured values are visualized so that the horizontal axis indicates the angle φ 1 of the incident light polarization plane and the vertical axis indicates the Kerr rotation angle, if there is a correlation, a graph that rises to the right is obtained. When there is no correlation, a graph substantially parallel to the horizontal axis is obtained.

第2算出手段53は、相関判別手段52においてカー回転角絶対値43と入射光偏光面の角度φとの相関が無いと判定された場合、記憶手段40に記憶されている波長別にそれぞれ測定された偏光変調法測定値42に基づいて試料のカー回転角のスペクトルを算出するものである。算出方法の詳細については後記するが、この算出値は、記憶手段40において、カー回転角スペクトル44として記憶される。 When the correlation determining means 52 determines that there is no correlation between the Kerr rotation angle absolute value 43 and the angle φ 1 of the incident light polarization plane, the second calculating means 53 measures each wavelength stored in the storage means 40. The spectrum of the Kerr rotation angle of the sample is calculated based on the measured polarization modulation method value 42. Although details of the calculation method will be described later, this calculated value is stored in the storage means 40 as the Kerr rotation angle spectrum 44.

第3算出手段54は、記憶手段40に記憶されたカー回転角スペクトル44におけるカー回転角の値を、記憶手段40に記憶されたカー回転角絶対値43に適合させる換算値を求め、カー回転角スペクトル44におけるカー回転角の値に対して換算値をそれぞれ乗算することで、校正されたカー回転角のスペクトルを当該試料の磁気光学特性のスペクトルとして算出する。算出方法の詳細については後記するが、この算出値は、記憶手段40において、MOスペクトル45として記憶されると共に、図示しない液晶ディスプレイ等の出力装置に表示される。   The third calculation means 54 obtains a conversion value for adapting the Kerr rotation angle value in the Kerr rotation angle spectrum 44 stored in the storage means 40 to the Kerr rotation angle absolute value 43 stored in the storage means 40, and determines the Kerr rotation. By multiplying the Kerr rotation angle value in the angular spectrum 44 by the converted value, the corrected Kerr rotation angle spectrum is calculated as the magneto-optical characteristic spectrum of the sample. Although details of the calculation method will be described later, this calculated value is stored as an MO spectrum 45 in the storage means 40 and displayed on an output device such as a liquid crystal display (not shown).

[4.磁気光学スペクトル分光装置の動作の流れ]
次に、磁気光学スペクトル分光装置1の動作の流れについて図4を参照(適宜図1および図3参照)して説明する。一例として、面直磁化膜の試料を想定する。
<ステップS1>
ステップS1にて、磁場印加手段6Aによって、試料Fの面直方向に所定の大きさの磁場を印加する。このステップS1は、後記する予め設定された動作モードの説明のためにステップS2から形式的に分離しただけで、実際にはステップS2の中に含まれている。なお、後記する予め設定された動作モードでは、試料に印加する磁場の方向を変化させるモードとして説明する。
[4. Flow of operation of magneto-optical spectrum spectrometer]
Next, the flow of operations of the magneto-optical spectrum spectrometer 1 will be described with reference to FIG. 4 (see FIGS. 1 and 3 as appropriate). As an example, a sample of a plane perpendicular magnetization film is assumed.
<Step S1>
In step S1, a magnetic field having a predetermined magnitude is applied in the direction perpendicular to the surface of the sample F by the magnetic field applying means 6A. This step S1 is only formally separated from step S2 for the description of the preset operation mode to be described later, and is actually included in step S2. In addition, in the preset operation mode to be described later, a description will be given as a mode in which the direction of the magnetic field applied to the sample is changed.

<ステップS2>
ステップS2において、磁気光学スペクトル分光装置1は、第1測定制御手段31によって、回転偏光子法を用いる測定系にて、試料の反射光から検出する電圧値Vを測定する。すなわち、試料Fに所定波長の光を照射するときに、デジタルボルトメータ9で測定された電圧値Vを、各直線偏光板4,7における偏光面の角度別に記録する。
<Step S2>
In step S <b> 2, the magneto-optical spectrum spectrometer 1 uses the first measurement control unit 31 to measure the voltage value V detected from the reflected light of the sample in the measurement system using the rotating polarizer method. That is, when the sample F is irradiated with light of a predetermined wavelength, the voltage value V measured by the digital voltmeter 9 is recorded for each polarization plane angle in each of the linearly polarizing plates 4 and 7.

このステップS2では、より詳細には、次のように動作する。すなわち、ステップS2において、第1測定制御手段31は、まず、光弾性変調器5の偏光変調機能をオフの状態とする。また、各直線偏光板4,7を回転させて所定の角度となるように位置を調整する。そして、光源2から得られる光を分光器3に通すことで、スペクトル幅の狭い単色光を取り出す。そして、分光器3で分光された光を第1直線偏光板4に通して直線偏光とする。そして、第1直線偏光板4の透過光を試料Fに照射し、その反射光を第2直線偏光板7に通して、光検出手段8で観測する。そして、光検出手段8から得られる電圧信号をデジタルボルトメータ9で観測し、得られる電圧値を情報処理装置20で記録する。   More specifically, in step S2, the following operation is performed. That is, in step S2, the first measurement control means 31 first turns off the polarization modulation function of the photoelastic modulator 5. Further, the position of the linearly polarizing plates 4 and 7 is adjusted by rotating the linearly polarizing plates 4 and 7. Then, by passing the light obtained from the light source 2 through the spectroscope 3, monochromatic light having a narrow spectral width is extracted. Then, the light split by the spectroscope 3 is passed through the first linear polarizing plate 4 to be linearly polarized light. Then, the light transmitted through the first linearly polarizing plate 4 is irradiated onto the sample F, and the reflected light is passed through the second linearly polarizing plate 7 and observed by the light detecting means 8. Then, the voltage signal obtained from the light detection means 8 is observed with the digital voltmeter 9, and the obtained voltage value is recorded with the information processing device 20.

≪回転偏光子法の測定方法≫
後記する処理でMO信号を決定するために、この回転偏光子法の測定方法は、以下の(B1)〜(B7)の手順で実現することができる。
(B1)第1直線偏光板4における偏光面の角度φを初期設定値φ にセットする。
また、第2直線偏光板7における偏光面の角度φを初期設定値φ にセットする。
(B2)この状態において、第2直線偏光板7だけを回転させるときの0回目とカウントして、デジタルボルトメータ9が観測する電圧値Vの初期値Vを記録する。
(B3)第1直線偏光板4における角度φを現在値に維持すると共に、第2直線偏光板7における偏光面の角度φを現在値から所定ピッチΔφだけ増加させて、角度(φ +Δφ)にセットする。
(B4)各直線偏光板4,7において角度φ かつ角度(φ +Δφ)にそれぞれセットされたB3の状態において、第2直線偏光板7だけを回転させるときの1回目とカウントして、デジタルボルトメータ9が観測する電圧値Vを記録する。
(B5)以下同様に、第2直線偏光板7だけを回転させるときのn回目(nは自然数)とカウントしたときに、第1直線偏光板4における角度φを現在値に維持すると共に、第2直線偏光板7における偏光面の角度φをφ +nΔφにセットした後に、デジタルボルトメータ9が観測する電圧値V(φ,φ)を記録する。なお、測定回数とΔφは、求める測定精度と測定時間を考慮して決める。
(B6)測定を通して、電圧値V(φ,φ)と、第2直線偏光板7における偏光面の角度φとの関係が得られる(n=1,2,…)。
(B7)第1直線偏光板4における偏光面の角度φを、φ+nΔφ(nは自然数)に置き換えて、(B1)〜(B6)を繰り返す。
これにより、第1直線偏光板4における偏光面の角度φ毎に、電圧値V(φ,φ)が記録される。これら記録された多数の電圧値を以下では単にV(φ,φ)と表記する。
≪Measurement method of rotating polarizer method≫
In order to determine the MO signal by the processing described later, this rotational polarizer method measurement method can be realized by the following procedures (B1) to (B7).
(B1) is set to default values phi 1 0 the angle phi 1 of the polarization plane of the first linear polarization plate 4.
Moreover, setting the angle phi 2 to the initial set value phi 2 0 of the polarization plane of the second linear polarization plate 7.
(B2) In this state, the initial value V 0 of the voltage value V n observed by the digital voltmeter 9 is recorded, counting as the 0th time when only the second linearly polarizing plate 7 is rotated.
(B3) While maintaining the angle φ 1 in the first linearly polarizing plate 4 at the current value, the angle φ 2 of the polarization plane in the second linearly polarizing plate 7 is increased from the current value by a predetermined pitch Δφ 2 to obtain the angle (φ 2 0 + Δφ 2 ).
(B4) 1 time count when the state of the angle phi 1 0 and the angle (φ 2 0 + Δφ 2) to the set respectively B3 in each linear polarization plate 4 and 7, to rotate only the second linear polarization plate 7 Then, the voltage value V 1 observed by the digital voltmeter 9 is recorded.
(B5) Similarly, when counting only the second time when only the second linear polarizing plate 7 is rotated (n is a natural number), the angle φ 1 in the first linear polarizing plate 4 is maintained at the current value, The voltage value V n1 , φ 2 ) observed by the digital voltmeter 9 is recorded after setting the angle φ 2 of the polarization plane of the second linearly polarizing plate 7 to φ 2 0 + nΔφ. The number of measurements and Δφ are determined in consideration of the required measurement accuracy and measurement time.
(B6) Through the measurement, the relationship between the voltage value V n1 , φ 2 ) and the polarization plane angle φ 2 of the second linearly polarizing plate 7 is obtained (n = 1, 2,...).
(B7) The angle φ 1 of the polarization plane in the first linearly polarizing plate 4 is replaced with φ 1 + nΔφ 1 (n is a natural number), and (B1) to (B6) are repeated.
Thus, the voltage value V n1 , φ 2 ) is recorded for each angle φ 1 of the polarization plane in the first linearly polarizing plate 4. These recorded many voltage values are simply expressed as V (φ 1 , φ 2 ) below.

<ステップS3>
次に、ステップS3において、磁気光学スペクトル分光装置1は、演算手段50の第1算出手段51によって、回転角度別に得られた電圧値に基づいて、MO信号としてカー回転角の絶対値を、それぞれの電圧値に対応して算出する。
第1算出手段51は、ステップS2において電気信号として測定された電圧値V(φ,φ)を解析して、カー回転角を求める。
一例として試料Fが角度φのカー効果を示すと仮定したときには、回転偏光子法の原理によって、理論的には検出電圧値はVcos(φ−φ+φ)となる。測定値は、この理論値と等しくなるはずであるから、次の方程式が成り立つ。
V(φ,φ)=Vcos(φ−φ+φ) … 式(1)
そこで、第1算出手段51は、観測される電圧値V(φ,φ)を式(1)を用いて数値解析する。解析から得られる電圧値Vの位相情報と、測定に用いた角度φおよび角度φの値から、カー効果を示すと仮定した角度φの値が直接決定できる。なお、具体例については後記する。
<Step S3>
Next, in step S3, the magneto-optical spectrum spectrometer 1 calculates the absolute value of the Kerr rotation angle as the MO signal based on the voltage value obtained for each rotation angle by the first calculation unit 51 of the calculation unit 50, respectively. It is calculated corresponding to the voltage value of.
The first calculation means 51 analyzes the voltage value V (φ 1 , φ 2 ) measured as an electric signal in step S2 to obtain the Kerr rotation angle.
As an example, when it is assumed that the sample F exhibits the Kerr effect at the angle φ K , the detection voltage value is theoretically V 0 cos 21 −φ 2 + φ K ) based on the principle of the rotating polarizer method. Since the measured value should be equal to this theoretical value, the following equation holds:
V (φ 1 , φ 2 ) = V 0 cos 21 −φ 2 + φ K ) (1)
Therefore, the first calculation means 51 numerically analyzes the observed voltage value V (φ, φ 2 ) using the formula (1). From the phase information of the voltage value V obtained from the analysis and the values of the angles φ 1 and φ 2 used for the measurement, the value of the angle φ K that is assumed to exhibit the Kerr effect can be directly determined. Specific examples will be described later.

<ステップS4>
次に、ステップS4において、磁気光学スペクトル分光装置1は、演算手段50の相関判別手段52によって、得られたカー回転角と入射光偏光面の角度との相関があるか否かを判別する。ここで、入射光偏光面の角度とは、測定に用いた第1直線偏光板4における角度φであり、相関判別手段52は、算出したカー効果を示すと仮定した角度φが、測定に用いた角度φに依存するか否かを判別する。
<Step S4>
Next, in step S <b> 4, the magneto-optical spectrum spectrometer 1 determines whether or not there is a correlation between the obtained Kerr rotation angle and the angle of the incident light polarization plane by the correlation determination unit 52 of the calculation unit 50. Here, the angle of the polarization plane of the incident light is the angle φ 1 in the first linearly polarizing plate 4 used for the measurement, and the correlation determining unit 52 measures the angle φ K assumed to indicate the calculated Kerr effect. It depends on the angle phi 1 determines whether or not the used for.

<ステップS5>
前記ステップS4において、カー回転角が入射光偏光面の角度φに依存しないと判別した場合(ステップS4:No)、磁気光学効果は極カー効果に起因するので、磁気光学スペクトル分光装置1は、第2測定制御手段32によって、偏光変調法を用いる測定系にて、試料の反射光から検出する電圧値V,ΔVを測定する(ステップS5)。すなわち、各直線偏光板4,7の位置を固定した上で試料Fに偏光を照射したときに、デジタルボルトメータ9で測定された電圧値Vと、ロックインアンプ10で測定された電圧値ΔVとを光の波長別に記録する。なお、カー回転角が入射光偏光面の角度φに依存しない場合、磁気光学効果は極カー効果に起因する理由は後記する。
<Step S5>
In step S4, if the Kerr rotation angle is determined to not be dependent on the angle phi 1 of the incident light polarization plane (step S4: No), since the magneto-optical effect is due to the polar Kerr effect, magneto-optical spectroscopy device 1 Then, the voltage values V and ΔV detected from the reflected light of the sample are measured by the second measurement control means 32 in the measurement system using the polarization modulation method (step S5). That is, when the position of each linearly polarizing plate 4, 7 is fixed and the sample F is irradiated with polarized light, the voltage value V measured by the digital voltmeter 9 and the voltage value ΔV measured by the lock-in amplifier 10. Are recorded for each wavelength of light. When the Kerr rotation angle does not depend on the angle φ 1 of the incident light polarization plane, the reason why the magneto-optic effect is caused by the polar Kerr effect will be described later.

このステップS5では、より詳細には、次のように動作する。すなわち、ステップS5において、第2測定制御手段32は、まず、第1直線偏光板4における偏光面の角度φを45°、第2直線偏光板7における偏光面の角度φを0°とし、光弾性変調器5の偏光変調機能をオンの状態とする。そして、光源2から得られる光を分光器3に通すことで、スペクトル幅の狭い単色光を取り出す。そして、分光器3で分光された光を第1直線偏光板4に通して、光弾性変調器5に対して45°傾いた直線偏光とする。そして、第1直線偏光板4の透過光を光弾性変調器5に通すことで、右回り偏光と左回り偏光で高速変調する。このときの変調周波数をfとする。光弾性変調器5の変調周期とロックインアンプ10とを同期させるため、ロックインアンプ10の参照信号として、変調周波数fの2倍の周波数の信号を入力する。なお、ここではカー効果を求めるために、参照信号を変調周波数fの2倍の周波数の信号としたが、円二色性を求める場合には、参照信号を変調周波数fと同じ周波数の信号とすればよい。そして、光弾性変調器5を通過した偏光を試料Fに照射し、その反射光を第2直線偏光板7に通して、光検出手段8で観測する。そして、光検出手段8から得られる電圧信号をデジタルボルトメータ9およびロックインアンプでそれぞれ観測し、得られる電圧値(V、ΔV)を情報処理装置20で記録する。 More specifically, in step S5, the operation is as follows. That is, in step S5, the second measuring control means 32 first, 45 ° angle phi 1 of the polarization plane of the first linear polarizing plate 4, the angle phi 2 of the polarization plane of the second linear polarization plate 7 is 0 ° The polarization modulation function of the photoelastic modulator 5 is turned on. Then, by passing the light obtained from the light source 2 through the spectroscope 3, monochromatic light having a narrow spectral width is extracted. Then, the light split by the spectroscope 3 is passed through the first linear polarizing plate 4 to obtain linearly polarized light inclined by 45 ° with respect to the photoelastic modulator 5. Then, the light transmitted through the first linearly polarizing plate 4 is passed through the photoelastic modulator 5 so as to perform high-speed modulation with clockwise polarized light and counterclockwise polarized light. The modulation frequency at this time is f 1. Order to synchronize the modulation period and a lock-in amplifier 10 of a photoelastic modulator 5, as a reference signal of the lock-in amplifier 10 inputs a signal of twice the frequency of the modulation frequency f 1. Here, in order to obtain the Kerr effect, the reference signal is a signal having a frequency twice the modulation frequency f 1. However, when obtaining circular dichroism, the reference signal has the same frequency as the modulation frequency f 1 . It may be a signal. Then, the sample F is irradiated with the polarized light that has passed through the photoelastic modulator 5, and the reflected light passes through the second linear polarizing plate 7 and is observed by the light detection means 8. Then, the voltage signal obtained from the light detection means 8 is observed by the digital voltmeter 9 and the lock-in amplifier, respectively, and the obtained voltage values (V, ΔV) are recorded by the information processing device 20.

≪偏光変調法の測定方法≫
MOスペクトルを測定するために、偏光変調法の測定方法は、例えば以下の(C1)〜(C7)の手順で実現することができる。なお、この偏光変調法の測定方法は、非特許文献1に詳しく示されている。
(C1)分光器3の設定波長と、光弾性変調器5の設定波長とを、初期波長λにセットする。
(C2)光弾性変調器5において、設定波長をセットされた波長(初期波長λ)、変調モードを1/4波長、変調周波数をfとすると共に、ロックインアンプ10において、参照周波数を2fとする。なお、以下では、光弾性変調器5において設定波長をセットされた波長に順次切り替えるが、変調モードおよび変調周波数は固定し、ロックインアンプ10の参照周波数も固定しておく。
(C3)C2の状態において、設定波長を変化させるときの0回目とカウントして、初期波長λの光が試料Fに照射されたときに、ロックインアンプ10を用いて電圧値ΔVを測定すると共に、デジタルボルトメータ9を用いて電圧値Vを測定する。
(C4)分光器3と光弾性変調器5の設定波長をλ=(λ+Δλ)にセットする。
(C5)C4の状態で、設定波長を変化させるときの1回目とカウントして、ロックインアンプ10とデジタルボルトメータ9を用いて各電圧値ΔV,Vを測定する。
(C6)以下同様に、設定波長を変化させるときのn回目(nは自然数)とカウントしたときに、分光器3と光弾性変調器5の設定波長をλ=(λ+nΔλ)にセットした後に、ロックインアンプ10とデジタルボルトメータ9を用いて、各電圧値ΔV,Vを測定する。
(C7)測定を通して、電圧値(ΔV、V)と波長の関係が得られる。
≪Measurement method of polarization modulation method≫
In order to measure the MO spectrum, the measurement method of the polarization modulation method can be realized by, for example, the following procedures (C1) to (C7). This polarization modulation method is described in detail in Non-Patent Document 1.
(C1) and the set wavelength of the spectroscope 3, and setting the wavelength of the photoelastic modulator 5 is set to the initial wavelength lambda 0.
(C2) In the photoelastic modulator 5, the set wavelength is set to the set wavelength (initial wavelength λ 0 ), the modulation mode is set to ¼ wavelength, the modulation frequency is set to f 1, and the lock-in amplifier 10 sets the reference frequency to Let 2f be 1 . In the following, although the set wavelength is sequentially switched to the set wavelength in the photoelastic modulator 5, the modulation mode and the modulation frequency are fixed, and the reference frequency of the lock-in amplifier 10 is also fixed.
(C3) In the state of C2, the voltage value ΔV 0 is calculated using the lock-in amplifier 10 when the sample F is irradiated with the light of the initial wavelength λ 0 by counting the 0th time when the set wavelength is changed. At the same time, the voltage value V 0 is measured using the digital voltmeter 9.
(C4) The set wavelengths of the spectroscope 3 and the photoelastic modulator 5 are set to λ 1 = (λ 0 + Δλ).
(C5) In the state of C4, the voltage value ΔV 1 , V 1 is measured using the lock-in amplifier 10 and the digital voltmeter 9 counting as the first time when the set wavelength is changed.
(C6) Similarly, when the set wavelength is counted as the nth time (n is a natural number), the set wavelengths of the spectroscope 3 and the photoelastic modulator 5 are set to λ n = (λ 0 + nΔλ). Thereafter, the voltage values ΔV n and V n are measured using the lock-in amplifier 10 and the digital voltmeter 9.
(C7) Through the measurement, the relationship between the voltage value (ΔV n , V n ) and the wavelength is obtained.

<ステップS6>
次に、ステップS6において、磁気光学スペクトル分光装置1は、演算手段50の第2算出手段53によって、波長別に得られた電圧値からカー回転角のスペクトルを算出する。第2算出手段53は、ステップS5において電気信号としてそれぞれ得られたデータ(ΔV、V)を解析して、カー回転角スペクトル44を求める。ここで、カー回転角は、ΔV/Vに比例する。なお、比例定数は未定で、回転角の絶対値はここでは定まらない。
<Step S6>
Next, in step S <b> 6, the magneto-optical spectrum spectrometer 1 calculates the spectrum of the Kerr rotation angle from the voltage value obtained for each wavelength by the second calculator 53 of the calculator 50. The second calculation means 53 analyzes the data (ΔV n , V n ) obtained as electrical signals in step S5 to obtain the Kerr rotation angle spectrum 44. Here, the Kerr rotation angle is proportional to ΔV / V. The proportionality constant is not yet determined, and the absolute value of the rotation angle is not determined here.

<ステップS7>
そこで、ステップS7において、演算手段50の第3算出手段54は、回転角の絶対値を定めるために、第1算出手段51によって算出されたカー回転角絶対値43を、第2算出手段53で算出されたカー回転角スペクトル44に適合させる換算値を求める。第3算出手段54は、少なくとも1つの波長について得られているカー回転角絶対値43を、カー回転角スペクトル44において同じ波長の回転角で規格化することで換算値を求める。カー回転角絶対値43において複数の波長を用いて複数の換算値を求めたときには、例えばその平均を最終的な換算値とする。そして、第3算出手段54は、算出スペクトル(カー回転角スペクトル44)に換算値を掛けて、校正されたMOスペクトルを算出する(以上、ステップS7)。
<Step S7>
Therefore, in step S7, the third calculation unit 54 of the calculation unit 50 uses the second calculation unit 53 to calculate the Kerr rotation angle absolute value 43 calculated by the first calculation unit 51 in order to determine the absolute value of the rotation angle. A conversion value adapted to the calculated Kerr rotation angle spectrum 44 is obtained. The third calculation means 54 obtains a conversion value by normalizing the Kerr rotation angle absolute value 43 obtained for at least one wavelength with the rotation angle of the same wavelength in the Kerr rotation angle spectrum 44. When a plurality of conversion values are obtained using a plurality of wavelengths in the Kerr rotation angle absolute value 43, for example, the average is set as the final conversion value. Then, the third calculation means 54 multiplies the calculated spectrum (Kerr rotation angle spectrum 44) by the converted value to calculate the calibrated MO spectrum (step S7).

<ステップS8>
前記ステップS4において、磁気光学スペクトル分光装置1は、演算手段50の相関判別手段52によって、カー回転角が入射光偏光面の角度に依存すると判別した場合(ステップS4:Yes)、予め定めた動作モードに応じた処理を行う(ステップS8)。
<Step S8>
In step S4, when the magneto-optical spectrum spectrometer 1 determines that the Kerr rotation angle depends on the angle of the incident light polarization plane by the correlation determination unit 52 of the calculation unit 50 (step S4: Yes), a predetermined operation is performed. Processing according to the mode is performed (step S8).

ここで、予め定めた動作モードは、例えば、情報処理装置20の第1測定制御手段31および第1算出手段51によって、回転偏光子法の測定を繰り返し行うことでMOスペクトルを算出するモードである回転偏光子法測定モードを挙げることができる。
また、磁気光学効果は、極カー効果、縦カー効果、線二色性の線形和なので、例えば、観測された磁気光学効果は極カー効果以外(縦カー効果もしくは線二色性)に起因するのかどうかを判定するモードや、磁気光学効果の起源は線二色性に起因するのかどうかを判定するモード等を設けてもよい。
本実施形態では、動作モードの一例として、極カー効果以外の磁気光学効果を識別する起源探索モード(磁気光学効果の起源探索モード)が予め定められているものとする。この起源探索モードは、例えば、情報処理装置20の第1測定制御手段31、第1算出手段51および相関判別手段52によって行うことができる。
Here, the predetermined operation mode is a mode in which, for example, the MO spectrum is calculated by repeatedly performing the measurement of the rotating polarizer method by the first measurement control unit 31 and the first calculation unit 51 of the information processing apparatus 20. A rotational polarizer method measurement mode can be mentioned.
Further, since the magneto-optical effect is a linear sum of the polar Kerr effect, the vertical Kerr effect, and the linear dichroism, for example, the observed magneto-optical effect is caused by other than the polar Kerr effect (vertical Kerr effect or linear dichroism). There may be provided a mode for determining whether or not, a mode for determining whether or not the origin of the magneto-optical effect is caused by linear dichroism, and the like.
In this embodiment, as an example of the operation mode, an origin search mode for identifying a magneto-optical effect other than the polar Kerr effect (an origin search mode for the magneto-optical effect) is determined in advance. This origin search mode can be performed by, for example, the first measurement control unit 31, the first calculation unit 51, and the correlation determination unit 52 of the information processing apparatus 20.

[5.起源探索モード]
<起源探索モードの判定原理>
ここで、起源探索モードの一例を図5のフローチャートで示す。また、このフローチャートの各処理を説明する前に、その判定原理について図6を参照して説明する。
図6(a)は、試料に印加する磁場の方向と試料に入射する偏光の進行方向との位置関係を模式的に示す図であって、(a)は試料の面直方向に磁場を印加する配置を示している。図6(a)のように配置すれば、極カー効果が現れることを検出することが可能である。この図6(a)において、試料Fは膜状であってXY平面上に置かれて、斜めから入射する偏光Lが試料Fの表面の点Oで反射する場合を例示した。このとき、磁場印加手段6によって、試料Fの磁化ベクトルM(以下、単に磁化Mという)は、図示するように、磁化Mの向きが、XY平面の法線方向(Z軸方向)に向くように制御された状態で測定が行われる。すなわち、図1に示す磁場印加手段6Aが試料Fに対して面直磁場を印加する。
[5. Origin search mode]
<Decision principle of origin search mode>
Here, an example of the origin search mode is shown in the flowchart of FIG. Before explaining each process of this flowchart, the principle of determination will be described with reference to FIG.
FIG. 6A is a diagram schematically showing the positional relationship between the direction of the magnetic field applied to the sample and the traveling direction of the polarized light incident on the sample, and FIG. 6A applies the magnetic field in the direction perpendicular to the surface of the sample. The arrangement to be shown is shown. If it arrange | positions like Fig.6 (a), it is possible to detect that the polar Kerr effect appears. In FIG. 6A, the sample F is in the form of a film and is placed on the XY plane, and the case where the polarized light L incident obliquely is reflected at a point O on the surface of the sample F is illustrated. At this time, the magnetic field applying means 6 causes the magnetization vector M of the sample F (hereinafter simply referred to as magnetization M) to have the magnetization M oriented in the normal direction (Z-axis direction) of the XY plane as shown in the figure. Measurement is performed in a controlled state. That is, the magnetic field applying means 6A shown in FIG.

また、図6(a)に示す破線の面は、第1直線偏光板4における偏光面を表している。この例では、第1直線偏光板4における偏光面は、X軸と交差している。この破線で示す状態から、第1直線偏光板4における偏光面の角度を例えば90°変化させると、第1直線偏光板4における偏光面がY軸と交差することとなる。このように、第1直線偏光板4における偏光面の角度を変化させることは、試料Fの磁化Mの向きを軸として第1直線偏光板4における偏光面を回転させることであり、偏光面のどの角度も磁化Mの向きに影響を与えない。つまり、カー効果を示すと仮定した角度φが、測定に用いた第1直線偏光板4における偏光面の角度φに依存しなければ、このときの磁気光学効果とは、極カー効果に起因するものであると考えられる。 Moreover, the broken-line surface shown in FIG. 6A represents the polarization plane in the first linearly polarizing plate 4. In this example, the polarization plane of the first linearly polarizing plate 4 intersects the X axis. If the angle of the polarization plane in the first linear polarizing plate 4 is changed by 90 °, for example, from the state indicated by the broken line, the polarization plane in the first linear polarizing plate 4 intersects the Y axis. Thus, changing the angle of the polarization plane in the first linear polarizing plate 4 is to rotate the polarization plane in the first linear polarizing plate 4 about the direction of the magnetization M of the sample F as an axis. Any angle does not affect the orientation of the magnetization M. That is, if the angle φ K assumed to exhibit the Kerr effect does not depend on the angle φ 1 of the polarization plane in the first linearly polarizing plate 4 used for the measurement, the magneto-optical effect at this time is the polar Kerr effect. It is thought to be caused.

図6(b)および図6(b)は試料の面内方向に磁場を印加する配置をそれぞれ示している。図6(b)と図6(c)に示す配置では、図2に示す磁場印加手段6Bが試料Fに対して面内磁場を印加する。また、図6(b)のように配置すると、縦カー効果もしくは線二色性が現れることを検出することが可能である。一方、図6(c)のように配置すると、縦カー効果が現れることを検出することはできない。   FIG. 6B and FIG. 6B respectively show arrangements in which a magnetic field is applied in the in-plane direction of the sample. In the arrangement shown in FIGS. 6B and 6C, the magnetic field applying unit 6B shown in FIG. Further, when arranged as shown in FIG. 6B, it is possible to detect the appearance of the vertical Kerr effect or linear dichroism. On the other hand, if it arrange | positions like FIG.6 (c), it cannot detect that the vertical Kerr effect appears.

また、図6(b)と図6(a)との違いは、磁場印加手段6Bによって、試料Fの磁化Mの向きが、XY平面の面内方向、かつX軸方向になるように制御された状態で測定が行われる点である。ここで、XY平面の面内方向、かつX軸方向とは、XY平面の面内方向であって光の入射面に平行な方向を示す。以下では、この方向を面内A方向と呼ぶ。   The difference between FIG. 6B and FIG. 6A is controlled by the magnetic field applying means 6B so that the direction of the magnetization M of the sample F is in the in-plane direction of the XY plane and in the X-axis direction. This is a point where the measurement is performed in the state. Here, the in-plane direction of the XY plane and the X-axis direction indicate an in-plane direction of the XY plane and a direction parallel to the light incident surface. Hereinafter, this direction is referred to as an in-plane A direction.

また、図6(c)と図6(a)との違いは、磁場印加手段6Bによって、試料Fの磁化Mの向きが、XY平面の面内方向、かつY軸方向(以下、面内B方向と呼ぶ)になるように制御された状態で測定が行われる点である。ここで、XY平面の面内方向、かつY軸方向とは、XY平面の面内方向であって光の入射面の法線方向を示す。以下では、この面内A方向に直交する方向を面内B方向と呼ぶ。   Further, the difference between FIG. 6C and FIG. 6A is that the orientation of the magnetization M of the sample F is in the in-plane direction of the XY plane and in the Y-axis direction (hereinafter referred to as in-plane B) by the magnetic field applying means 6B. The measurement is performed in a state controlled so as to be called a direction. Here, the in-plane direction of the XY plane and the Y-axis direction are in-plane directions of the XY plane and indicate the normal direction of the light incident surface. Hereinafter, a direction orthogonal to the in-plane A direction is referred to as an in-plane B direction.

図6(b)において、破線で示す偏光面は、X軸と交差し、試料Fの磁化Mの向きと揃っているので、このとき観測される信号は、縦カー効果もしくは線二色性に起因するものである。破線で示す偏光面を回転させると、回転角に応じて、観測される信号が変化する。つまり、カー効果を示すと仮定した角度φが第1直線偏光板4における偏光面の角度φに依存するので、このときの磁気光学効果とは、縦カー効果もしくは線二色性に起因するものであると考えられる。 In FIG. 6B, the polarization plane indicated by the broken line intersects with the X axis and is aligned with the direction of the magnetization M of the sample F, so that the signal observed at this time is a vertical Kerr effect or linear dichroism. It is due. When the polarization plane indicated by the broken line is rotated, the observed signal changes according to the rotation angle. That is, since the angle φ K assumed to exhibit the Kerr effect depends on the angle φ 1 of the polarization plane in the first linearly polarizing plate 4, the magneto-optical effect at this time is caused by the vertical Kerr effect or linear dichroism. It is thought to be.

ところで、図6(b)に示す状態から、第1直線偏光板4における偏光面の角度を90°変化させると、実質的に図6(c)に示す状態と等価になる。したがって、図6(b)に示す状態から偏光面の角度を90°変化させた状態で観測される信号は、縦カー効果に起因するものではない。つまり、観測信号において、カー効果を示すと仮定した角度φが、第1直線偏光板4における偏光面の角度φに依存するときに、さらに図6(c)に示す状態で測定を行った場合にも依然として角度φが偏光面の角度φに依存するときには、このときの磁気光学効果とは、線二色性に起因するものであると考えられる。 Incidentally, when the angle of the polarization plane of the first linearly polarizing plate 4 is changed by 90 ° from the state shown in FIG. 6B, the state is substantially equivalent to the state shown in FIG. Therefore, the signal observed when the angle of the polarization plane is changed by 90 ° from the state shown in FIG. 6B is not due to the vertical Kerr effect. That is, when the angle φ K assumed to exhibit the Kerr effect in the observation signal depends on the angle φ 1 of the polarization plane of the first linearly polarizing plate 4, the measurement is further performed in the state shown in FIG. In the case where the angle φ K still depends on the angle φ 1 of the polarization plane, the magneto-optical effect at this time is considered to be due to linear dichroism.

<起源探索モードの動作の流れ>
図5のフローチャートは、前記した判定原理にしたがって構築されている。磁気光学効果の起源探索モードの動作の流れについて図5を参照(適宜図1、図3、図4および図6参照)して説明する。この起源探索モードでは、まず、ステップS11において、磁気光学スペクトル分光装置1は、第1測定制御手段31によって、磁場の印加方向を面内A方向に設定する。
<Flow of operation in origin search mode>
The flowchart of FIG. 5 is constructed according to the above-described determination principle. The flow of operation in the origin search mode of the magneto-optical effect will be described with reference to FIG. 5 (see FIGS. 1, 3, 4 and 6 as appropriate). In this origin search mode, first, in step S <b> 11, the magneto-optical spectrum spectrometer 1 sets the application direction of the magnetic field to the in-plane A direction by the first measurement control unit 31.

そして、ステップS12において、磁気光学スペクトル分光装置1は、第1測定制御手段31によって、デジタルボルトメータ9で電圧値Vを測定し、第1算出手段51によってカー回転角を算出する。ここでは、第1測定制御手段31は、予め定めた磁場の大きさの範囲内で磁場の大きさを変えて測定を実行する。磁場の大きさの範囲は、縦カー効果が現れる程度の大きさとして定められる。   In step S 12, the magneto-optical spectrum spectrometer 1 measures the voltage value V with the digital voltmeter 9 by the first measurement control unit 31 and calculates the Kerr rotation angle by the first calculation unit 51. Here, the 1st measurement control means 31 performs a measurement, changing the magnitude | size of a magnetic field within the range of the magnitude | size of the predetermined magnetic field. The range of the magnitude of the magnetic field is determined as the magnitude that the vertical Kerr effect appears.

そして、ステップS13において、前記ステップS4と同様にして、磁気光学スペクトル分光装置1は、演算手段50の相関判別手段52によって、得られたカー回転角と入射光偏光面の角度との相関があるか否かを判別する。相関がある場合(ステップS13:Yes)、相関判別手段52は磁気光学効果が縦カー効果もしくは線二色性に起因すると判定し、簡易的な探索処理を終了する(ステップS14)。このとき、相関判別手段52は、磁気光学効果が縦カー効果もしくは線二色性に起因する旨を示すメッセージを図示しない出力手段に出力する。一方、ステップS13において相関がない場合(ステップS13:No)、相関判別手段52はエラー処理を実行する(ステップS19)。このとき、相関判別手段52は、磁気光学効果の起源が不明である旨を示すメッセージを図示しない出力手段に出力するようにしてもよい。   In step S13, similarly to step S4, the magneto-optical spectrum spectrometer 1 has a correlation between the Kerr rotation angle obtained by the correlation determination unit 52 of the calculation unit 50 and the angle of the incident light polarization plane. It is determined whether or not. When there is a correlation (step S13: Yes), the correlation determination unit 52 determines that the magneto-optical effect is caused by the vertical Kerr effect or linear dichroism, and ends the simple search process (step S14). At this time, the correlation determination unit 52 outputs a message indicating that the magneto-optical effect is caused by the vertical Kerr effect or linear dichroism to an output unit (not shown). On the other hand, when there is no correlation in step S13 (step S13: No), the correlation determination means 52 performs an error process (step S19). At this time, the correlation determination unit 52 may output a message indicating that the origin of the magneto-optical effect is unknown to an output unit (not shown).

そして、簡易的な探索処理のステップS14に続くオプションとして、磁気光学効果の起源をより詳細に探索したい場合には、ステップS15において、磁気光学スペクトル分光装置1は、第1測定制御手段31によって、磁場の印加方向を面内B方向に設定する。そして、ステップS16において、磁気光学スペクトル分光装置1は、第1測定制御手段31によって、デジタルボルトメータ9で電圧値Vを測定し、第1算出手段51によってカー回転角を算出する。   Then, as an option following step S14 of the simple search process, when it is desired to search in more detail the origin of the magneto-optical effect, in step S15, the magneto-optical spectrum spectrometer 1 uses the first measurement control unit 31 to The application direction of the magnetic field is set to the in-plane B direction. In step S <b> 16, the magneto-optical spectrum spectrometer 1 measures the voltage value V with the digital voltmeter 9 by the first measurement control unit 31, and calculates the Kerr rotation angle by the first calculation unit 51.

そして、ステップS17において、前記ステップS13と同様にして、磁気光学スペクトル分光装置1は、演算手段50の相関判別手段52によって、得られたカー回転角と入射光偏光面の角度との相関があるか否かを判別する。相関がある場合(ステップS17:Yes)、相関判別手段52は、磁気光学効果が線二色性に起因すると判定する(ステップS18)。このとき、相関判別手段52は、磁気光学効果が線二色性に起因する旨を示すメッセージを図示しない出力手段に出力するようにしてもよい。   In step S17, similarly to step S13, the magneto-optical spectrum spectrometer 1 has a correlation between the Kerr rotation angle obtained by the correlation determination unit 52 of the calculation unit 50 and the angle of the incident light polarization plane. It is determined whether or not. When there is a correlation (step S17: Yes), the correlation determination unit 52 determines that the magneto-optical effect is caused by linear dichroism (step S18). At this time, the correlation determination unit 52 may output a message indicating that the magneto-optical effect is due to linear dichroism to an output unit (not shown).

一方、ステップS17において相関がない場合(ステップS17:No)、相関判別手段52はエラー処理を実行する(ステップS19)。このとき、相関判別手段52は、磁気光学効果の起源が不明である旨を示すメッセージを図示しない出力手段に出力するようにしてもよい。これは、詳細な探索においては、ステップS17においてNoの場合、磁気光学効果の原因が、極カー効果、縦カー効果、線二色性のうちの単独の原因ではないかもしれない可能性を否定できないからである。また、ステップS17にてNoの場合に、相関判別手段52は、エラー処理をせずに、ステップS14の判定結果を再び図示しない出力手段に出力するようにしてもよい。これは、簡易的な探索においては、ステップS17においてNoの場合、縦カー効果もしくは線二色性に起因するとのステップS14の判定結果に矛盾しないからである。なお、簡易的な探索で終了するか、詳細な探索まで行うかは、要求される測定時間や測定精度に応じて適宜設計変更可能である。   On the other hand, when there is no correlation in step S17 (step S17: No), the correlation determination means 52 performs an error process (step S19). At this time, the correlation determination unit 52 may output a message indicating that the origin of the magneto-optical effect is unknown to an output unit (not shown). In the detailed search, in the case of No in step S17, the possibility that the cause of the magneto-optical effect may not be the sole cause of the polar Kerr effect, the vertical Kerr effect, and the linear dichroism is denied. It is not possible. Further, in the case of No in step S17, the correlation determination unit 52 may output the determination result in step S14 again to an output unit (not shown) without performing error processing. This is because in a simple search, in the case of No in step S17, there is no conflict with the determination result in step S14 that is caused by the vertical Kerr effect or linear dichroism. Note that whether to end with a simple search or to perform a detailed search can be changed as appropriate according to the required measurement time and measurement accuracy.

[6.MO信号の観測例]
図1に示す磁気光学スペクトル分光装置1を用いて、具体的にGdFe薄膜を試料としてMO信号を観測した結果について説明する。試料であるGdFe薄膜は面直磁化膜であり、その面直方向に外部磁場Hextを印加すると磁化反転する。本実施形態の磁気光学スペクトル測定方法を用いて観測するMO信号をθと表記する。ここで、Kはカー回転角を示す添字である。このθは、磁気光学効果による回転角度を表し、理論的には、前記した式(1)においてカー効果を示すと仮定した角度φに対応する。
[6. MO signal observation example]
A result of observing an MO signal using a GdFe thin film as a sample will be described using the magneto-optical spectrum spectrometer 1 shown in FIG. The sample GdFe thin film is a plane perpendicular magnetization film, and magnetization is reversed when an external magnetic field Hext is applied in the direction perpendicular to the plane. An MO signal observed using the magneto-optical spectrum measurement method of the present embodiment is denoted as θ K. Here, K is a suffix indicating the Kerr rotation angle. This θ K represents the rotation angle due to the magneto-optical effect, and theoretically corresponds to the angle φ K assumed to exhibit the Kerr effect in the above-described equation (1).

<MO信号の測定原理>
MO信号θは、試料の磁気的特性に起因する信号成分(これをΔθ(M)と表記する)と、試料の非磁性的な信号成分(これをΔθNMと表記する)との重ね合わせである。ここで、Mは試料の磁気的特性、NMは非磁気的特性を示す。つまり、試料の磁気的特性を考慮した場合、例えば磁化反転したときに印加されていた外部磁場の向きをMとしたときにMO信号θ(M)は、式(2)で表すことができる。
<Measurement principle of MO signal>
The MO signal θ K is a superposition of a signal component (this is expressed as Δθ K (M)) caused by the magnetic characteristics of the sample and a non-magnetic signal component (this is expressed as Δθ NM ) of the sample. It is a combination. Here, M represents a magnetic characteristic of the sample, and NM represents a non-magnetic characteristic. That is, when considering the magnetic characteristics of the sample, for example, when the direction of the external magnetic field applied when the magnetization is reversed is M, the MO signal θ K (M) can be expressed by Expression (2). .

θ(M)=Δθ(M)+ΔθNM … 式(2) θ K (M) = Δθ K (M) + Δθ NM (2)

測定で得たい情報は、試料の磁気的特性に起因する信号成分Δθ(M)であり、以下の関係等を用いて決定することができる。ここで、試料が磁化反転する前に印加されていた外部磁場の向きを−Mと表記すると、試料が磁化反転する前の状態では、試料が磁化反転した後の状態とは反対向きに磁化が回転するので、式(2)の右辺第1項Δθ(M)には式(3)の関係がある。 The information desired to be measured is the signal component Δθ K (M) resulting from the magnetic characteristics of the sample, and can be determined using the following relationship or the like. Here, if the direction of the external magnetic field applied before the magnetization of the sample is reversed is expressed as −M, the magnetization is reversed in the direction before the magnetization of the sample is reversed in the state before the magnetization of the sample is reversed. Since it rotates, the first term Δθ K (M) on the right side of Equation (2) has the relationship of Equation (3).

Δθ(M)=−Δθ(−M) … 式(3) Δθ K (M) = − Δθ K (−M) (3)

試料に印加する外部磁場の向きを磁化反転前の状態(−M)としたときには、式(2)と同様にして、式(4)の関係が得られる。また、式(3)の関係を用いると、式(4)は式(5)に書き換えられる。さらに式(2)から式(5)の辺々を差し引くと式(6)が得られる。これを整理すると、測定で得たい情報である、MO信号θ中の磁気的特性に起因する信号成分Δθ(M)は、式(7a)で表される。 When the direction of the external magnetic field applied to the sample is the state before magnetization reversal (-M), the relationship of equation (4) is obtained in the same manner as equation (2). Moreover, when the relationship of Formula (3) is used, Formula (4) can be rewritten into Formula (5). Further, by subtracting the sides of equation (5) from equation (2), equation (6) is obtained. To summarize this, the signal component Δθ K (M) resulting from the magnetic characteristics in the MO signal θ K , which is information desired to be obtained by measurement, is expressed by Expression (7a).

θ(−M)=Δθ(−M)+ΔθNM … 式(4)
θ(−M)=−Δθ(M)+ΔθNM … 式(5)
θ(M)−θ(−M)=2Δθ(M) … 式(6)
Δθ(M)=(θ(M)−θ(−M))/2 … 式(7a)
θ K (−M) = Δθ K (−M) + Δθ NM (4)
θ K (−M) = − Δθ K (M) + Δθ NM (5)
θ K (M) −θ K (−M) = 2Δθ K (M) (6)
Δθ K (M) = (θ K (M) −θ K (−M)) / 2 Formula (7a)

そこで、試料が磁化反転したときに印加している外部磁場の向きをMとしたときに式(3)の左辺θ(M)をMO信号として観測し、試料が磁化反転する前に印加していた外部磁場の向きを−Mとしたときに式(3)の右辺θ(−M)をMO信号として観測した。なお、以下では、観測信号であるMO信号についてはKを省略して単にθ(M)あるいはθ(−M)と表記し、求めたい情報についてはMを省略して単にΔθと表記する。つまり、式(7a)を式(7b)のように書き換える。 Therefore, when the direction of the external magnetic field applied when the magnetization of the sample is reversed is M, the left side θ K (M) of Equation (3) is observed as an MO signal, and is applied before the magnetization of the sample is reversed. The right side θ K (−M) of the equation (3) was observed as an MO signal when the direction of the external magnetic field was −M. In the following, the MO signal, which is an observation signal, is omitted by omitting K and simply expressed as θ (M) or θ (−M), and the information to be obtained is omitted and is simply expressed as Δθ K. That is, Equation (7a) is rewritten as Equation (7b).

Δθ=(θ(M)−θ(−M))/2 … 式(7b) Δθ K = (θ (M) −θ (−M)) / 2 Formula (7b)

<回転偏光子法を用いたMO信号の観測>
≪電圧信号のφ依存性≫
GdFe薄膜を試料として回転偏光子法を用いたMO信号の観測例を図7に示す。図7のグラフにおいて、横軸は第2直線偏光板7における偏光面の角度φを示し、縦軸はデジタルボルトメータ9で観測した電圧信号(電圧値V)を任意単位(arbitrary units:a.u.)で示したものである。
<Observation of MO signal using the rotating polarizer method>
≪φ 2 dependence of voltage signal≫
FIG. 7 shows an example of observation of an MO signal using a rotating polarizer method with a GdFe thin film as a sample. In the graph of FIG. 7, the horizontal axis indicates the angle φ 2 of the polarization plane of the second linearly polarizing plate 7, and the vertical axis indicates the voltage signal (voltage value V) observed by the digital voltmeter 9 in arbitrary units (arbitrary units: a .U.).

このグラフにおいて無数の丸印は、電圧値V(φ,φ)の実験結果であって、角度φ別のMO信号θ(M)あるいはθ(−M)を示している。また、コサイン関数状の実線は、解析結果であって、第1算出手段51が実験結果を前記式(1)に基づいてフィッティングにより得た結果である。図7に示すように、観測されたV(φ、φ)は、前記式(1)を用いて非常によく再現され、カー効果を示すと仮定した角度φの値が直接決定できた。ここでは、前記式(2)以降のMO信号の測定原理に則って角度φのことを回転角θと表記する。ここでは、あえてMの表記を省略する。回転角θは、算出されたカー回転角絶対値に対応する。 Innumerable circles in this graph are experimental results of voltage values V (φ 1 , φ 2 ), and indicate MO signals θ (M) or θ (−M) for each angle φ 2 . The solid line in the form of a cosine function is an analysis result, and is a result obtained by fitting the experimental result by the first calculation means 51 based on the equation (1). As shown in FIG. 7, the observed V (φ 1 , φ 2 ) is reproduced very well using the above equation (1), and the value of the angle φ K that is assumed to exhibit the Kerr effect can be directly determined. It was. Here, referred to as the rotation angle theta K that the angle phi K in accordance with the measurement principles of the formula (2) or later MO signal. Here, the notation of M is omitted. The rotation angle θ K corresponds to the calculated absolute value of the Kerr rotation angle.

≪θの外部磁場依存性≫
GdFe薄膜を試料として回転偏光子法を用いたMO信号から算出された回転角の一例を図8に示す。図8のグラフにおいて、横軸は磁場印加手段6Aで試料に印加した外部磁場を示す。なお、磁場の単位については、1[Oe]=79.577[A/m]で換算可能である。また、図8のグラフの縦軸は第1算出手段51で算出した回転角θを°(degree:deg.)で示す。なお、縦軸に示す回転角は、正しく校正された値である。
≪Dependence of θ K on external magnetic field≫
FIG. 8 shows an example of the rotation angle calculated from the MO signal using the rotating polarizer method using a GdFe thin film as a sample. In the graph of FIG. 8, the horizontal axis indicates the external magnetic field applied to the sample by the magnetic field applying means 6A. In addition, about the unit of a magnetic field, it can convert in 1 [Oe] = 799.577 [A / m]. In addition, the vertical axis of the graph of FIG. 8 indicates the rotation angle θ K calculated by the first calculation means 51 in ° (degree: deg.). Note that the rotation angle shown on the vertical axis is a correctly calibrated value.

この実験では、分光器3で分光した光の波長を500〜700nmの範囲で50nmのピッチで変化させて回転偏光子法を適用した。図8のグラフにおいては、このうち、光の波長を500nmとして観測した回転角θの磁場依存性を丸印で示すと共に、光の波長を700nmとして観測した回転角θの磁場依存性を四角印で示す。また、磁場印加手段6Aは、試料に対して、負の磁場から正の磁場へと増加させて印加した。図8のグラフに示すように、0kOeから0.5kOeへ向けて、磁化反転に伴って、回転角θの顕著な変化が見られた。 In this experiment, the rotational polarizer method was applied by changing the wavelength of the light separated by the spectroscope 3 at a pitch of 50 nm in the range of 500 to 700 nm. In the graph of FIG. 8, the magnetic field dependence of the rotation angle θ K observed when the light wavelength is 500 nm is indicated by a circle, and the magnetic field dependence of the rotation angle θ K observed when the light wavelength is 700 nm. Indicated by square marks. Further, the magnetic field applying means 6A applied the sample while increasing the negative magnetic field from the negative magnetic field. As shown in the graph of FIG. 8, a remarkable change in the rotation angle θ K was observed with the magnetization reversal from 0 kOe to 0.5 kOe.

そこで、次に、前記式(7b)の表式に則って回転角θにおいてあえて省略していたMの表記を付加して、図8のグラフにおいて、試料が磁化反転する前の状態に対応する、−2.0kOeから0.0kOeまでの信号をθ(−M)と表記すると共に、試料が磁化反転した後の状態に対応する、0.5kOeから2.0kOeまでの信号をθ(M)と表記することとした。 Therefore, next, the notation of M, which was intentionally omitted at the rotation angle θ K in accordance with the expression of the equation (7b), is added, and in the graph of FIG. 8, the sample corresponds to the state before the magnetization reversal. A signal from −2.0 kOe to 0.0 kOe is expressed as θ K (−M), and a signal from 0.5 kOe to 2.0 kOe corresponding to the state after the sample is reversed in magnetization is expressed as θ K. It was designated as (M).

≪θ(M)とθ(−M)の波長依存性≫
そして、図8のグラフにおいて光の波長を500nm,700nmとして、観測した回転角θの磁場依存性のそれぞれを線形関数でフィッティングした後、その切片をそれぞれθ(−M)、θ(M)とした結果を図9に示す。図9のグラフにおいて、横軸は分光器3で分光した光の波長を示し、縦軸は図8のグラフと同様な回転角θ(−M)、θ(M)を示す。図9のグラフにおいて、回転角θ(−M)を四角印で示し、回転角θ(M)を丸印で示す。これらの結果は、前記式(7b)の右辺に示すMO信号θ(−M),θ(M)に対応する。また、これらの結果は、各直線偏光板4,7の角度を適宜変えて求めた結果である。そして、図9のグラフに示す実験結果を、式(7b)に代入して決定した結果であるΔθを図10に示す。
≪Wavelength dependence of θ K (M) and θ K (−M) ≫
Then, in the graph of FIG. 8, the wavelength of light is set to 500 nm and 700 nm, and the magnetic field dependence of the observed rotation angle θ K is fitted with a linear function, and then the intercepts are θ K (−M) and θ K ( The results of M) are shown in FIG. In the graph of FIG. 9, the horizontal axis indicates the wavelength of light dispersed by the spectroscope 3, and the vertical axis indicates the same rotation angles θ K (−M) and θ K (M) as in the graph of FIG. In the graph of FIG. 9, the rotation angle θ K (−M) is indicated by a square mark, and the rotation angle θ K (M) is indicated by a circle. These results correspond to the MO signals θ (−M) and θ (M) shown on the right side of the equation (7b). Moreover, these results are the results obtained by appropriately changing the angles of the linearly polarizing plates 4 and 7. FIG. 10 shows Δθ K , which is a result determined by substituting the experimental results shown in the graph of FIG. 9 into the equation (7b).

≪Δθの波長依存性≫
図10のグラフにおいて、横軸は図9と同様に光の波長を示し、縦軸は、求めたい情報であって、MO信号のうち試料の磁気的特性に起因する回転角Δθを示す。図10のグラフにおいて、回転角Δθをドットで示し、ドットの上下の線は誤差の標準偏差の範囲を示す。このように、回転偏光子法を用いることで、Δθの波長依存性が決定された。回転偏光子法の測定は時間がかかるが、MO信号の絶対値すなわちΔθの絶対値を正確に決定できるメリットがある。グラフの波長別のドットで表された回転角Δθの値が、第1算出手段51の演算結果であるカー回転角絶対値43に対応する。
≪Δθ K wavelength dependence≫
In the graph of FIG. 10, the horizontal axis indicates the wavelength of light as in FIG. 9, and the vertical axis indicates information to be obtained and indicates the rotation angle Δθ K caused by the magnetic characteristics of the sample in the MO signal. In the graph of FIG. 10, the rotation angle Δθ K is indicated by dots, and the lines above and below the dots indicate the range of standard deviations of errors. Thus, the wavelength dependence of Δθ K was determined by using the rotating polarizer method. Although measurement by the rotating polarizer method takes time, there is an advantage that the absolute value of the MO signal, that is, the absolute value of Δθ K can be accurately determined. The value of the rotation angle Δθ K represented by the wavelength-specific dots in the graph corresponds to the Kerr rotation angle absolute value 43 that is the calculation result of the first calculation means 51.

≪Δθのφ依存性≫
図10のグラフにおいて、波長を500nmとして観測した回転角Δθの測定結果と、そのときの第1直線偏光板4における偏光面の角度φとの関係を図11に示す。図11において、横軸は第1直線偏光板4における偏光面の角度φを示し、縦軸は回転角Δθを示す。図11のグラフにおいて、回転角Δθをドットで示し、ドットの上下の線は誤差の標準偏差の範囲を示す。図11に見られるように、回転角Δθは、第1直線偏光板4における偏光面の角度φに依存しない。このことは、この試料で観測されるMO信号が極カー効果に支配されていることを示唆し、また、試料が面直磁化膜であることと矛盾しない。したがって、本実施形態の測定方法では、演算手段50の相関判別手段52が、観測されたMO信号が極カー効果に起因するものであると判定してから、偏光変調法を用いた測定を行う。
Φ 1 dependence of «Δθ K »
In the graph of FIG. 10, the relationship between the measurement result of the rotation angle Δθ K observed at a wavelength of 500 nm and the polarization plane angle φ 1 of the first linearly polarizing plate 4 at that time is shown in FIG. In FIG. 11, the horizontal axis indicates the angle φ 1 of the polarization plane in the first linearly polarizing plate 4, and the vertical axis indicates the rotation angle Δθ K. In the graph of FIG. 11, the rotation angle Δθ K is indicated by dots, and the lines above and below the dots indicate the range of standard deviations of errors. As seen in FIG. 11, the rotation angle Δθ K does not depend on the angle φ 1 of the polarization plane of the first linearly polarizing plate 4. This suggests that the MO signal observed in this sample is dominated by the polar Kerr effect, and is consistent with the fact that the sample is a perpendicular magnetic film. Therefore, in the measurement method of this embodiment, the correlation determination unit 52 of the calculation unit 50 determines that the observed MO signal is due to the polar Kerr effect, and then performs measurement using the polarization modulation method. .

なお、図11のグラフのようにMO信号が極カー効果に支配されている場合には、角度φ毎の回転角Δθを繋げると、ほぼ横軸に平行な直線が得られる。一方、MO信号が縦カー効果や線二色性に支配されている場合に、同様なグラフを作成すると、回転角がφ1に依存するグラフとなる。したがって、MO信号が極カー効果に支配されているか否かは、観測されたカー回転角と第1直線偏光板4における偏光面の角度φとの関係をグラフ化すると一目瞭然となる。 When the MO signal is dominated by the polar Kerr effect as shown in the graph of FIG. 11, a straight line substantially parallel to the horizontal axis is obtained by connecting the rotation angles Δθ K for each angle φ 1 . On the other hand, when the MO signal is governed by the vertical Kerr effect or linear dichroism, if a similar graph is created, the rotation angle depends on φ 1 . Therefore, whether or not the MO signal is dominated by the polar Kerr effect becomes obvious when the relationship between the observed Kerr rotation angle and the angle φ 1 of the polarization plane of the first linearly polarizing plate 4 is graphed.

<偏光変調法を用いたMOスペクトルの観測>
≪Δθの波長依存性≫
次に、回転偏光子法で観測したGdFe薄膜を用いて、同条件で偏光変調法を用いることで、MOスペクトルを観測した。ここでは、試料の磁化の向きを揃えるため、磁場印加手段6Aで試料に1kOeの外部磁場を印加して測定を行った。測定結果を、図12に示す。図12のグラフは、図10のグラフと同様なグラフであって、横軸は光の波長を示し、縦軸は回転角Δθを示す。ただし、図12のグラフにおいて、回転角Δθの値は校正されたものではないので任意単位(a.u.)で示す。偏光変調法では、MOスペクトルが効率的に測定できるので多くの波長での信号が取得できるが、MO信号の絶対値を決定することが難しい。
<Observation of MO spectrum using polarization modulation method>
≪Δθ K wavelength dependence≫
Next, the MO spectrum was observed by using the polarization modulation method under the same conditions using the GdFe thin film observed by the rotating polarizer method. Here, in order to align the magnetization direction of the sample, measurement was performed by applying an external magnetic field of 1 kOe to the sample by the magnetic field applying means 6A. The measurement results are shown in FIG. The graph of FIG. 12 is a graph similar to the graph of FIG. 10, the horizontal axis indicates the wavelength of light, and the vertical axis indicates the rotation angle Δθ K. However, in the graph of FIG. 12, since the value of the rotation angle Δθ K is not calibrated, it is shown in arbitrary units (au). In the polarization modulation method, since the MO spectrum can be measured efficiently, signals at many wavelengths can be acquired, but it is difficult to determine the absolute value of the MO signal.

本実施形態の測定方法では、MO信号の絶対値を規格化するために、演算手段50の第3算出手段54が、図10のグラフに対応して記憶手段40に記憶されたカー回転角絶対値43を、図12のグラフに対応して記憶手段40に記憶されたカー回転角スペクトル44に適合させる換算値を求める。カー回転角スペクトル44を校正した結果をMOスペクトルとして図13に示す。   In the measurement method of the present embodiment, in order to normalize the absolute value of the MO signal, the third calculation means 54 of the calculation means 50 uses the Kerr rotation angle absolute value stored in the storage means 40 corresponding to the graph of FIG. A conversion value that matches the value 43 with the Kerr rotation angle spectrum 44 stored in the storage means 40 corresponding to the graph of FIG. The result of calibrating the Kerr rotation angle spectrum 44 is shown in FIG. 13 as the MO spectrum.

図13のグラフにおいて、実線は偏光変調法で観測したΔθの波長依存性を示し、四角印は回転偏光子法で観測したΔθの波長依存性を示す。本実施形態の測定方法によれば、回転偏光子法で決定したMO信号を用いて、MO信号の絶対値を規格化し、絶対値が校正されたMOスペクトルが取得できた。また、MO信号が極カー効果に支配されていることが、直接決定できた。 In the graph of FIG. 13, a solid line indicates the wavelength dependence of [Delta] [theta] K was observed by the polarization modulation method, square marks showing the wavelength dependence of [Delta] [theta] K observed by rotating polarizer method. According to the measurement method of this embodiment, the MO signal determined by the rotating polarizer method is used to normalize the absolute value of the MO signal, and an MO spectrum in which the absolute value is calibrated can be obtained. It was also possible to directly determine that the MO signal is dominated by the polar Kerr effect.

本実施形態の磁気光学スペクトル分光装置1によれば、回転偏光子法を用いる測定系と、偏光変調法を用いる測定系とを切り替え可能に構成され、回転偏光子法を用いた少なくとも1つの所定波長でのMO信号観測と、偏光変調法によるMOスペクトル測定とを全自動で実現することができるので、磁気光学効果として観測される信号の測定時間を低減することができる。   According to the magneto-optical spectrum spectrometer 1 of the present embodiment, the measurement system using the rotational polarizer method and the measurement system using the polarization modulation method are configured to be switchable, and at least one predetermined using the rotational polarizer method. Since the MO signal observation at the wavelength and the MO spectrum measurement by the polarization modulation method can be realized automatically, the measurement time of the signal observed as the magneto-optical effect can be reduced.

また、本実施形態の磁気光学スペクトル分光装置1および測定方法によれば、偏光変調法により得たMOスペクトルを、回転偏光子法で決定したMO信号で校正することで、MOスペクトルを精度よく簡単に取得することができる。   Further, according to the magneto-optical spectrum spectrometer 1 and the measurement method of the present embodiment, the MO spectrum is calibrated with the MO signal determined by the rotating polarizer method by calibrating the MO spectrum obtained by the polarization modulation method. Can be obtained.

また、本実施形態の磁気光学スペクトル分光装置1および測定方法によれば、回転偏光子法で決定したMO信号が極カー効果に起因することを確かめてから、偏光変調法により得たMOスペクトルを解析するので、従来とは異なって、2つの測定法を用いて校正されたMOスペクトルは、縦カー効果および線二色性ではなく極カー効果によるカー回転角を表すことが確認できる。また、たとえ、回転偏光子法で決定したMO信号が極カー効果に起因することを確かめられなくても、縦カー効果または線二色性によるものか起源を探索することもできる。   Further, according to the magneto-optical spectrum spectrometer 1 and the measurement method of the present embodiment, after confirming that the MO signal determined by the rotating polarizer method is caused by the polar Kerr effect, the MO spectrum obtained by the polarization modulation method is obtained. As a result of analysis, unlike the conventional case, it can be confirmed that the MO spectrum calibrated using the two measurement methods represents the Kerr rotation angle due to the polar Kerr effect rather than the vertical Kerr effect and linear dichroism. Even if the MO signal determined by the rotating polarizer method cannot be confirmed to be due to the polar Kerr effect, the origin can be searched for due to the vertical Kerr effect or linear dichroism.

また、本実施形態の磁気光学スペクトル分光装置1および測定方法によれば、MOディスクのような情報ストレージ、安定的な光通信に必要不可欠なファラデー素子、さらには、ホログラムを用いた3次元ディスプレイなど、磁気光学効果が使用されているさまざまな応用技術において磁性材料のMO効果を正しく効率的に詳しく調べることで、それらの研究開発の促進が期待できる。   Further, according to the magneto-optical spectrum spectrometer 1 and the measurement method of the present embodiment, information storage such as an MO disk, a Faraday element indispensable for stable optical communication, a three-dimensional display using a hologram, and the like By examining the MO effect of magnetic materials correctly and efficiently in various applied technologies in which the magneto-optical effect is used, it is expected to promote their research and development.

以上、実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、本実施形態では、試料Fで反射した反射光を第2直線偏光板7に通して光検出手段8で観測するものとしたが、試料Fを透過した透過光を第2直線偏光板7に通して光検出手段8で観測するものとしても同様の効果を奏することができる。   As mentioned above, although this invention was demonstrated based on embodiment, this invention is not limited to this. For example, in this embodiment, the reflected light reflected by the sample F is passed through the second linearly polarizing plate 7 and observed by the light detection means 8. However, the transmitted light that has passed through the sample F is observed by the second linearly polarizing plate 7. The same effect can be obtained even if the light detection means 8 is used for the observation.

また、本実施形態では、面直磁化膜の試料を想定し、ステップS1にて、磁場印加手段6Aによって、試料Fの面直方向に所定の大きさの磁場を印加することとしたが、面内磁化膜の試料を用いてもよいし、ステップS1にて印加する磁場の向きは、面内磁場でも同様に測定できる。   Further, in the present embodiment, a sample of a surface perpendicularly magnetized film is assumed, and in step S1, a magnetic field having a predetermined magnitude is applied in the direction perpendicular to the surface of the sample F by the magnetic field applying unit 6A. A sample of the inner magnetized film may be used, and the direction of the magnetic field applied in step S1 can be similarly measured with an in-plane magnetic field.

また、本実施形態の測定方法では、回転偏光子法による測定、カー回転角の算出、およびカー回転角と入射光偏光面の角度との相関の判定を終えてから偏光変調法を用いる測定を行うこととしたが、回転偏光子法による測定と、偏光変調法を用いる測定とを終えてから、演算処理および判定処理を行うようにしてもよい。   In the measurement method of the present embodiment, measurement using the polarization modulator method is performed after the measurement by the rotating polarizer method, the calculation of the Kerr rotation angle, and the determination of the correlation between the Kerr rotation angle and the angle of the incident light polarization plane are finished. However, the calculation process and the determination process may be performed after the measurement by the rotating polarizer method and the measurement using the polarization modulation method are finished.

また、例えば、磁気光学スペクトル分光装置の制御装置は、一般的なコンピュータを、前記した制御手段30および演算手段50として機能させるプログラムにより動作させることで実現することができる。このプログラムは、通信回線を介して配布することも可能であるし、DVDやCD−ROM等の記録媒体に書き込んで配布することも可能である。   For example, the control device of the magneto-optical spectrum spectrometer can be realized by operating a general computer by a program that functions as the control unit 30 and the calculation unit 50 described above. This program can be distributed via a communication line, or can be written on a recording medium such as a DVD or a CD-ROM for distribution.

本発明は、MOディスクのような情報ストレージ、安定的な光通信に必要不可欠なファラデー素子、さらには、ホログラムを用いた3次元ディスプレイなど、磁気光学効果が使用されているさまざまな応用技術に利用できる。   The present invention is applied to various application technologies in which the magneto-optical effect is used, such as information storage such as MO disk, Faraday element indispensable for stable optical communication, and three-dimensional display using hologram. it can.

1 磁気光学スペクトル分光装置
2 光源
3 分光器
4 第1直線偏光板
5 光弾性変調器
6 磁場印加手段
7 第2直線偏光板
8 光検出手段
9 デジタルボルトメータ
10 ロックインアンプ
20 情報処理装置
30 制御手段
31 第1測定制御手段
32 第2測定制御手段
40 記憶手段
41 回転偏光子法測定値(回転偏光子法を用いた測定値)
42 偏光変調法測定値(偏光変調法を用いた測定値)
43 カー回転角絶対値(カー回転角の絶対値)
44 カー回転角スペクトル(カー回転角のスペクトル)
45 MOスペクトル(スペクトルの絶対値)
50 演算手段
51 第1算出手段
52 相関判別手段
53 第2算出手段
54 第3算出手段
F 試料
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Magneto-optical spectrum spectrometer 2 Light source 3 Spectrometer 4 1st linear polarizing plate 5 Photoelastic modulator 6 Magnetic field application means 7 2nd linear polarizing plate 8 Photodetection means 9 Digital voltmeter 10 Lock-in amplifier 20 Information processing apparatus 30 Control Means 31 First measurement control means 32 Second measurement control means 40 Storage means 41 Rotating polarizer method measured value (measured value using rotating polarizer method)
42 Measurement value of polarization modulation method (measurement value using polarization modulation method)
43 Absolute value of car rotation angle (absolute value of car rotation angle)
44 Kerr rotation angle spectrum (Kerr rotation angle spectrum)
45 MO spectrum (absolute value of spectrum)
50 Calculation means 51 First calculation means 52 Correlation determination means 53 Second calculation means 54 Third calculation means F Sample

Claims (7)

試料の磁気光学特性のスペクトルを測定する偏光変調法を用いる測定系として配置された光源と、分光器と、第1直線偏光板と、光弾性変調器と、磁場印加手段と、第2直線偏光板と、光検出手段と、ボルトメータと、ロックインアンプと、前記分光器で分光される所定波長の光における波長の切り替えを含む動作を予め設定されたタイミングで制御する制御手段と、前記ボルトメータおよび前記ロックインアンプでそれぞれ測定された電圧値を記憶する記憶手段と、前記記憶された電圧値に基づいて前記試料の磁気光学特性としてカー回転角を算出する演算手段とを備えた磁気光学スペクトル分光装置において、
前記各直線偏光板は、回転により偏光面の角度が所定値になるように調整可能な回転機構付き直線偏光板であり、
前記制御手段は、
前記光弾性変調器の偏光変調機能をオフの状態にして前記各直線偏光板において偏光面の角度をそれぞれ変化させる回転偏光子法を用いて前記ボルトメータにより検出される電圧値を測定するための制御を行い前記偏光面の角度別のそれぞれの測定値を前記記憶手段に記録する第1測定制御手段と、
前記光弾性変調器の偏光変調機能をオンの状態、かつ、前記各直線偏光板を所定角度に固定し、前記分光器で分光される光の波長を変化させる偏光変調法を用いて前記ボルトメータおよび前記ロックインアンプによりそれぞれ検出される電圧値を測定するための制御を行いそれぞれの測定値を前記記憶手段に記録する第2測定制御手段と、を備え、
前記演算手段は、
前記記憶手段に記憶された前記回転偏光子法を用いた前記各直線偏光板における偏光面の角度別のそれぞれの測定値に基づいて前記所定波長におけるカー回転角の絶対値をそれぞれ算出する第1算出手段と、
前記所定波長におけるカー回転角の絶対値と、前記第1直線偏光板における偏光面である入射光偏光面の角度との相関の有無を判別する相関判別手段と、
前記カー回転角の絶対値と前記入射光偏光面の角度との相関が無いと判定された場合、前記記憶手段に記憶された前記偏光変調法を用いた測定値に基づいて前記試料のカー回転角のスペクトルを算出する第2算出手段と、
前記第2算出手段で算出されたスペクトルにおけるカー回転角の値を、前記第1算出手段によって算出されたカー回転角の絶対値に適合させる換算値を求め、前記スペクトルにおけるカー回転角の値に対して前記換算値をそれぞれ乗算することで、校正されたカー回転角のスペクトルを当該試料の磁気光学特性のスペクトルとして算出する第3算出手段と、
を備えることを特徴とする磁気光学スペクトル分光装置。
A light source arranged as a measurement system using a polarization modulation method for measuring a spectrum of a magneto-optical characteristic of a sample, a spectroscope, a first linearly polarizing plate, a photoelastic modulator, a magnetic field applying unit, and a second linearly polarized light A plate, a light detection means, a voltmeter, a lock-in amplifier, a control means for controlling an operation including switching of wavelengths of light of a predetermined wavelength that is split by the spectroscope at a preset timing, and the bolt Magneto-optics comprising storage means for storing voltage values respectively measured by a meter and the lock-in amplifier, and arithmetic means for calculating a Kerr rotation angle as a magneto-optical characteristic of the sample based on the stored voltage values In a spectral spectrometer,
Each of the linear polarizing plates is a linear polarizing plate with a rotation mechanism that can be adjusted so that the angle of the polarization plane becomes a predetermined value by rotation,
The control means includes
For measuring the voltage value detected by the voltmeter using a rotating polarizer method in which the polarization modulation function of the photoelastic modulator is turned off and the angle of the polarization plane is changed in each linearly polarizing plate. First measurement control means for performing control and recording each measurement value for each angle of the polarization plane in the storage means;
The voltmeter using a polarization modulation method in which the polarization modulation function of the photoelastic modulator is on, each linearly polarizing plate is fixed at a predetermined angle, and the wavelength of light dispersed by the spectrometer is changed. And second measurement control means for performing control for measuring voltage values respectively detected by the lock-in amplifier and recording each measurement value in the storage means,
The computing means is
The absolute value of the Kerr rotation angle at the predetermined wavelength is calculated on the basis of the measured values for each angle of the polarization plane in each linearly polarizing plate using the rotating polarizer method stored in the storage means. A calculation means;
Correlation determining means for determining whether or not there is a correlation between the absolute value of the Kerr rotation angle at the predetermined wavelength and the angle of the incident light polarization plane that is the polarization plane of the first linearly polarizing plate;
When it is determined that there is no correlation between the absolute value of the Kerr rotation angle and the angle of the polarization plane of the incident light, the Kerr rotation of the sample is performed based on the measured value using the polarization modulation method stored in the storage means. A second calculating means for calculating a spectrum of the corners;
A conversion value that matches the value of the Kerr rotation angle in the spectrum calculated by the second calculation unit with the absolute value of the Kerr rotation angle calculated by the first calculation unit is obtained, and the value of the Kerr rotation angle in the spectrum is obtained. A third calculating means for calculating the spectrum of the calibrated Kerr rotation angle as the spectrum of the magneto-optical characteristic of the sample by multiplying the converted values respectively;
A magneto-optical spectrum spectrometer characterized by comprising:
前記磁場印加手段は、
前記試料の面直方向に磁場を印加する面直磁場印加手段と、
前記試料の面内方向に磁場を印加する面内磁場印加手段とを備え、
前記演算手段の前記相関判別手段は、
前記試料の面直方向に磁場が印加されたときの前記カー回転角の絶対値と前記入射光偏光面の角度との相関がある場合には、前記試料の面内方向であって光の入射面に平行に磁場が印加されたときの測定値を用いて算出されたカー回転角の絶対値と、前記入射光偏光面の角度との相関の有無をさらに判別し、これらの間に相関がある場合、前記試料の磁気光学効果には縦カー効果もしくは線二色性の寄与が含まれていると判定することを特徴とする請求項1に記載の磁気光学スペクトル分光装置。
The magnetic field applying means includes
A surface perpendicular magnetic field applying means for applying a magnetic field in a direction perpendicular to the surface of the sample;
An in-plane magnetic field applying means for applying a magnetic field in the in-plane direction of the sample,
The correlation determining means of the calculating means is
If there is a correlation between the absolute value of the Kerr rotation angle when the magnetic field is applied in the direction perpendicular to the sample and the angle of the incident light polarization plane, the light is incident in the in-plane direction of the sample. Further, it is determined whether or not there is a correlation between the absolute value of the Kerr rotation angle calculated using a measured value when a magnetic field is applied parallel to the surface and the angle of the incident light polarization plane. 2. The magneto-optical spectrum spectrometer according to claim 1, wherein in some cases, it is determined that the magneto-optical effect of the sample includes a vertical Kerr effect or a contribution of linear dichroism.
前記演算手段の前記相関判別手段は、
前記試料の面内方向であって光の入射面に平行に磁場が印加されたときの測定値を用いて算出されたカー回転角の絶対値と、前記入射光偏光面の角度との相関がある場合には、前記試料の面内方向であって光の入射面の法線方向に磁場が印加されたときの測定値を用いて算出されたカー回転角の絶対値と、前記入射光偏光面の角度との相関の有無をさらに判別し、これらの間に相関がある場合、前記縦カー効果の寄与が含まれているとの判定を覆し前記試料の磁気光学効果には線二色性の寄与が含まれていると判定することを特徴とする請求項2に記載の磁気光学スペクトル分光装置。
The correlation determining means of the calculating means is
The correlation between the absolute value of the Kerr rotation angle calculated using the measured value when the magnetic field is applied in parallel to the incident surface of light in the in-plane direction of the sample and the angle of the incident light polarization plane is In some cases, the absolute value of the Kerr rotation angle calculated using a measured value when a magnetic field is applied in the in-plane direction of the sample and in the normal direction of the light incident surface, and the incident light polarization The presence or absence of correlation with the angle of the surface is further determined, and if there is a correlation between them, the determination that the contribution of the vertical Kerr effect is included is reversed, and the magneto-optical effect of the sample is linear dichroism The magneto-optical spectrum spectrometer according to claim 2, wherein it is determined that the contribution is included.
試料の磁気光学特性のスペクトルを測定する偏光変調法を用いる測定系として配置された光源と、分光器と、第1直線偏光板と、光弾性変調器と、磁場印加手段と、第2直線偏光板と、光検出手段と、ボルトメータと、ロックインアンプと、制御手段と、記憶手段と、演算手段とを備えた磁気光学スペクトル分光装置における磁気光学スペクトル測定方法であって、
前記各直線偏光板は、回転により偏光面の角度が所定値になるように調整可能な回転機構付き直線偏光板であり、
前記制御手段によって、
前記光弾性変調器の偏光変調機能をオフの状態にして、前記各直線偏光板において偏光面の角度をそれぞれ変化させる回転偏光子法を用いて前記ボルトメータにより検出される電圧値を測定するための制御を行い前記偏光面の角度別のそれぞれの測定値を前記記憶手段に記録する第1測定制御ステップと、
前記演算手段によって、
前記記憶手段に記憶された前記回転偏光子法を用いた前記各直線偏光板における偏光面の角度別のそれぞれの測定値に基づいて前記所定波長におけるカー回転角の絶対値をそれぞれ算出する第1算出ステップと、
前記所定波長におけるカー回転角の絶対値と、前記第1直線偏光板における偏光面である入射光偏光面の角度との相関の有無を判別する相関判別ステップと、
前記制御手段によって、
前記カー回転角の絶対値と前記入射光偏光面の角度との相関が無いと判定された場合、前記光弾性変調器の偏光変調機能をオンの状態、かつ、前記各直線偏光板を所定角度に固定し、前記分光器で分光される光の波長を変化させる偏光変調法を用いて前記ボルトメータおよび前記ロックインアンプによりそれぞれ検出される電圧値を測定するための制御を行いそれぞれの測定値を前記記憶手段に記録する第2測定制御ステップと、
前記演算手段によって、
前記記憶手段に記憶された前記偏光変調法を用いた測定値に基づいて前記試料のカー回転角のスペクトルを算出する第2算出ステップと、
前記第2算出ステップで算出されたスペクトルにおけるカー回転角の値を、前記第1算出ステップにて算出されたカー回転角の絶対値に適合させる換算値を求め、前記スペクトルにおけるカー回転角の値に対して前記換算値をそれぞれ乗算することで、校正されたカー回転角のスペクトルを当該試料の磁気光学特性のスペクトルとして算出する第3算出ステップと、
を含んで実行することを特徴とする磁気光学スペクトル測定方法。
A light source arranged as a measurement system using a polarization modulation method for measuring a spectrum of a magneto-optical characteristic of a sample, a spectroscope, a first linearly polarizing plate, a photoelastic modulator, a magnetic field applying unit, and a second linearly polarized light A magneto-optical spectrum measurement method in a magneto-optical spectrum spectrometer comprising a plate, a light detection means, a voltmeter, a lock-in amplifier, a control means, a storage means, and a calculation means,
Each of the linear polarizing plates is a linear polarizing plate with a rotation mechanism that can be adjusted so that the angle of the polarization plane becomes a predetermined value by rotation,
By the control means,
In order to measure the voltage value detected by the voltmeter by using the rotating polarizer method in which the polarization modulation function of the photoelastic modulator is turned off and the angle of the polarization plane is changed in each linearly polarizing plate. And a first measurement control step for recording each measurement value for each angle of the polarization plane in the storage means,
By the computing means,
The absolute value of the Kerr rotation angle at the predetermined wavelength is calculated on the basis of the measured values for each angle of the polarization plane in each linearly polarizing plate using the rotating polarizer method stored in the storage means. A calculation step;
A correlation determination step of determining whether or not there is a correlation between an absolute value of a Kerr rotation angle at the predetermined wavelength and an angle of an incident light polarization plane that is a polarization plane in the first linear polarizing plate;
By the control means,
When it is determined that there is no correlation between the absolute value of the Kerr rotation angle and the angle of the incident light polarization plane, the polarization modulation function of the photoelastic modulator is turned on, and each linearly polarizing plate is turned to a predetermined angle. The measurement value is controlled by measuring the voltage value detected by the voltmeter and the lock-in amplifier using a polarization modulation method that changes the wavelength of light split by the spectroscope. A second measurement control step for recording the data in the storage means;
By the computing means,
A second calculation step of calculating a spectrum of the Kerr rotation angle of the sample based on a measurement value using the polarization modulation method stored in the storage unit;
A conversion value that matches the value of the Kerr rotation angle in the spectrum calculated in the second calculation step with the absolute value of the Kerr rotation angle calculated in the first calculation step is obtained, and the value of the Kerr rotation angle in the spectrum is obtained. A third calculation step for calculating the spectrum of the calibrated Kerr rotation angle as the spectrum of the magneto-optical characteristic of the sample by multiplying each of the conversion values by:
A magneto-optical spectrum measurement method comprising:
前記相関判別ステップにて、前記試料の面直方向に磁場が印加されたときの前記カー回転角の絶対値と前記入射光偏光面の角度との相関があると判定された場合、前記制御手段によって、
回転偏光子法を用いた測定において、前記試料に印加する磁場の方向を当該試料の面内であって光の入射面に平行な方向に設定して前記ボルトメータにより電圧値を測定する第3測定ステップを実行すると共に、
前記演算手段によって、
前記第3測定ステップにて測定された測定値からカー回転角の絶対値をそれぞれ算出する第4算出ステップと、
前記第3測定ステップにて測定された測定値を用いて算出されたカー回転角の絶対値と、前記入射光偏光面の角度との相関の有無を判別する第2相関判別ステップと、
この第2相関判別ステップにて相関があると判別された場合、前記試料の磁気光学効果には縦カー効果もしくは線二色性の寄与が含まれていると判定する起源判定ステップと、
を含んで実行することを特徴とする請求項4に記載の磁気光学スペクトル測定方法。
When it is determined in the correlation determination step that there is a correlation between the absolute value of the Kerr rotation angle when a magnetic field is applied in a direction perpendicular to the surface of the sample and the angle of the incident light polarization plane, the control means By
In the measurement using the rotating polarizer method, a voltage value is measured by the voltmeter by setting the direction of the magnetic field applied to the sample to be in the plane of the sample and parallel to the light incident surface. While performing the measurement step,
By the computing means,
A fourth calculation step of calculating an absolute value of the Kerr rotation angle from the measurement value measured in the third measurement step;
A second correlation determination step for determining whether or not there is a correlation between the absolute value of the Kerr rotation angle calculated using the measurement value measured in the third measurement step and the angle of the incident light polarization plane;
An origin determination step for determining that the magneto-optical effect of the sample includes a vertical Kerr effect or a contribution of linear dichroism when it is determined that there is a correlation in the second correlation determination step;
The magneto-optical spectrum measurement method according to claim 4, wherein the magneto-optical spectrum measurement method is performed.
前記起源判定ステップに続いて、さらに、前記制御手段によって、
回転偏光子法を用いた測定において、前記試料に印加する磁場の方向を当該試料の面内であって光の入射面の法線方向に設定して前記ボルトメータにより電圧値をそれぞれ測定する第4測定ステップを実行すると共に、
前記演算手段によって、
前記第4測定ステップにて測定された測定値からカー回転角の絶対値をそれぞれ算出する第5算出ステップと、
前記第4測定ステップにて測定された測定値を用いて算出されたカー回転角の絶対値と、前記入射光偏光面の角度との相関の有無を判別する第3相関判別ステップと、
この第3相関判別ステップにて相関があると判別された場合、前記縦カー効果の寄与が含まれているとの判定を覆し前記試料の磁気光学効果には線二色性の寄与が含まれていると判定する第2起源判定ステップと、
を含んで実行することを特徴とする請求項5に記載の磁気光学スペクトル測定方法。
Following the origin determination step, the control means further
In the measurement using the rotating polarizer method, the direction of the magnetic field applied to the sample is set in the normal direction of the light incident surface within the surface of the sample, and the voltage value is measured by the voltmeter. While performing 4 measurement steps,
By the computing means,
A fifth calculation step of calculating an absolute value of the Kerr rotation angle from the measurement value measured in the fourth measurement step;
A third correlation determination step for determining whether or not there is a correlation between the absolute value of the Kerr rotation angle calculated using the measurement value measured in the fourth measurement step and the angle of the incident light polarization plane;
If it is determined in the third correlation determination step that there is a correlation, the determination that the vertical Kerr effect contribution is included is reversed, and the magneto-optical effect of the sample includes a contribution of linear dichroism. A second origin determination step for determining that the
The magneto-optical spectrum measurement method according to claim 5, wherein the magneto-optical spectrum measurement method is performed.
請求項4ないし請求項6のいずれか一項に記載の磁気光学スペクトル測定方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。   The program for making a computer perform the magneto-optical spectrum measuring method as described in any one of Claims 4 thru | or 6.
JP2010273552A 2010-12-08 2010-12-08 Magneto-optical spectrum spectrometer, magneto-optical spectrum measuring method and program Expired - Fee Related JP5469590B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010273552A JP5469590B2 (en) 2010-12-08 2010-12-08 Magneto-optical spectrum spectrometer, magneto-optical spectrum measuring method and program

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010273552A JP5469590B2 (en) 2010-12-08 2010-12-08 Magneto-optical spectrum spectrometer, magneto-optical spectrum measuring method and program

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2012122835A JP2012122835A (en) 2012-06-28
JP5469590B2 true JP5469590B2 (en) 2014-04-16

Family

ID=46504422

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010273552A Expired - Fee Related JP5469590B2 (en) 2010-12-08 2010-12-08 Magneto-optical spectrum spectrometer, magneto-optical spectrum measuring method and program

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5469590B2 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2560148C1 (en) * 2014-05-08 2015-08-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки институт физики им. Л.В. Киренского Сибирского отделения Российской академии наук METHOD OF MEASURING MAGNETOOPTICAL EFFECTS in situ
JP6368880B1 (en) * 2018-03-02 2018-08-01 秋田県 Optical rotation measuring device
JP7290243B2 (en) 2019-03-29 2023-06-13 Tianma Japan株式会社 gas detector

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5753642A (en) * 1980-09-18 1982-03-30 Nippon Hoso Kyokai <Nhk> Magnetooptical effect measuring device
JP2004294293A (en) * 2003-03-27 2004-10-21 Neoark Corp Method for collectively observing and measuring optical characteristics of plurality of different samples
JP2007046943A (en) * 2005-08-08 2007-02-22 Tokyo Univ Of Agriculture & Technology Observation device, observation method, measuring method of angle of faraday rotation, measuring method of faraday ellipticity, measuring method of angle of carr rotation and measuring method of carr ellipticity
JP5261284B2 (en) * 2009-05-19 2013-08-14 日本放送協会 Magneto-optical spectrum measuring apparatus and magneto-optical spectrum measuring method
JP5297299B2 (en) * 2009-08-18 2013-09-25 日本放送協会 Magneto-optical property measuring apparatus and magneto-optical property measuring method

Also Published As

Publication number Publication date
JP2012122835A (en) 2012-06-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4556463B2 (en) Birefringence measuring device
JP3909363B2 (en) Spectral polarization measurement method
JP5972006B2 (en) Optical pumping magnetometer and magnetic force measuring method
JP2015021812A (en) Optically pumped magnetometer and optically pumped magnetic force measurement method
KR101267119B1 (en) Measuring instrument and measuring method
EP1397651B1 (en) Birefringence measurement at deep-ultraviolet wavelengths
WO2007111159A1 (en) Optical characteristic measuring device, optical characteristic measuring method, and optical characteristic measuring unit
JP5469590B2 (en) Magneto-optical spectrum spectrometer, magneto-optical spectrum measuring method and program
US20130021609A1 (en) Modulated ellipsometer for the determination of the properties of optical materials
JPH11211421A (en) Device and method for measuring line width
JP5361843B2 (en) Optical anisotropy evaluation method and evaluation apparatus
JP6805469B2 (en) Error correction method and two-dimensional ellipsometry, as well as error correction device and two-dimensional ellipsometry device
JP5747317B2 (en) Polarization measuring apparatus and polarization measuring method
JP6239335B2 (en) Circular dichroism measuring method and circular dichroic measuring device
JP4010760B2 (en) measuring device
JP2004184225A (en) Double refraction measuring instrument, method for detecting axial orientation of double refraction sample and method for calibrating the instrument
JP2006189411A (en) Measuring instrument and measuring method for phase delay
Vandendriessche et al. Photoelastic modulator non-idealities in magneto-optical polarization measurements
JP2713190B2 (en) Optical property measuring device
RU2560148C1 (en) METHOD OF MEASURING MAGNETOOPTICAL EFFECTS in situ
TW200928348A (en) Device for synchronous measurement of optical rotation angle and phase delay and method thereof
JP5289989B2 (en) Phase difference measuring device
JP2005003386A (en) Refractive index measuring instrument and refractive index measuring method
US7064841B2 (en) Method and arrangement for topographically characterizing a surface of a hard disk with distortion due to disk modes removed
Watkins A phase-stepped spectroscopic ellipsometer

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20130624

TRDD Decision of grant or rejection written
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20131226

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20140107

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20140131

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees