磁光测量设备制造技术

一种磁光测量设备，包括：光源；薄膜传感器，其包括磁性膜并且反射来自光源的光；磁场产生装置，其对薄膜传感器施加磁场；以及控制器。磁场产生装置被配置为向薄膜传感器交替地提供正磁场和负磁场。控制器被配置为：测量在正磁场下被薄膜传感器反射的光量；测量在负磁场下被薄膜传感器反射的光量；根据在正磁场下测量的值和在负磁场下测量的值，确定一个或多个回归公式；以及基于一个或多个回归公式确定特定输出值。特定输出值。特定输出值。

【技术实现步骤摘要】
磁光测量设备


[0001]本专利技术涉及磁光测量设备。

技术介绍

[0002]已经提出了放大并检测具有光学干涉结构的薄膜传感器的磁光效果的测量技术，以实现高灵敏度、高精度和可广泛应用的测量。通过堆叠磁性层、光学干涉层和反射层来获得光学干涉结构。例如，JP 2017-172993A公开了利用该测量技术的气体(氢)传感器，JP 6368880B公开了利用该测量技术的偏光计。这些专利文献中的每一个都提供了将周期性交变磁场施加到薄膜传感器的实施方式，从而描述使用通过克尔(Kerr)效应得到的输出(光量或偏振角)的环路来检测气体或旋光度的方法。
[0003]上述的测量技术需要测量在交替的不同磁场强度下被薄膜传感器反射的光。但是，由于磁场会随着时间变化并且在具有不同强度的磁场下进行测量会产生时滞，因此在具有不同强度的磁场下无法同时测量反射光。上述的测量方法用来自光源的光照射薄膜传感器并测量被薄膜传感器反射的光。因此，如果来自光源的光量在时滞内变化，则测量精度可能会降低。

技术实现思路

[0004]本专利技术的一个方面是一种磁光测量设备，包括：光源；薄膜传感器，其包括磁性膜并且被配置为反射来自光源的光；磁场产生装置，其被配置为对薄膜传感器施加磁场；以及控制器。磁场产生装置被配置为向薄膜传感器交替地提供正磁场和负磁场，以在磁性膜中交替地引起幅度相等但方向相反的正磁化和负磁化。控制器被配置为：在正磁场下在多个时刻测量被薄膜传感器反射的光量；在负磁场下在多个时刻测量被薄膜传感器反射的光量；根据在正磁场下在多个时刻测量的值和在负磁场下在多个时刻测量的值，确定一个或多个回归公式；并基于一个或多个回归公式确定特定输出值。
[0005]本专利技术的一个方面实现了更精确的磁光测量。
[0006]应当理解的是，前面的概述和下面的详细描述都是示例性和说明性的，并且不限制本专利技术。
附图说明
[0007]图1示意地示出了磁光测量设备的结构示例；
[0008]图2示出了薄膜传感器的层叠结构的示例；
[0009]图3示意地示出了磁场产生装置中的励磁电流的随时间变化的示例；
[0010]图4示意性地示出了交变磁场与反射光量之间的关系；
[0011]图5示出了克尔输出值与入射光的偏振角之间的关系的示例；
[0012]图6提供了通过ADC转换成数字信号的锁相放大器的输出的示例；
[0013]图7示出了控制器为了计算回归公式而被排除的测量时间段以及使用的测量时间
段；
[0014]图8示出了有效测量值与回归公式之间的关系的示例；
[0015]图9示出了在正磁场下实际测量的值、在负磁场下实际测量的值、基于适当的克尔输出值而计算出的零磁化下的预期测量值及其回归公式的示例；
[0016]图10示出了光源的驱动电流的随时间变化的示例；
[0017]图11提供了在休息足够长的时间的光源被接通并且在被切换到脉冲恒定电流驱动(50％的占空比)之前被提供有0秒至10秒的不同的DC点亮(老化)时间段的情况下光源输出的比较结果；
[0018]图12示出了在未点亮的半导体光源被点亮并用恒定电流驱动时的相对光量的随时间变化的示例；以及
[0019]图13示出了控制半导体光源使得从光检测器获取的值将是固定值时的相对光量的随时间变化的示例。
具体实施方式
[0020]在下文中，将参考附图描述本专利技术的实施方式。应当注意的是，实施方式仅是实现本专利技术的构想的示例，并且不限制本专利技术的技术范围。
[0021]概述
[0022]本文所述的磁光测量将具有相反方向的正磁场和负磁场交替地施加到包括磁性膜(磁性层)的薄膜传感器(感测元件)，以在磁性膜中交替地引起方向相反但幅度相等的正磁化和负磁化。这种测量方式测量在正磁场下被薄膜传感器反射的光的量以及在负磁场下被薄膜传感器反射的光的量，并从测量值获得磁性克尔效应的输出值(克尔输出值)。
[0023]本专利技术中的克尔输出值被定义为在薄膜传感器的磁化改变之后反射光的变化量与当薄膜传感器的磁化为零时反射光的量的比率，而不是反射光的变化量的绝对值。即使入射光的量改变，反射光的比例也不会改变，因此，测量不受来自光源的光量的绝对值的影响。
[0024]然而，为了达到零磁化状态，必须进行消磁处理，因为磁性材料通常具有残余的磁化。已知在本专利技术中使用的方法中，相对于在零磁化下的克尔效应，对称地发生正磁化下的克尔效应和负磁化下的克尔效应。因此，施加方向相反的相同强度的正磁化和负磁化时反射光量的平均值变得等于零磁化状态下的反射光量。为此，当施加方向相反的相同幅度的正磁化和负磁化时(即在正磁场和负磁场下)，通过测量反射光的量，可以获得克尔输出值。
[0025]但是，不能同时进行正磁场下的测量和负磁场下的测量。它们之间存在时滞。与此同时，由于薄膜传感器的层叠体内部的多重反射和干涉，与入射光相比，要测量的实际反射光极弱(约为入射光量的0.01％)。为了通过减少诸如外部光的噪声的影响来获得高S/N比，可以采用利用锁相放大器进行的同步测量。锁相放大器由于其结构而具有时间常数，因此，例如，在磁场反转之后需要一定的时间直到测量结果稳定。这可能是在不同磁场下的测量之间产生时滞的另一个原因。
[0026]通过采用反射光量的比例而实现的与来自光源的光量无关的前提是在正磁场和负磁场下的测量中来自光源的光量相同。为了更精确地测量，重要的是，在包括正磁场下的测量和负磁场下的测量的时间段中，来自光源的光量恒定。本文所述的磁光测量使用发射
具有尖光谱的光的半导体光源，例如激光二极管(LD)或发光二极管(LED)。半导体光源由于其特性在点亮后的一段时间内光量变化很大；它必须连续点亮相当长的时间，直到其输出足够稳定。
[0027]图12示出了未点亮的半导体光源被点亮并通过恒定电流驱动时的相对光量的随时间变化的示例。该相对光量在光源被点亮后紧接着开始下降，并逐渐接近一定值。其花费时间直到光量达到一定值并变得稳定。此外，在光源被点亮后，光量紧接着急剧变化(下降)。尽管该示例是关于在通过直流恒定电流驱动光源的情况下的光量，但是在通过脉冲恒定电流驱动光源的情况下的光量表现出相似的变化。
[0028]半导体光源可以与用于监控光源的输出的光检测器一起工作。可以控制半导体光源，使得从光检测器获取的值将是固定值。图13示出了在这种控制下的相对光量的随时间变化的示例。与之前的通过恒定电流驱动光源的情况的示例相反，光量在光源被点亮后紧接着开始增加，并逐渐接近一定值。该控制也需要花费时间直到光量达到一定值并变得稳定。为了在实验室中进行精确的测量，在开始测量之前，光源被驱动以稳定输出，然后连续点亮三十分钟到一小时。
[0029]等待光源输出的稳定会使开始测量的时间延迟，并且浪费电力，不利于测量。特别是如便携式设备那样的测量设备的电源受限的情况下，该电力消耗可能是很大的问题。下面描述的是，即使在来自光源的光量平缓变化的情况下，也可以从在正本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁光测量设备，包括：光源；薄膜传感器，所述薄膜传感器包括磁性膜并且被配置为反射来自所述光源的光；磁场产生装置，所述磁场产生装置被配置为对所述薄膜传感器施加磁场；以及控制器，其中，所述磁场产生装置被配置为向所述薄膜传感器交替地提供正磁场和负磁场，以在所述磁性膜中交替地引起幅度相等但方向相反的正磁化和负磁化，并且其中，所述控制器被配置为：在所述正磁场下在多个时刻测量被所述薄膜传感器反射的光量；在所述负磁场下在多个时刻测量被所述薄膜传感器反射的光量；根据在所述正磁场下在所述多个时刻测量的值和在所述负磁场下在所述多个时刻测量的值，确定一个或多个回归公式；以及基于所述一个或多个回归公式确定特定输出值。2.根据权利要求1所述的磁光测量设备，其中，所述正磁场和所述负磁场中的每一个使所述磁性膜的磁化饱和。3.根据权利要求1所述的磁光测量设备，其中，所述正磁场下的所述多个时刻包括用于施加所述正磁场的多个单位时间段内的时刻，并且其中，所述负磁场下的所述多个时刻包括用于施加所述负磁场的多个单位时间段内的时刻。4.根据权利要求1所述的磁光测量设备，其中，所述控制器被配置为：根据在所述正磁场下在所述多个时刻测量的值确定第一回归公式；根据在所述负磁场下在所述多个时刻测量的值确定第二回归公式；使用所述第一回归公式计算在特定时刻在所述正磁场下反射的光量的第一值；使用所述第二回归公式计算在所述特定时刻在所述负磁场下反射的光量的第二值；以及基于所述第一值和所述第二值确定所述特定输出值。5.根据权利要求1所述的磁光测量设备，其中，所述控制器被配置为：根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：世古畅哉，
申请(专利权)人：天马日本株式会社，
类型：发明
国别省市：