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时间分辨磁光学显微镜成像的不同需求与相关技术

发布时间:2023-10-13 11:55:13 浏览量:969 作者:Leon

摘要

克尔显微镜方法为实验室中快速磁化动力学的分析提供了几乎唯yi的可能性。频闪宽视场Kerr显微镜用于研究动态磁畴过程,与所有Kerr显微镜成像模式兼容。时间分辨克尔显微镜是在差分成像模式下进行的,改变了射频场激发和成像激光脉冲之间的相位。根据两种磁化状态在不同时间延迟下的差值计算出差值图像,从而在域响应图像中只能看到磁化状态的变化。

正文


时间分辨磁光显微镜成像的不同需求与相关技术


对时间分辨磁光学显微镜的不同观点出现了不同的成像选项,与所需的时间分辨率有关,以解决不同频率的磁化过程。相关要点有:


图1.(a)相机曝光时间为10μs,工作频率为50 Hz时,FeSi电工钢样品的单次Kerr图像。(b) 876 Hz时,LED脉冲宽度为10μs的磁场调制磁电传感器器件的频闪图像;(c) 0.516 MHz时,激光脉冲宽度为20 ns的电场调制磁电传感器的频闪图像。(d)在2 GHz磁场激励下,激光脉冲宽度为7 ps的CoFeB/Ru/CoFeB反点阵列中静磁自旋波模式的频频Kerr显微镜


激发频率为几到几赫兹的情况下,低频动态可以通过常规克尔显微镜设置实时可视化,因为使用曝光时间为10毫秒的相机系统是标准的。另一方面,使用脉冲LED照明光源,可以实现类似的时间分辨率。后者避免了相机系统中卷帘门的问题。实时成像的限制因素是相机的帧速率,而不是曝光时间。在提供足够光强的情况下,标准成像系统可以实现低至10μs的单次成像(图1a)。对于较低的光水平,频闪成像可以很容易地实现依靠脉冲LED照明。使用具有高磁光对比度的高速摄像机,可以实现高达500 Hz的连续检测成像。


使用门控图像增强器或脉冲LED照明的频闪技术可以对千赫兹磁化动力学进行zui佳成像(图1b)。两者都提供可变的重复率和连续可调的时间分辨率。然而,目前的LED光源被限制在大约几微秒的时间分辨率。如上所述,频闪成像需要磁化过程的至少部分可重复性。然而,在这个时间尺度内,使用可触发脉冲激光源进行单次成像是可能的。


兆赫波段的高频磁化动态可以通过使用门控图像增强器或脉冲激光系统的频闪技术进行成像。图像增强系统提供可变的重复率和连续灵活的时间分辨率到亚纳秒制度。选择合适的固态激光器,基于激光的系统也具有类似的灵活性,但与强化相机相比,在信噪比方面具有优势。通过使用脉冲激光源,可以在20 ns的时间尺度内实现单次成像(图1c)。


谐振频率动态在千兆赫及更大范围内只能通过使用脉冲激光系统进行频闪成像。时间分辨率是由激光脉冲定义的,在皮秒或飞秒范围内。为了达到zui高的时间分辨率,必须特别注意尽量减少显微镜系统的时间抖动。在磁激励和激光脉冲来自同一时钟信号的系统中,实现了zui佳的灵活性,因此被锁定在相位中。实际上,无抖动时间分辨力克尔显微镜与皮秒时间分辨率直接在连续的微波场激发下,这样的显微镜设置是可以成像的(图1d)。


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