用于观察静态和动态磁畴行为的扫描激光显微镜系统

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用于观察静态和动态磁畴行为的扫描激光显微镜系统

一种多功能成像系统，能够观察各种应用的磁性行为，只要有可能，显微镜系统都应该是模块化的，这将使得成像系统具有灵活性，并允许为不同的应用添加或更改功能。这也是显微镜未来发展和应用的一个考虑因素，例如扫描近场磁光模块。为了使扫描激光显微镜同时具有静态和动态成像能力，光学系统采用高斯光束光学(静态模式)和傍轴光学(动态模式)。光学系统示意图如图1所示。

图1

为了在x-y平面上获得zui大的空间分辨率，激光束必须同时准直并填满zui终物镜的孔径。输出光束被扩展，空间滤波，然后聚焦到AO调制器(AOM)。AOM的上升时间与光斑大小成正比。然后光束通过一系列中继透镜(稍后描述)产生准直光束，该光束填充物镜的孔径，在样品表面产生衍射限制斑。

为了使扫描激光显微镜同时具有静态和动态成像能力，光学系统采用高斯光束光学(静态模式)和傍轴光学(动态模式)。光学系统示意图如图1所示。然后通过使用精密x-y级移动样品来完成静态成像，几何或近轴光学用于将SMI镜像到SM2上，从而将该对镜像到物镜的后焦平面上。激光光斑现在可以在样品表面进行x-y扫描。然后，在返回的激光束到达探测器之前，使用进一步的中继光学对其进行反扫描。

当动态成像时，AOM和单个扫描镜通过控制软件同步。激光束被AOM“阻挡”，扫描镜开启。就在激光束将处于其正常入射位置之前，AOM被触发，光脉冲被扫描穿过x平面的表面。

显微镜的设计目的是在空间和时间上观察磁性结构的动力学。这可以通过相对于磁结构的重复激发缓慢地相位改变光学或电子采样的瞬间来实现。例如，将磁性装置放置在循环磁场中，激光脉冲和随后的数据捕获被定时-或磁场周期中的特定点。另一种模式将使用氩离子激光来模拟MO磁盘上的比特写入过程。然后，在写入过程中的特定时间，使用ccd相机和反射光(来自脉冲激光束)同时实时成像到光电探测器上。进一步的工作将使用扫描近场模块对磁性结构随时间的变化进行成像，其空间分辨率将大大提高，即低于衍射极限。

静态磁图像是由三种克尔磁光效应中的任何一种产生的。偏振入射光由快速脉冲(2-3纳秒)氮化染料激光器产生，照亮整个观察场，或者由氩离子激光器产生，在衍射限制的扫描点共聚焦模式下工作。两种激光器都是波长可调的。在第二种情况下，通过对被成像的样品在激光光斑下进行光栅扫描，或者使用伺服安装的镜子对激光束本身进行扫描。然后用象限光电探测器检测返回的光，其中有许多成像模式是可能的。冷却CCD相机允许对样品进行全方位低电平直接成像，如果有必要，可以在几帧上集成以获得更好的噪声性能。

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