Udvikling af magneto-optisk effektmåleanordning ved hjælp af dobbeltkamspektroskopi

Fig. 1 Blokdiagram over Faraday effektmålingssystem ved hjælp af dual-kam spektroskopi. Signalkammen (rød linje) passerer gennem prøven og overlejres med den lokale kam (blå linje). De lodrette og vandrette komponenter i interferenssignalet detekteres af de to optiske modtagere. Påføring af magnetfelt på prøven, Faraday-effekten (Faraday-rotationsvinkel) måles. Kredit:University of Electro-Communications, Kaoru Minoshima, og NEOARK

Professor Kaoru Minoshima fra University of Electro-Communications og NEOARK Corporation er lykkedes med at lave prototyper af en stærkt forbedret magneto-optisk effektmåleanordning som en del af ERATO MINOSHIMIA Intelligent Optical Synthesizer Project, under JSTs strategiske grundforskningsprogrammer. En udstilling af prototypeapparatet er planlagt til Science Photonics Fair 2019, der afholdes på Science Museum fra 12. til 14. november, 2019.

Dual-comb spektroskopi er en ny spektroskopi, der bruger to præcist kontrollerede ultrakorte pulslasere, kendt som optiske frekvenskamme (optiske kamme). Dobbeltkam-spektroskopi tilbyder store forbedringer i forhold til konventionel Fourier-spektroskopi på områder, herunder opløsning, følsomhed og måling af tid. Så langt, dual-comb spektroskopi er primært blevet brugt til gasspektroskopi. Projektet, der er det første i verden til at udvikle en solid fysisk egenskabsevalueringsteknologi ved hjælp af dobbeltkamspektroskopi, har demonstreret principperne i forskellige fysiske egenskabsmålinger.

Som et første skridt i udviklingen af praktiske anvendelser af teknikken, Professor Minoshima og hendes kolleger udviklede en magneto-optisk effektmåleanordning, der er i stand til at evaluere magnetiske materialers egenskaber. Prototypens optiske system og signaldetektionssystem blev forbedret for at opnå en måleydelse, der langt overstiger konventionelle målemetoder.

Prototypen opnåede store fremskridt i retning af praktisk anvendelse, med en magneto-optisk effekt måleopløsning på 0,01 grader, en bølgelængdeopløsning på 0,01 nanometer, i stand til højhastighedsmåling gennem batchmålinger af alle bølgelængdekomponenter. Prototypen er et desktop system, bestående af en måleenhed, en lyskilde med to kam, og en controller. Det genererede magnetfelt er maksimalt ± 10 kilo-Oersted.

Fig. 2 Magnetisk feltafhængighed af Faraday-rotationsvinklen målt af det dobbeltkammede magneto-optiske effektmålesystem. Magnetisk hysterese observeret i (a) bløde og (b) hårde magnetiske materialer ved brug af dobbeltkammesystemet. Røde og blå punkter er de målte data, når magnetfeltet øges og formindskes, henholdsvis. Kredit:University of Electro-Communications, Kaoru Minoshima, og NEOARK
Fig.3 Prototype af det dobbeltkammede magneto-optiske effektmålesystem. (a) Dobbeltkamet lyskilde med en bredde på 470 mm, en længde på 600 mm, en højde på 180 mm, og en vægt på 12 kg. (b) Måleenhed med en bredde på 260 mm, en længde på 360 mm, en højde på 400 mm, og en vægt på 35 kg. Maksimalt induceret magnetfelt er ± 10 kOe. Kredit:University of Electro-Communications, Kaoru Minoshima, og NEOARK

Desuden, baseret på den ovennævnte faste fysiske egenskabsvurderingsteknologi, forskerholdet udviklede også en prototypeanordning til måling af det komplekse brydningsindeks for faste stoffer. Et hovedtræk ved prototypen er dens evne til at måle lysets faseforskel ud over dets intensitetsforhold.

Måleapparater, der udnytter dobbeltkam-spektroskopi til magneto-optisk effektmåling og kompleks brydningsindeksmåling, forventes at blive vigtige nye værktøjer til præcis måling af polarisation og spektroskopi, og for den materielle udvikling. De vil fortsætte med udviklingen rettet mod kommercialisering i den nærmeste fremtid.

Sidste artikelNår den sidder fast i vand, bier skaber en bølge og flyver oven på den, undersøgelse finder

Næste artikelDen første højhastigheds lige bevægelse af magnetiske skyrmions ved stuetemperatur demonstreret