JP2822280B2 - Near-field scanning microscope for magnetic domain observation - Google Patents
Near-field scanning microscope for magnetic domain observationInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、磁区観察用近接場走査
型顕微鏡に関し、特に偏光依存ピックアップ手段を用い
ることにより磁性体中を透過した光または磁性体により
反射した光の偏光方向の変化を検出する高分解能の磁区
観察用光学顕微鏡に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a near-field scanning microscope for observing a magnetic domain, and more particularly, to the use of a polarization-dependent pickup means to change the polarization direction of light transmitted through or reflected by a magnetic material. The present invention relates to a high-resolution optical microscope for magnetic domain observation to be detected.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、磁気テープあるいは磁気ディスク
などにおける磁区観察を行なうための光学顕微鏡とし
て、偏光顕微鏡が知られている。偏光顕微鏡は試料中を
光が透過する時該試料中の磁場の強さなどに比例して照
明光の偏光方向が回転するいわゆるファラデー効果や、
試料表面で光が反射する時該試料の磁場に応じて反射光
の偏光方向が回転するいわゆる磁気カー効果を利用した
ものであり、大きな磁区については観察が可能であっ
た。2. Description of the Related Art Conventionally, a polarizing microscope has been known as an optical microscope for observing magnetic domains on a magnetic tape or a magnetic disk. The polarization microscope is a so-called Faraday effect in which the polarization direction of the illumination light rotates in proportion to the strength of the magnetic field in the sample when light passes through the sample,
This utilizes the so-called magnetic Kerr effect in which the direction of polarization of the reflected light rotates according to the magnetic field of the sample when light is reflected on the surface of the sample. Observation was possible for large magnetic domains.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
偏光顕微鏡においては、照明に使用される光の回折限界
によりその分解能が制限され、高々λ/4程度の分解能
しか得ることができないという不都合があった。これ
は、照明光として例えばλ=500nmのものを使用し
た場合には、分解能の理論限界は125nmにすぎず、
実際にはこの理論限界値125nmを達成することは困
難であった。そして、現在実際に使用されている磁性体
中に形成される磁区の大きさは10nm〜1μmのオー
ダーとなっており、前記従来の偏光顕微鏡の分解能では
十分であるとは言えなかった。However, in such a polarizing microscope, the resolution is limited by the diffraction limit of the light used for illumination, and there is a disadvantage that a resolution of only about λ / 4 can be obtained at most. there were. This means that, for example, when illumination light of λ = 500 nm is used, the theoretical limit of resolution is only 125 nm, and
In practice, it has been difficult to achieve this theoretical limit of 125 nm. The size of the magnetic domain formed in the magnetic material actually used at present is on the order of 10 nm to 1 μm, and the resolution of the conventional polarizing microscope cannot be said to be sufficient.
【0004】本発明の目的は、前述の従来例の装置にお
ける問題点に鑑み、照明光の波長により制限されること
なく高い分解能を達成できる磁区観察用近接場走査型顕
微鏡を提供することにある。An object of the present invention is to provide a magnetic field observing near-field scanning microscope capable of achieving high resolution without being limited by the wavelength of illumination light, in view of the above-mentioned problems in the conventional apparatus. .
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】本発明に係わる磁区観察
用近接場走査型顕微鏡(すなわち、磁区観察用NFM)
の内透過型のものは、試料裏面から直線偏光の光を照射
する光照射手段と、前記試料に対し相対的に走査可能で
ありかつ試料表面におけるエバネセント波の偏光の回転
角の変化を検出する偏光依存ピックアップ手段とを具備
することを特徴とする。SUMMARY OF THE INVENTION A near-field scanning microscope for observing magnetic domains according to the present invention (ie, NFM for observing magnetic domains).
The inner transmission type is a light irradiation means for irradiating linearly polarized light from the back surface of the sample, and is capable of scanning relative to the sample and detects a change in the rotation angle of the polarization of the evanescent wave on the sample surface. A polarization-dependent pickup means.
【0006】このような磁区観察用近接場走査型顕微鏡
においては、さらに、前記試料に対し相対的に走査可能
であり、試料表面におけるエバネセント波の強度を検出
する第2のピックアップ手段を設け、該第2のピックア
ップ手段の出力を用いて試料表面の形状による前記偏光
依存ピックアップ手段の出力信号強度の変化を補正する
と好都合である。In such a near-field scanning microscope for magnetic domain observation, second pickup means is provided which is capable of scanning relative to the sample and detects the intensity of the evanescent wave on the sample surface. Conveniently, the output of the second pickup means is used to correct the change in the output signal intensity of the polarization dependent pickup means due to the shape of the sample surface.
【0007】さらに、前記偏光依存ピックアップ手段と
前記試料とを相対的に回動させる手段と、該回動により
生ずる前記偏光依存ピックアップ手段の出力信号強度の
変化から磁化の向きを検出する手段とを設けることもで
きる。[0007] Further, the polarization dependent pickup means and means for relatively rotating the sample, and means for detecting the direction of magnetization from the change in the output signal intensity of the polarization dependent pickup means caused by the rotation. It can also be provided.
【0008】本発明によれば、さらに、反射型の磁区観
察用近接場走査型顕微鏡が提供され、該顕微鏡は、直線
偏光の光を出力する光源手段と、試料に対して相対的に
走査可能であり、前記光源手段から出力される光の波長
よりも小なる開口を有し、前記光源手段からの光を受け
入れ前記開口を通して試料を照射するとともに、この照
射による試料表面からの反射により再び前記開口を通し
て戻る光の偏光の回転角の変化を検出する偏光依存ピッ
クアップ手段とを具備することを特徴とする。According to the present invention, there is further provided a reflection-type near-field scanning microscope for observing a magnetic domain, wherein the microscope is capable of scanning linearly polarized light with respect to a sample and light source means for outputting linearly polarized light. Having an opening smaller than the wavelength of the light output from the light source means, receiving light from the light source means and irradiating the sample through the opening, and reflecting the light from the sample surface due to this irradiation again. A polarization-dependent pick-up means for detecting a change in the rotation angle of the polarization of the light returning through the aperture.
【0009】また、前記反射型磁区観察用近接場走査型
顕微鏡において、前記試料に対し相対的に走査可能であ
り、前記光源手段から出力される光の波長よりも小なる
開口を有し、前記光源手段よりの光を受け入れこの開口
を通して試料を照射するとともに、この照射による試料
表面からの反射により再び前記開口を通して戻る光の強
度を検出する第2のピックアップ手段を設け、該第2の
ピックアップ手段の出力を用いて試料表面の形状による
前記偏光依存ピックアップ手段の出力信号強度の変化を
補正するよう構成すると好都合である。In the near-field scanning microscope for observing reflection magnetic domains, the sample can be relatively scanned with respect to the sample, and has an aperture smaller than the wavelength of light output from the light source means. A second pickup unit for receiving light from the light source unit and irradiating the sample through the opening, and detecting the intensity of light returning through the opening again by reflection from the sample surface due to the irradiation; It is convenient to use the output to correct the change in the output signal intensity of the polarization dependent pickup means due to the shape of the sample surface.
【0010】さらに、前記反射型磁区観察用近接場走査
型顕微鏡において、前記偏光依存ピックアップ手段と試
料とを相対的に回動させる手段と、該回動により生ずる
前記偏光依存ピックアップ手段の出力信号強度の変化か
ら磁化の向きを検出する手段とを設けることもできる。Furthermore, in the near-field scanning microscope for reflecting magnetic domain observation, a means for relatively rotating the polarization dependent pickup means and the sample, and an output signal intensity of the polarization dependent pickup means caused by the rotation. And means for detecting the direction of magnetization from the change in
【0011】[0011]
【作用】上記構成に係わる透過型磁区観察用NFMにお
いては、試料裏面から照射された直線偏光の光により、
試料表面からエバネセント波が放出されるが、このエバ
ネセント波の偏光方向は試料の磁化に応じて回転する。
従って、偏光依存ピックアップ手段により偏光方向に応
じた出力を取り出すことにより、試料上の各点における
磁化の大きさおよび有無が検出される。このような磁化
の状態の検出を前記偏光依存ピックアップ手段を試料に
対し走査することにより試料上の各点において求めるこ
とにより、試料の各部の磁化の有無などが観察できる。In the transmission type magnetic domain observation NFM according to the above configuration, the linearly polarized light radiated from the back surface of the sample causes
An evanescent wave is emitted from the surface of the sample, and the polarization direction of the evanescent wave rotates according to the magnetization of the sample.
Therefore, the magnitude and presence / absence of the magnetization at each point on the sample are detected by taking out the output corresponding to the polarization direction by the polarization dependent pickup means. By detecting such a state of magnetization at each point on the sample by scanning the sample with the polarization-dependent pickup means, it is possible to observe the presence or absence of magnetization of each part of the sample.
【0012】また、この場合試料表面におけるエバネセ
ント波の強度を検出する第2のピックアップ手段によっ
て、試料表面の形状による前記偏光依存ピックアップ手
段の出力信号強度の変化を補正することにより、試料表
面の形状に影響されることなく適確に磁区観察を行なう
ことができる。In this case, the change in the output signal intensity of the polarization dependent pickup means due to the shape of the sample surface is corrected by the second pickup means for detecting the intensity of the evanescent wave on the sample surface. The magnetic domain observation can be accurately performed without being affected by the magnetic field.
【0013】さらに、前記偏光依存ピックアップ手段と
前記試料とを相対的に回動させ、例えば前記偏光依存ピ
ックアップ手段の出力が最大になる点を求めることによ
り試料上の各点における磁化の方向をも検出できる。Further, the polarization dependent pickup means and the sample are relatively rotated, and for example, a point at which the output of the polarization dependent pickup means is maximized is determined to determine the direction of magnetization at each point on the sample. Can be detected.
【0014】さらに、上記構成に係わる反射型磁区観察
用NFMにおいては、前記光源手段から出力された直線
偏光の光が前記偏光依存ピックアップ手段の光の波長よ
りも小なる開口からエバネセント波として試料に照射さ
れる。そして、試料から反射されたエバネセント波を再
び前記偏光依存ピックアップ手段の開口を通して取込み
検出する。これにより、試料の磁化に応じて前記エバネ
セント波の偏光方向が回転し、偏光依存ピックアップ手
段の出力には試料の磁化に応じた出力が得られる。この
ような出力を試料上の各点において得ることにより、試
料の磁区を観察することが可能になる。Further, in the reflection type magnetic domain observation NFM according to the above configuration, the linearly polarized light output from the light source means is transmitted to the sample as an evanescent wave from an aperture smaller than the light wavelength of the polarization dependent pickup means. Irradiated. Then, the evanescent wave reflected from the sample is taken in again through the opening of the polarization dependent pickup means and detected. Thereby, the polarization direction of the evanescent wave is rotated according to the magnetization of the sample, and an output corresponding to the magnetization of the sample is obtained as the output of the polarization dependent pickup means. By obtaining such an output at each point on the sample, it becomes possible to observe the magnetic domains of the sample.
【0015】また、反射型磁区観察用NFMにおいて
も、前記光源手段から出力される光を受け入れこれを光
の波長よりも小なる開口を介して試料に照射しかつこの
試料からの反射光を再び該開口を通して検出する第2の
ピックアップ手段を用いて試料表面の形状に応じた出力
信号を得ることができる。そして、この出力信号を用い
て前記偏光依存ピックアップ手段の出力信号強度の試料
表面の形状による変化を補正することにより、試料表面
の形状による影響を受けることなくより適確な磁区観察
を行なうことができる。Also, in the reflection type NFM for magnetic domain observation, the light output from the light source means is received and irradiated on the sample through an aperture smaller than the wavelength of the light, and the reflected light from the sample is again reflected. An output signal corresponding to the shape of the sample surface can be obtained using the second pickup means for detecting through the opening. Then, by using this output signal to correct the change in the output signal intensity of the polarization dependent pickup means due to the shape of the sample surface, more accurate magnetic domain observation can be performed without being affected by the shape of the sample surface. it can.
【0016】また、同様にして前記偏光依存ピックアッ
プ手段と試料とを相対的に回動させ、例えば該回動によ
り生ずる前記偏光依存ピックアップ手段の出力が最大に
なる方向を求めることにより、試料の磁化の方向を検出
することができる。In the same manner, the polarization dependent pickup means and the sample are relatively rotated, and for example, the direction in which the output of the polarization dependent pickup means caused by the rotation is maximized is determined, thereby obtaining the magnetization of the sample. Can be detected.
【0017】[0017]
【実施例】次に、本発明の実施例に係わる磁区観察用N
FMにつき説明するに先だち、図3を参照して一般的な
透過型NFMの原理につき説明する。図3に示す透過型
NFMにおいては、試料1をXYステージ3上に載置
し、この試料にレーザ光源5からの光を音響光学セル
7、レンズ9、反射鏡11、プリズム13を介して試料
1に照射する。この場合、試料1に照射された光が試料
内で全反射するような角度、すなわち臨界角以上の入射
角で光を照射する。これにより、試料1の表面上には試
料1からの距離に応じて急速に減衰するエバネセント波
が生ずる。この時、試料1表面にZ方向駆動装置15に
取付けられた光ファイバからなるピックアップ17を近
接させるとピックアップ17の光ファイバ中には前記エ
バネセント波の強度すなわち試料1からの距離に応じた
光が導入され、この光が光ファイバ19を介して同期検
波器21により検出されプロッタまたは表示装置23に
印加される。なお、同期検波器21および前記音響光学
セル7には変調器25から同期した信号が供給されてい
る。Next, a magnetic domain observation N according to an embodiment of the present invention will be described.
Before describing the FM, the principle of a general transmission type NFM will be described with reference to FIG. In the transmission type NFM shown in FIG. 3, a sample 1 is placed on an XY stage 3, and light from a laser light source 5 is applied to the sample via an acousto-optic cell 7, a lens 9, a reflecting mirror 11, and a prism 13. Irradiate 1 In this case, the light is irradiated at an angle at which the light applied to the sample 1 is totally reflected within the sample, that is, at an incident angle equal to or greater than the critical angle. As a result, an evanescent wave that attenuates rapidly according to the distance from the sample 1 is generated on the surface of the sample 1. At this time, when a pickup 17 composed of an optical fiber attached to the Z-direction driving device 15 is brought close to the surface of the sample 1, light corresponding to the intensity of the evanescent wave, that is, the distance from the sample 1 is generated in the optical fiber of the pickup 17. The light is introduced, detected by a synchronous detector 21 via an optical fiber 19, and applied to a plotter or a display device 23. A synchronous signal is supplied from the modulator 25 to the synchronous detector 21 and the acousto-optic cell 7.
【0018】従って、制御部27の働きによりXYステ
ージ3をピックアップ17に対して相対的に走査させる
と、ピックアップ17から試料1表面の形状に応じた出
力が得られ、プロッタまたは表示装置23において試料
表面の形状を表示することが可能になる。なお、XYス
テージ3によって試料1を移動させる代わりに、ピック
アップ17を固定された試料1表面に沿って移動させる
ことも可能である。Accordingly, when the XY stage 3 is caused to scan relative to the pickup 17 by the operation of the control unit 27, an output corresponding to the shape of the surface of the sample 1 is obtained from the pickup 17, and the sample is displayed on the plotter or display device 23. It becomes possible to display the shape of the surface. Instead of moving the sample 1 by the XY stage 3, the pickup 17 can be moved along the surface of the fixed sample 1.
【0019】図1は、本発明の第1の実施例に係わる透
過型磁区観察用NFMの概略の構成を示す。同図の装置
は、試料31を載置して光を照射するためのプリズム3
3、レーザ光源35、ビーム拡大器37、偏光依存ピッ
クアップ39、偏光依存ピックアップ39に設けられた
フォトマルチプライヤ41およびXYZステージ43、
ファイバピックアップ45、ファイバピックアップ45
に設けられたフォトマルチプライヤ47およびXYZス
テージ49、XYZドライブ回路51および53、表示
回路55、ディスプレイ装置57、マイクロコンピュー
タ59などによって構成される。FIG. 1 shows a schematic configuration of a transmission type magnetic domain observation NFM according to a first embodiment of the present invention. The apparatus shown in FIG. 1 includes a prism 3 for placing a sample 31 and irradiating light.
3, laser light source 35, beam expander 37, polarization dependent pickup 39, photomultiplier 41 and XYZ stage 43 provided in polarization dependent pickup 39,
Fiber pickup 45, fiber pickup 45
, A photomultiplier 47 and an XYZ stage 49, XYZ drive circuits 51 and 53, a display circuit 55, a display device 57, a microcomputer 59, and the like.
【0020】プリズム33は試料31を載置して該試料
に臨界角以上の入射角で直線偏光の光を照射するための
ものである。偏光依存ピックアップ39は、偏波面保存
光ファイバの先端部に光の波長より小さな開口を設けた
もので構成され、他端にフォトマルチプライヤ41が光
学的に結合されており、該フォトマルチプライヤ41の
出力は表示回路55に入力されている。また、ファイバ
ピックアップ45は通常の光ファイバの先端部に光の波
長より小なる開口を設けたものであり、その他端には別
のフォトマルチプライヤ47が光学的に結合されてい
る。フォトマルチプライヤ47の出力はXYZドライブ
回路53に供給されている。XYZドライブ回路53は
ファイバピックアップ45のためのXYZステージ49
を駆動するものである。なお、他のXYZドライブ回路
51は偏光依存ピックアップ39のためのXYZステー
ジ43を駆動する。これら各XYZドライブ回路51,
53はマイクロコンピュータ59に結合されている。The prism 33 mounts the sample 31 and irradiates the sample with linearly polarized light at an incident angle equal to or greater than the critical angle. The polarization-dependent pickup 39 is configured by providing an opening smaller than the wavelength of light at the tip of the polarization-maintaining optical fiber, and a photomultiplier 41 is optically coupled to the other end. Are input to the display circuit 55. The fiber pickup 45 has an opening smaller than the wavelength of light at the tip of a normal optical fiber, and another photomultiplier 47 is optically coupled to the other end. The output of the photomultiplier 47 is supplied to the XYZ drive circuit 53. The XYZ drive circuit 53 includes an XYZ stage 49 for the fiber pickup 45.
Is to be driven. The other XYZ drive circuit 51 drives the XYZ stage 43 for the polarization dependent pickup 39. Each of these XYZ drive circuits 51,
53 is connected to a microcomputer 59.
【0021】図1の構成に係わる透過型NFMにおいて
は、レーザ光源35から直線偏光の光が出力され、この
光がビーム拡大器37によって幅の広い光ビームとなり
プリズム33を介して試料31を裏面から照射する。こ
の場合、試料31に照射される光は試料31の臨界角以
上の入射角で照射されるから、試料31の表面で全反射
をして再びプリズム33を介し外部に射出される。これ
により、試料31の表面上には試料1からの距離に応じ
て急速に減衰するエバネセント波が発生する。このエバ
ネセント波は、偏光依存ピックアップ39によって検出
されるが、偏光依存ピックアップ39に用いられている
偏波面保存ファイバは、特定の偏光面の光のみを透過す
る偏光板の働きをなす。また、試料31から放出される
エバネセント波は、ファラデー効果により試料31の磁
化に応じてその偏光面が回転したものとなるから、偏光
依存ピックアップ39から試料31の磁化の強さに応じ
た出力が得られ、この出力がフォトマルチプライヤ41
によって増倍されかつ光電変換されて表示回路55に供
給される。従って、偏光依存ピックアップ39をXYZ
ステージ43により試料31の表面に沿って走査するこ
とにより試料各部の磁化の強さに対応する信号が得ら
れ、これを表示回路55を介してディスプレイ57で同
期して表示することにより、試料31表面の磁化の強度
または有無に対応する映像を表示することができる。In the transmission type NFM according to the configuration shown in FIG. 1, linearly polarized light is output from a laser light source 35, and this light is turned into a wide light beam by a beam expander 37, and the sample 31 is placed on the back surface through a prism 33. Irradiate from In this case, since the light applied to the sample 31 is applied at an incident angle equal to or greater than the critical angle of the sample 31, the light is totally reflected on the surface of the sample 31 and is emitted to the outside again via the prism 33. As a result, an evanescent wave that attenuates rapidly according to the distance from the sample 1 is generated on the surface of the sample 31. The evanescent wave is detected by the polarization-dependent pickup 39, and the polarization-maintaining fiber used in the polarization-dependent pickup 39 functions as a polarizing plate that transmits only light of a specific polarization plane. Further, the evanescent wave emitted from the sample 31 has its polarization plane rotated in accordance with the magnetization of the sample 31 due to the Faraday effect, so that an output corresponding to the intensity of the magnetization of the sample 31 is output from the polarization dependent pickup 39. This output is obtained from the photomultiplier 41.
Are multiplied and photoelectrically converted and supplied to the display circuit 55. Therefore, the polarization dependent pickup 39 is
By scanning along the surface of the sample 31 by the stage 43, a signal corresponding to the magnetization intensity of each part of the sample is obtained, and this is synchronously displayed on the display 57 via the display circuit 55, whereby the sample 31 is displayed. An image corresponding to the intensity or presence or absence of the surface magnetization can be displayed.
【0022】上記動作において、ファイバピックアップ
45もXYZステージ49により試料31の表面に沿っ
て走査され、試料表面各部のエバネセント波の強度に対
応する信号を検出する。この信号はフォトマルチプライ
ヤ47により増倍されかつ光電変換されてXYZドライ
ブ回路53に供給される。XYZドライブ回路53は、
XYZステージ49によってファイバピックアップ45
の試料31表面からの距離をも調整し、ファイバピック
アップ45の出力が一定になるように制御する。そし
て、このようにしてXYZステージ49を制御するため
の制御信号に対応する信号、すなわち試料表面からの距
離に対応する信号、がXYZドライブ回路53からマイ
クロコンピュータ59に入力される。このような信号は
ファイバピックアップ45を試料31の表面に沿ってX
Y方向に走査しながらすべての点について検出されかつ
マイクロコンピュータ59に入力される。In the above operation, the fiber pickup 45 is also scanned along the surface of the sample 31 by the XYZ stage 49, and detects a signal corresponding to the intensity of the evanescent wave on each part of the sample surface. This signal is multiplied by the photomultiplier 47, photoelectrically converted, and supplied to the XYZ drive circuit 53. The XYZ drive circuit 53
Fiber pickup 45 by XYZ stage 49
The distance from the surface of the sample 31 is also adjusted, and the output of the fiber pickup 45 is controlled to be constant. Then, a signal corresponding to the control signal for controlling the XYZ stage 49, that is, a signal corresponding to the distance from the sample surface, is input from the XYZ drive circuit 53 to the microcomputer 59. Such a signal causes the fiber pickup 45 to move along the surface of the sample 31 by X
While scanning in the Y direction, all points are detected and input to the microcomputer 59.
【0023】マイクロコンピュータ59は、XYZドラ
イブ回路53から入力される試料31上の各部の前記制
御信号に基づき作成した補正信号をXYZドライブ回路
51に入力し、XYZドライブ回路51はこの補正信号
に基づきXYZステージ43のZ方向の高さ、すなわち
試料31表面から偏光依存ピックアップ39先端までの
距離を補正する。これにより、偏光依存ピックアップ3
9の出力は、試料31の表面の凹凸形状による信号強度
の変化を除去したものとなり、磁化に関するデータのみ
をピックアップすることができる。The microcomputer 59 inputs to the XYZ drive circuit 51 a correction signal generated based on the control signals of the respective parts on the sample 31 input from the XYZ drive circuit 53, and the XYZ drive circuit 51 receives the correction signal based on the correction signal. The height of the XYZ stage 43 in the Z direction, that is, the distance from the surface of the sample 31 to the tip of the polarization dependent pickup 39 is corrected. Thereby, the polarization dependent pickup 3
The output of No. 9 is obtained by removing the change in the signal intensity due to the uneven shape of the surface of the sample 31, and it is possible to pick up only the data relating to the magnetization.
【0024】なお、図1の構成において、偏光依存ピッ
クアップ39の偏波面はレーザ光源31から照射される
光の偏光面と直交させると好都合である。すなわち、こ
の場合は、試料31に磁化がない場合には偏光依存ピッ
クアップ39からは信号が検出されなくなり、直流成分
のない信号対雑音比(S/N)の良好な観測を行なうこ
とができる。In the configuration shown in FIG. 1, it is convenient that the plane of polarization of the polarization dependent pickup 39 is perpendicular to the plane of polarization of the light emitted from the laser light source 31. That is, in this case, when the sample 31 has no magnetization, no signal is detected from the polarization dependent pickup 39, and a good signal-to-noise ratio (S / N) observation without a DC component can be performed.
【0025】また、以上の方法により試料31の磁化の
強度あるいは有無を測定できるが、磁化の向きを測定す
る場合には、XYZステージ43により、あるいは試料
31を回動する手段を用いて、試料31に対して偏光依
存ピックアップ39を相対的に回転させ、偏光依存ピッ
クアップ39の出力の変化から磁化の向きを検出する。
すなわち、例えば偏光依存ピックアップ39の出力が最
大になる角度を求めることにより磁化の向きを検出する
ことができる。このときの最大信号強度を試料の表面形
状を観察するのに用い、最大信号強度の得られる偏光依
存ファイバの回転角から、磁化の強度および向きを得る
ことができる。従ってこの場合は表面形状測定用ファイ
バプローブを設ける必要がなく、装置の簡略化ができ
る。Further, the intensity or presence or absence of the magnetization of the sample 31 can be measured by the above method. When the direction of the magnetization is measured, the sample 31 is rotated by the XYZ stage 43 or by means for rotating the sample 31. The polarization dependent pickup 39 is relatively rotated with respect to 31, and the direction of magnetization is detected from a change in the output of the polarization dependent pickup 39.
That is, for example, the direction of the magnetization can be detected by obtaining the angle at which the output of the polarization-dependent pickup 39 is maximized. The maximum signal intensity at this time is used to observe the surface shape of the sample, and the intensity and direction of the magnetization can be obtained from the rotation angle of the polarization-dependent fiber at which the maximum signal intensity is obtained. Therefore, in this case, there is no need to provide a fiber probe for surface shape measurement, and the apparatus can be simplified.
【0026】図2は本発明の別の実施例としての反射型
磁区観察用NFMの概略の構成を示す。同図のNFMに
おいては、試料台61上に置かれた試料63を走査する
ために偏光依存ピックアップ65およびファイバピック
アップ67が使用される。これらの偏光依存ピックアッ
プ65および通常のファイバピックアップ67の試料側
先端部はそれぞれ照明光の光の波長よりも小さな開口を
有している。偏光依存ピックアップ65は図1のものと
同様に偏波面保存ファイバによって構成され、XYZス
テージ69によって駆動される。偏光依存ピックアップ
65の他端にはハーフミラー71を介してフォトマルチ
プライヤ73および、レーザ光源75からの照明光学系
と結合されている。レーザ光源75の出力光学路にはハ
ーフミラー77および反射鏡79が設けられており、偏
光依存ピックアップ65のハーフミラー71にはこれら
のハーフミラー77および反射鏡79を含む光学路を介
して直線偏光の光が入射する。通常のファイバピックア
ップ67にも駆動用のXYZステージ81が設けられて
おり、かつ該ファイバピックアップ67の他端にはハー
フミラー83を介してフォトマルチプライヤ85が光学
的に結合されている。ハーフミラー83には前記ハーフ
ミラー77を介してレーザ光源75からの照明光が入射
するよう構成されている。FIG. 2 shows a schematic configuration of a reflection type magnetic domain observation NFM as another embodiment of the present invention. In the NFM shown in the figure, a polarization dependent pickup 65 and a fiber pickup 67 are used to scan a sample 63 placed on a sample table 61. The sample-side tips of the polarization-dependent pickup 65 and the ordinary fiber pickup 67 have openings smaller than the wavelength of the illumination light. The polarization-dependent pickup 65 is constituted by a polarization-maintaining fiber as in FIG. 1 and is driven by an XYZ stage 69. The other end of the polarization dependent pickup 65 is connected via a half mirror 71 to a photomultiplier 73 and an illumination optical system from a laser light source 75. The output optical path of the laser light source 75 is provided with a half mirror 77 and a reflecting mirror 79, and the half mirror 71 of the polarization-dependent pickup 65 is linearly polarized through the optical path including the half mirror 77 and the reflecting mirror 79. Light is incident. An ordinary fiber pickup 67 is also provided with a driving XYZ stage 81, and a photomultiplier 85 is optically coupled to the other end of the fiber pickup 67 via a half mirror 83. The half mirror 83 is configured to receive illumination light from a laser light source 75 via the half mirror 77.
【0027】偏光依存ピックアップ65およびファイバ
ピックアップ67のためのXYZステージ69および8
1は、それぞれ、XYZドライブ回路87および89の
出力に接続されている。また、フォトマルチプライヤ7
3の出力は図1の装置におけるものと同様の表示回路9
1に接続され、他のフォトマルチプライヤ85の出力は
XYZドライブ回路89に入力されている。XYZドラ
イブ回路89の出力はマイクロコンピュータ93にも入
力され、かつXYZドライブ回路87にはマイクロコン
ピュータ93から駆動用の制御信号が入力される。ま
た、表示回路91の出力はディスプレイ装置95に接続
されている。XYZ stages 69 and 8 for polarization dependent pickup 65 and fiber pickup 67
1 are connected to the outputs of the XYZ drive circuits 87 and 89, respectively. Also, the photomultiplier 7
The output of 3 is a display circuit 9 similar to that in the device of FIG.
1 and the output of the other photomultiplier 85 is input to the XYZ drive circuit 89. The output of the XYZ drive circuit 89 is also input to the microcomputer 93, and a control signal for driving is input to the XYZ drive circuit 87 from the microcomputer 93. The output of the display circuit 91 is connected to the display device 95.
【0028】図2の装置においては、レーザ光源75か
ら出力される直線偏光の光がハーフミラー77および反
射鏡79を介し、さらにハーフミラー71を通り偏光依
存ピックアップ65のファイバ部分を通り先端の開口か
らエバネセント波として射出され試料63に照射され
る。そして、試料63の表面で反射されて戻ってきた光
は試料63の磁化に応じていわゆる磁気カー効果により
その偏波面が回転している。従って、この光を再び偏光
依存ピックアップ65でピックアップすると、戻り光の
偏光面の回転に応じた光出力がハーフミラー71を介し
フォトマルチプライヤ73に入力される。フォトマルチ
プライヤ73はこの入力光信号を増倍するとともに電気
信号に変換し表示回路91に入力する。XYZドライブ
回路87で駆動されるXYZステージ69を用いて試料
63表面を走査しながら、このような信号を得る。この
ような信号は、試料上の被検出点の磁化の強さに対応し
たものとなるから、このような動作により試料63の磁
化の大きさ、有無に対応した信号が得られ、表示回路9
1およびディスプレイ装置95によって試料63の磁化
の状態に対応する画像を表示することができる。In the apparatus shown in FIG. 2, linearly polarized light output from a laser light source 75 passes through a half mirror 77 and a reflecting mirror 79, further passes through a half mirror 71, passes through a fiber portion of a polarization dependent pickup 65, and has an opening at the tip. From the sample 63 and emitted to the sample 63. Then, the light reflected by the surface of the sample 63 and returned has its polarization plane rotated by the so-called magnetic Kerr effect according to the magnetization of the sample 63. Therefore, when this light is picked up again by the polarization dependent pickup 65, an optical output corresponding to the rotation of the polarization plane of the return light is input to the photomultiplier 73 via the half mirror 71. The photomultiplier 73 multiplies the input optical signal and converts it into an electric signal, which is input to the display circuit 91. Such a signal is obtained while scanning the surface of the sample 63 using the XYZ stage 69 driven by the XYZ drive circuit 87. Such a signal corresponds to the intensity of the magnetization at the point to be detected on the sample, and thus a signal corresponding to the magnitude and presence or absence of the magnetization of the sample 63 is obtained by such an operation.
1 and the display device 95 can display an image corresponding to the state of magnetization of the sample 63.
【0029】一方、レーザ光源75の出力光はハーフミ
ラー77および83を介し通常のファイバピックアップ
67の一端にも入射する。この光は該ファイバピックア
ップ67の先端の開口からエバネセント波として試料6
3に照射される。そして、試料63から反射されてきた
エバネセント波は再びファイバピックアップ67で検出
されるが、この検出光の強さはファイバピックアップ6
7先端部と試料63の表面との距離に応じて変動するか
ら、フォトマルチプライヤ85の出力は試料表面の形状
に対応したものとなる。従って、フォトマルチプライヤ
85の出力を用いて前述と同様に偏光依存ピックアップ
65の出力の形状依存性を除去し磁化特性をより適確に
観察することができる。On the other hand, the output light of the laser light source 75 also enters one end of the ordinary fiber pickup 67 via the half mirrors 77 and 83. This light is transmitted from the opening at the tip of the fiber pickup 67 to the sample 6 as an evanescent wave.
3 is irradiated. Then, the evanescent wave reflected from the sample 63 is detected again by the fiber pickup 67.
The output of the photomultiplier 85 corresponds to the shape of the sample surface because it varies according to the distance between the tip 7 and the surface of the sample 63. Accordingly, the output of the photomultiplier 85 can be used to remove the shape dependence of the output of the polarization dependent pickup 65 in the same manner as described above, and the magnetization characteristics can be observed more accurately.
【0030】このように、反射型の磁区観察用NFM
は、プローブ先端の開口を介して試料にエバネセント波
を照射し、試料表面で反射したエバネセント波を再び同
じプローブでピックアップする点が前述の透過型磁区観
察用NFMと異なる。なお、反射型磁区観察用NFMに
おいて、プローブ中のファイバを戻ってくる光は試料表
面で反射したエバネセント波の他にレーザ光源75から
の照射光がプローブ先端で反射して戻る光が重なるた
め、エバネセント波のプローブと試料間の距離すなわち
Z方向依存性(これはZ−3.8に比例する)を利用し
て、プローブのファイバをZ軸方向に変調し同期検出が
行なわれる。As described above, the reflection type NFM for magnetic domain observation
Is different from the above-mentioned transmission type magnetic domain observation NFM in that the sample is irradiated with an evanescent wave through an opening at the tip of the probe, and the evanescent wave reflected on the sample surface is picked up again by the same probe. In the reflection type magnetic domain observation NFM, the light returning from the fiber in the probe overlaps with the evanescent wave reflected on the sample surface and the light reflected from the laser light source 75 at the probe tip and returned. Utilizing the distance between the probe and the sample of the evanescent wave, that is, the Z-direction dependency (which is proportional to Z- 3.8 ), the fiber of the probe is modulated in the Z-axis direction to perform synchronous detection.
【0031】さらに、試料63表面の磁化の向きを検出
するためには、図1の装置と同様に、偏光依存ピックア
ップ65を試料63に対して相対的に回転させ最大出力
の向きを求めることにより、磁化の向きも決定できる。
このときの最大信号強度を試料の表面形状を観察するの
に用い、最大信号強度の得られる偏光依存ファイバの回
転角から、磁化の強度および向きを得ることができ、こ
の場合にも表面形状測定用ファイバプローブを設ける必
要がなく、装置の簡略化が可能となる。Further, in order to detect the direction of magnetization on the surface of the sample 63, the polarization dependent pickup 65 is rotated relative to the sample 63 to determine the direction of the maximum output, as in the apparatus shown in FIG. , The direction of magnetization can also be determined.
The maximum signal intensity at this time is used to observe the surface shape of the sample, and the intensity and direction of magnetization can be obtained from the rotation angle of the polarization-dependent fiber at which the maximum signal intensity is obtained. There is no need to provide a fiber probe for use, and the apparatus can be simplified.
【0032】[0032]
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、試料の
照明光として直線偏光の光を用い、検出器として偏波面
保存ファイバを用いた検光子を用い、照明光の偏光方向
がいわゆるファラデー効果または磁気カー効果によって
試料の磁化に応じて回転することを利用し、磁化の向き
および有無を測定することができる。従って、従来の偏
光顕微鏡におけるように、照射光の波長によって分解能
が制限されることがなく、磁性体などの試料中にできる
磁区の大きさに十分対応した高分解能の磁区観察用光学
顕微鏡が実現できる。As described above, according to the present invention, linearly polarized light is used as illumination light for a sample, an analyzer using a polarization-maintaining fiber is used as a detector, and the polarization direction of the illumination light is so-called. By utilizing the fact that the sample rotates by the Faraday effect or the magnetic Kerr effect according to the magnetization of the sample, the direction and presence or absence of the magnetization can be measured. Therefore, unlike the conventional polarization microscope, the resolution is not limited by the wavelength of the irradiation light, and a high-resolution optical microscope for observing magnetic domains, which is sufficiently compatible with the size of magnetic domains formed in a sample such as a magnetic material, is realized. it can.
【図1】本発明の1実施例に係わる磁区観察用近接場走
査型顕微鏡としての透過型磁区観察用NFMの概略の構
成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a transmission magnetic domain observation NFM as a magnetic domain observation near-field scanning microscope according to one embodiment of the present invention.
【図2】本発明の別の実施例に係わる磁区観察用近接場
走査型顕微鏡としての反射型磁区観察用NFMの概略の
構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration of a reflection type magnetic domain observation NFM as a magnetic domain observation near-field scanning microscope according to another embodiment of the present invention.
【図3】一般的な近接場走査型顕微鏡の概略の構成を示
すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram showing a schematic configuration of a general near-field scanning microscope.
31,63 試料 33 プリズム 35,75 レーザ光源 37 ビーム拡大器 39 偏光依存ピックアップ 41,47,73,85 フォトマルチプライヤ 43,49,69,81 XYZステージ 45 ファイバピックアップ 51,53,87,89 XYZドライブ回路 55,91 表示回路 57,95 ディスプレイ装置 59,93 マイクロコンピュータ 61 試料台 65 偏光依存ピックアップ 67 ファイバピックアップ 71,77,83 ハーフミラー 79 反射鏡 31, 63 Sample 33 Prism 35, 75 Laser light source 37 Beam expander 39 Polarization dependent pickup 41, 47, 73, 85 Photomultiplier 43, 49, 69, 81 XYZ stage 45 Fiber pickup 51, 53, 87, 89 XYZ drive Circuit 55, 91 Display circuit 57, 95 Display device 59, 93 Microcomputer 61 Sample table 65 Polarization dependent pickup 67 Fiber pickup 71, 77, 83 Half mirror 79 Reflector
Claims (6)
照射手段と、前記試料に対し相対的に走査可能でありか
つ試料表面におけるエバネセント波の偏光の回転角の変
化を検出する偏光依存ピックアップ手段とを具備するこ
とを特徴とする磁区観察用近接場走査型顕微鏡。1. A light irradiation means for irradiating linearly polarized light from the back surface of a sample, and a polarization-dependent pickup which is relatively scannable with respect to the sample and detects a change in the rotation angle of the polarization of the evanescent wave on the surface of the sample. Means for observing a magnetic domain in a near-field scanning microscope.
能であり、試料表面におけるエバネセント波の強度を検
出する第2のピックアップ手段を有し、該第2のピック
アップ手段の出力を用いて試料表面の形状による前記偏
光依存ピックアップ手段の出力信号強度の変化を補正す
る請求項1に記載の磁区観察用近接場走査型顕微鏡。2. The apparatus according to claim 1, further comprising: a second pickup unit which is relatively scannable with respect to the sample and detects an intensity of an evanescent wave on the surface of the sample. 2. The near-field scanning microscope for magnetic domain observation according to claim 1, wherein a change in an output signal intensity of the polarization dependent pickup means due to a surface shape is corrected.
と前記試料とを相対的に回動させる手段と、該回動によ
り生ずる前記偏光依存ピックアップ手段の出力信号強度
の変化から磁化の向きを検出する手段とを備えた請求項
1または2に記載の磁区観察用近接場走査型顕微鏡。3. A means for relatively rotating the polarization dependent pickup means and the sample, and a means for detecting the direction of magnetization from a change in the output signal intensity of the polarization dependent pickup means caused by the rotation. The near-field scanning microscope for magnetic domain observation according to claim 1, comprising:
料に対して相対的に走査可能であり、前記光源手段から
出力される光の波長よりも小なる開口を有し、前記光源
手段からの光を受け入れ前記開口を通して試料を照射す
ると共に、この照射による試料表面からの反射により再
び前記開口を通して戻る光の偏光の回転角の変化を検出
する偏光依存ピックアップ手段とを具備することを特徴
とする磁区観察用近接場走査型顕微鏡。4. A light source means for outputting linearly polarized light, and an aperture which is scannable relative to a sample and has an aperture smaller than a wavelength of the light output from the light source means. Polarization-dependent pickup means for receiving light from the sample and irradiating the sample through the opening, and detecting a change in the rotation angle of the polarization of light returning through the opening again by reflection from the sample surface due to the irradiation. Near field scanning microscope for magnetic domain observation.
能であり、前記光源手段から出力される光の波長よりも
小なる開口を有し、前記光源手段よりの光を受け入れこ
の開口を通して試料を照射すると共に、この照射による
試料表面からの反射により再び前記開口を通して戻る光
の強度を検出する第2のピックアップ手段を有し、該第
2のピックアップ手段の出力を用いて試料表面の形状に
よる前記偏光依存ピックアップ手段の出力信号強度の変
化を補正する請求項4に記載の磁区観察用近接場走査型
顕微鏡。5. The apparatus according to claim 1, further comprising an opening which is relatively scannable with respect to said sample, has an aperture smaller than a wavelength of light output from said light source means, receives light from said light source means, and passes said sample through said opening. And a second pickup means for detecting the intensity of light returning through the opening again by reflection from the sample surface due to the irradiation, and using the output of the second pickup means to change the shape of the sample surface. The near-field scanning microscope for magnetic domain observation according to claim 4, wherein a change in the output signal intensity of the polarization dependent pickup means is corrected.
と試料とを相対的に回動させる手段と、該回動により生
ずる前記偏光依存ピックアップ手段の出力信号強度の変
化から磁化の向きを検出する手段とを供えた請求項4ま
たは5に記載の磁区観察用近接場走査型顕微鏡。6. A means for relatively rotating the polarization dependent pickup means and the sample, and a means for detecting a direction of magnetization from a change in output signal intensity of the polarization dependent pickup means caused by the rotation. The near-field scanning microscope for magnetic domain observation according to claim 4, wherein the microscope is provided with:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5381391A JP2822280B2 (en) | 1991-02-26 | 1991-02-26 | Near-field scanning microscope for magnetic domain observation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5381391A JP2822280B2 (en) | 1991-02-26 | 1991-02-26 | Near-field scanning microscope for magnetic domain observation |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05180756A JPH05180756A (en) | 1993-07-23 |
| JP2822280B2 true JP2822280B2 (en) | 1998-11-11 |
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ID=12953238
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5381391A Expired - Fee Related JP2822280B2 (en) | 1991-02-26 | 1991-02-26 | Near-field scanning microscope for magnetic domain observation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2822280B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3474833B2 (en) | 2000-06-30 | 2003-12-08 | 株式会社東芝 | Near-field light detection optical system, near-field optical device, near-field optical microscope, optical information reproducing device, and optical information detection method |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5289989B2 (en) * | 2009-01-27 | 2013-09-11 | 日本分光株式会社 | Phase difference measuring device |
-
1991
- 1991-02-26 JP JP5381391A patent/JP2822280B2/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3474833B2 (en) | 2000-06-30 | 2003-12-08 | 株式会社東芝 | Near-field light detection optical system, near-field optical device, near-field optical microscope, optical information reproducing device, and optical information detection method |
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|---|---|
| JPH05180756A (en) | 1993-07-23 |
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