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光子纳米结构的光谱和角度解析磁-光学特性
Chapters
Summary November 21st, 2019
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光子带结构有助于了解闭用电磁模式如何在光子晶体中传播。在包含磁性元件的光子晶体中，这种闭锁和共振光学模式伴随着增强和修饰的磁光活性。我们描述了一个测量过程，通过傅立叶空间显微镜提取磁光带结构。
Transcript
光子波段结构绘制出光子晶体中封闭电磁模式的分散关系，并具有增强的光-物质相互作用，如磁光效应。我们的方法使光子晶体的倒数空间中的磁光效应映射出来，以便可以直接研究磁化如何修改光子响应。磁光晶体具有非互惠光学特性。
虽然我们将用简单的声带光栅来演示这项技术，但它适用于许多其他类型的光子晶体。这种技术的一个特别挑战是，磁光效应通常非常弱，所以你必须格外小心，以确保任何噪音最小化。首先在具有足够振动隔离的光学表上构建设置。
从样品中浮现出的光束的光学元件应设置，以无限校正的客观透镜指示波前从样品的每个点进入共线性光束。放置距目标 200 毫米 330 毫米的收集器镜头，以重新聚焦光束，在图像平面上形成图像。在图像平面后插入一个翻转镜像，以便实现样品的实际空间成像，并插入一个 f 为 125 毫米的 L1 镜头，以便图像平面对焦。
将 L2 镜头放在距离 L1 1 1 1 1 1 的 135 毫米处，其 f 为 250 毫米。将摄像机从 L2 镜头放置 210 毫米以捕获图像平面的放大图像，并移动 L1 和 L2 镜头，直到放置在图像平面上的针孔与 CCD 摄像机保持良好的焦点。根据需要，在收集器镜头 200 毫米处将针孔放入图像平面中，以将图像区域限制为小图案区域。在图像平面后放置一个 f 为 75 毫米 120 毫米的 Bertrand 镜头，以创建图像角度分量的 Fourier 变换，并将相机从 Bertrand 镜头放置 75 毫米。
使用一小滴银漆，将样品安装到样品架上，一个商业DVD光栅，上面覆盖着磁质金钴金膜。将样品放在电磁铁的两极之间，然后将目标镜头移向样品，直到样品在 CCD 摄像机中焦距良好。要执行光学反射率测量，使用样品的真实空间图像，将光斑置于样品的反射、未模式部分，然后翻转镜面以可视化显微镜的后焦平面。
选择与感兴趣的极化状态对应的后焦平面区域，并选择一个感兴趣区域作为目标后焦平面沿对应于横向磁光极化的轴的倾斜截面。单击测量规范化频谱以测量光源的频谱。由于每个波长产生一组 1D 数据点，光源的全光谱被保存为 2D 张量，其中每个数据点表示波长和角度的组合。
使用样品的实际空间图像，将光源定位在感兴趣的光子晶体上，然后切换回后焦平面，确保在穿过后焦平面的暗线时可以看到板状模式。使用相同的感兴趣区域和测量设置，单击测量反射频谱以测量光子晶体的反射光谱。要执行磁光测量，首先使用已知与良好磁光响应对应的角度和波长测量滞后循环。
使用滞后循环，选择要循环的磁场范围。对于铁磁样品，将场从完全饱和状态循环到相反饱和状态，从而在饱和场上舒适地扩展范围。最后测量样本在每个定义的磁场点反射的强度，根据需要在多个环路上重复。
每个波长和磁化点将产生一个 1D 数值数据数组，数组的每个点对应于特定角度。为了考虑光源强度的光谱变化，请按光源的光谱对获得的光谱进行归去。这将生成从零到 1 的 2D 数组，其中一个对应于完全反射，零对应于完全吸收条件。
对于数据分析，使用样本的滞后循环，将每个测量帧分配给饱和状态或中间状态，然后丢弃中间状态的测量强度，并分别为每个角度和波长数据点减去饱和强度。在图中，可以观察到一个商业DVD光栅的扫描电子显微镜显微图，上面覆盖着金钴-金多层。在这里，可以观察到光栅的光学和磁光光谱。
这些线显示了从方程一计算出的波子分散关系，对应于由于事件辐射被转换为SPP并通过欧姆阻尼消散而导致的反射率显著下降。在磁光光谱的磁光光栅中，表面光栅的磁光活性随之增加，在表面极光中突然反转。磁化稍微改变表面极性激发条件，从而产生两种不同的表面极性极性，从而形成两种不同的表面极性，从而可以解释为磁化稍微改变极性。
由于磁光效应的幅度较小，需要现场施加磁场，以现场测量每个波长，以确保最佳的声噪比。此设置可用于各种磁光技术，例如，Kerr 显微镜研究磁性材料的主要结构。通过限制射点光的角度扩散来观察后焦平面上的衍射光束，我们研究了衍射中的磁光效应。
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