兩種類型的偏振顯微鏡用于磁光成像:寬視場(chǎng)(“常規(guī)”)顯微鏡你辣,它可以立即提供特定樣品區(qū)域的圖像;激光掃描顯微鏡尘执,其中激光光斑沿著樣品表面掃描,依次建立圖像宴凉。兩者都適合于層狀結(jié)構(gòu)的研究誊锭,是寬視場(chǎng)反射顯微鏡,因?yàn)樗浅S煤屯ㄓ玫募夹g(shù)弥锄。
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磁光顯微鏡之寬視場(chǎng)(“常規(guī)”)顯微鏡
標(biāo)準(zhǔn)寬視場(chǎng)克爾顯微鏡是帶有應(yīng)變自由光學(xué)反射顯微鏡,為了允許偏振顯微鏡籽暇。通過應(yīng)用K?hler照明技術(shù)獲得均勻照明圖像,如圖1中的射線圖所示图仓。燈聚焦在光圈光圈的平面上罐盔,通過場(chǎng)光圈但绕,然后被部分反射平面的玻璃鏡面線偏振并向下偏轉(zhuǎn)進(jìn)入物鏡救崔。樣品反射后的光被物鏡收集,然后再次通過半反射鏡六孵。大多數(shù)光學(xué)顯微鏡都帶有無限遠(yuǎn)校正物鏡,即反射光從每個(gè)方位平行束離開物鏡并投射到無限遠(yuǎn)幅骄。這些束進(jìn)入管狀透鏡形成中間圖像劫窒,對(duì)相機(jī)或目鏡進(jìn)行進(jìn)一步處理。在無限空間中拆座,增加了反射鏡主巍、分析儀挪凑、補(bǔ)償器等配件孕索,而不會(huì)使圖像失真。偏振器和分析儀通常由二向色偏振片制成搞旭,但也可以使用柵格偏振器或格蘭-湯普森棱鏡。
具有可變開口和可調(diào)橫向位置的場(chǎng)膜片在試樣上成像菇绵。因此肄渗,它確定樣品的哪個(gè)部分被照亮,而不影響照明的分辨率或強(qiáng)度咬最。后者是由光圈光圈控制的翎嫡。關(guān)閉或打開這個(gè)光闌不僅改變光的強(qiáng)度永乌,而且改變到達(dá)樣品的光線的角度惑申。因此翁垂,孔徑光圈對(duì)于磁光顯微鏡至關(guān)重要硝桩,因?yàn)樗试S選擇入射方向:中心孔徑光圈(圖1a)產(chǎn)生垂直照射樣品的照明錐沿猜。由于對(duì)稱性,由平面內(nèi)磁化分量產(chǎn)生的克爾振幅相互抵消碗脊,因此在這種情況下,根據(jù)極性克爾效應(yīng)的要求衙伶,給出了對(duì)平面外磁化的唯yi靈敏度祈坠。中心孔徑光圈也為平面內(nèi)域的Voigt和梯度顯微鏡提供了zui佳條件。偏離中心的孔徑膜片(圖1b)導(dǎo)致斜入射光束束矢劲,這是縱向和橫向克爾靈敏度所必需的赦拘。這里的入射角色散范圍之間的垂直和zui大角度芬沉,是由物鏡的數(shù)值孔徑的限制光圈的平面與物鏡的后焦平面共軛躺同,也稱為物鏡的衍射平面或瞳孔。通過使用內(nèi)置的丸逸、可調(diào)焦的伯特蘭透鏡或用輔助望遠(yuǎn)鏡代替目鏡,可以在顯微鏡的所謂conconscopical圖像中看到瞳孔黄刚。當(dāng)分析儀捎谨,偏振器和補(bǔ)償器交叉zui大消光時(shí),衍射圖像的特征是十字形消光區(qū)(圖1憔维,插圖)涛救,這是由于在寬視場(chǎng)顯微鏡中使用會(huì)聚光束這一事實(shí)业扒。所有不位于沿偏振面或垂直于偏振面中心入射面的光束都不能被熄滅检吆,因?yàn)樗鼈冊(cè)谕哥R陡峭的光學(xué)界面處由于p和s分量的差透射而以橢圓和旋轉(zhuǎn)偏振狀態(tài)反射。這種去極化產(chǎn)生了四個(gè)明亮的象限凶赁,由十字分隔。為了獲得zui佳的克爾對(duì)比度條件虱肄,通過正確定位光圈光圈致板,應(yīng)將照明限制在conconscopic圖像中zui大消光區(qū)域,如圖1插圖所示咏窿。對(duì)于極性克爾效應(yīng)斟或,使用中心的虹膜光圈,而縱向效應(yīng)zui好通過平行于入射平面的偏離中心的狹縫孔徑來調(diào)節(jié)萝挤。對(duì)于橫向克爾效應(yīng)御毅,偏振片和消光交叉被旋轉(zhuǎn)45?(由于在反射器去偏振,在這種情況下使用補(bǔ)償器是強(qiáng)制性的怜珍,以獲得一個(gè)封閉的消光交叉)端蛆。此處,垂直于入射平面的位移狹縫或v形狹縫是zui佳解決方案酥泛。利用縱向克爾效應(yīng),將狹縫孔徑置于消光叉的側(cè)支上柔袁,形成橫向入射面呆躲,也可獲得橫向靈敏度。
圖1.寬視場(chǎng)磁光反射顯微鏡的射線路徑和基本組成部分捶索。為清晰起見插掂,分別說明了照明和成像射線路徑腥例。用于垂直光入射的照明路徑辅甥。斜入射(b)需要一個(gè)移位的孔徑狹縫。(a)和(b)中的插圖顯示了顯微鏡的衍射面院崇。在這里,可以查看和調(diào)整光圈底瓣,以滿足極性克爾效應(yīng)(居中的虹膜光圈)或縱向和橫向效應(yīng)(位移的狹縫光圈)的要求。消光交叉的方向取決于偏振器設(shè)置蕉陋,由(P)表示捐凭,分析器(A)和zui終補(bǔ)償器被調(diào)整為zui大消光。圖像形成路徑分別顯示在(c)中凳鬓。
光學(xué)顯微鏡的橫向分辨率是由物鏡的數(shù)值孔徑和光的波長決定的。根據(jù)瑞利判據(jù)缩举,可以分辨的兩個(gè)物體之間的zui小距離為
其中λ為光的波長垦梆,N A = n0sinα為數(shù)值孔徑,α為物鏡開孔角的一半(即物鏡接受的試樣錐光角的一半)仅孩,n0為物鏡與物鏡之間介質(zhì)的折射率(空氣為n0 = 1;浸沒油N0≈1.5)托猩。α和n值越高辽慕,物鏡收集的衍射光階數(shù)越多京腥,分辨率越高」耍可用的zui高數(shù)值孔徑為1.4他宛,用100倍放大率的油浸物鏡獲得。使用這種物鏡和藍(lán)光進(jìn)行照明欠气,可以分辨窄至150 nm的區(qū)域厅各。更小的磁性物體,比如十納米大小的疇壁预柒,也可以通過數(shù)字對(duì)比度增強(qiáng)變得可見,但它們的圖像會(huì)被衍射放大卫旱。zui近有研究表明人灼,克爾信號(hào)也可以從寬度僅為30納米的納米線中獲得。
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