磁光克尔效应的测量

论文总字数：21891字

摘 要

线偏光（可分解为左旋圆偏光和右旋圆偏光）入射到磁性材料后由磁性材料反射，在材料中由于左旋圆偏光和右旋圆偏光的传播速率不同而导致相位差（同时也有可能由于材料对左右圆偏光的吸收不同导致反射后的左右圆偏光幅度不同），因此在经过磁性材料的反射后变为椭圆偏振光。这种效应称为磁光克尔效应。本论文采用Sagnac干涉仪测量磁光克尔效应。光信号转为微弱的电信号，该电信号低至nV量级，频率高至20MHz。此外如小电容的测量、低至nV的输运信号的测量均需要测量高频率的微弱信号。

虚拟仪器的出现使得研究人员可以方便快捷的搭建控制测试系统，利用编程实现具体仪器功能，利用可视化技术实现操作面板的构建和数据信息的呈现，灵活性很高，扩展了仪器的功能，大大缩减了成本。现阶段精确测量低至nV的微小信号常用仪器为锁相放大器，利用Labview程序和外部电路可以实现商业锁相无法实现的功能，如高频信号的测量和复杂信号的同时测量等；配合使用数据采集卡的输入输出，可以实现复杂的功能测量，如脉冲/频谱复用等。此外利用Labview程序可以实现自动化测量系统，如测量系统的噪声本底、电路参数等。

本论文采用的方案是利用Labview编写锁相放大器微小信号测量程序、信号发生器GPIB控制程序、数据采集分析处理程序以及用做参考的锁相放大器GPIB控制程序。实现高频微小信号、系统噪声本底以及幅频相频特性等电路参数等测量功能。

关键词：磁光克尔效应，Sagnac 干涉仪，虚拟仪器，锁相放大器，Labview，采集卡，GPIB

Abstract

Researchers can build the control and test system conveniently because of the appearance of vitual instrument (VI). We can build up a program which has the function of a specific instrument and in the meantime the function can be extend wisely by improving the program. In addition, the vitual instruments has highly flexibility and more convenient when it compares with the traditional instruments.

At present, the common way to measure small signal down to nV is to use Lock-In Amplifier. But there is almost no commercial Lock-In Amplifier can measure the signal which is as small as nV but with the frequency up to 10MHz. With the help of external circuit, the virtual Lock-In Amplifier programed by Labview can do it. Meanwhile, with the help of AD transition and DA transition in the data acquisition card, the program can realize more complex measurement such as pulse/spectrum multiplexing. Besides, one can build up noise measurement program and circuit parameter measurement program by Labview.

This paper introduce the virtual Lock-In Amplifier program、the GPIB control program of function generator、data acquisition analysis and processing program、the GPIB control program of Lock-In Amplifier which is used to be contrast to the data of virtual Lock-In Amplifier programmed by Labview. We can measure small signal with high frequency、the noise of system and circuit parameter such as amplitude、frequency、phase and so on conveniently with the help of this measure system.

KEY WORDS: Virtual Instrument, Lock-In Amplifier, Labview, data acquisition card, GPIB

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章：绪论 1

1.1 课题背景及意义 1

1.1.1 背景 1

1.1.2 意义 1

1.2 自动化测量系统现状 1

1.3研究内容和结构安排 2

1.3.1研究内容 2

1.3.2 结构安排 2

第二章：磁光克尔效应及检测 3

2.1 磁光克尔效应 3

2.2 检测方式 3

第三章：测量仪器和Labview介绍 5

3.1 GPIB总线 5

3.1.1 GPIB总线特点 6

3.1.2 GPIB信号线上的设备分类 6

3.1.3 信号线的组成 7

3.1.4 GPIB总线控制仪器 8

3.2 工控机 8

3.2.1 NI PXI-4462数据采集卡 8

3.2.2 GPIB接口 10

3.3 信号源与锁相放大器 10

3.3.1 Tektronix AFG 3022C双通道信号发生器 10

3.3.2 Signal Recovery 7265数字锁相放大器 11

3.4 Labview 11

3.4.1 Labview介绍 11

3.4.2 Labview程序及功能介绍 11

第四章：锁相放大器功能实现 18

4.1 锁相放大器原理 18

4.2 主要模块说明 20

4.2.1 信号预处理 21

4.2.2 参考信号处理 21

4.2.3 信号测量 25

4.3 程序测试 29

第五章：噪声测量及电路参数测量功能的实现 31

5.1 噪声测量实现 31

5.1.1 重要模块介绍 31

5.1.2 程序验证 32

5.2 电路参数测量 32

5.2.1 重要模块介绍 33

第六章：复杂测量 34

6.1 频率扩展 35

6.2 小电容测量 36

6.2.1 测量原理 36

6.2.2 测量过程 38

6.3 自动化测量电路参数 39

6.3.1 乘法器增益标定 39

6.3.2 室温前放幅频相频曲线测量 40

6.4 噪声测量 41

总结 42

参考文献 43

致谢 44

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