СПОСОБ ТОПОГРАФИРОВАНИЯ НЕОДНОРОДНОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ Российский патент 1994 года по МПК G02F1/29 

Изобретение относится к области прикладной магнитооптики и может быть использовано для топографирования магнитных полей, создаваемых магнитными частицами.

Известен способ топографирования неоднородного магнитного поля с помощью датчика Холла [1], однако этот способ нельзя использовать для топографирования неоднородного магнитного поля, создаваемого частицами магнитного вещества размером 1-10 мкм, расстояние между которыми на порядок больше их размеров.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является известный способ топографирования неоднородного магнитного поля, включающий помещение доменсодержащей пленки в это поле и воздействие на нее светом [2].

Недостатком прототипа является низкая чувствительность и сложность, поскольку неоднородное магнитное поле должно намагничивать до насыщения локальные области доменсодержащей пленки, а для визуализации доменной структуры необходимо использовать поляризационный микроскоп.

Целью изобретения является упрощение и повышение чувствительности.

Цель достигается тем, что при способе топографирования неоднородного магнитного поля, включающем помещение доменсодержащей пленки в это поле и воздействие на нее светом, регистрируют дифракционную картину в свете, прошедшем через доменсодержащую пленку или отраженном от нее, причем на доменсодержащую пленку воздействуют светом локально и сканируют пучком этого света по ее поверхности, а о неоднородном магнитном поле судят по интенсивности и местоположению дифракционных максимумов.

С целью расширения диапазона напряженностей топографируемого магнитного поля на доменсодержащую пленку дополнительно воздействуют однородным компенсирующим магнитным полем, приложенным перпендикулярно ее плоскости, и варьируют напряженность компенсирующего поля.

Целью упрощения и повышения отношения сигнал/шум перед регистрации дифракционной картины осуществляют ее пространственную фильтрацию.

Регистрацию дифракционной картины можно осуществлять с помощью матрицы фотоприемников.

Сравнение с прототипом показывает, что предложенное техническое решение отвечает критерию "новизна". В данной области техники не обнаружены аналоги, которые содержат признаки, отличающие данное изобретение от прототипа, и обеспечивающие топографирование с повышенной чувствительностью, поэтому заявляемое техническое решение отвечает критерию "существенные отличия".

Сущность изобретения, заключается в следующем. В исходном состоянии при отсутствии внешнего и топографируемого магнитных полей в доменсодержащей пленке существует лабиринтная доменная структура, образованная причудливо изогнутыми полосовыми доменами, намагниченность в которых ориентирована перпендикулярно плоскости пленки, причем в соседних доменах - в противоположные стороны, а ширина противоположно намагниченных доменов одинакова. Система доменов в пленке эквивалентна дифракционной решетке. Для лабиринтной доменной структуры дифракционная картина представляет собой систему концентрических колец, причем при отсутствии внешнего магнитного поля четные дифракционные максимумы отсутствуют.

Приложение внешнего магнитного поля приводит к повышению ширины доменов, намагниченных по полю, за счет ширины невыгодно намагниченных доменов, изменению периода полосовых доменов и/или изменению топологии (характерного вида) доменной структуры. Все указанные изменения отражаются на виде дифракционной картины. В частности, изменение ширины доменов приводит к появлению четных дифракционных максимумов, изменение периода доменов - к изменению пространственного положения дифракционных максимумов, а изменение топологии доменной структуры - к изменению топологии дифракционной картины. Например, появление выделенного направления для ориентации доменов приводит к повышению яркости локальных участков дифракционного кольца (для системы прямолинейных полосовых доменов дифракционная картина представляет собой систему световых пятен, расположенных вдоль одной прямой). Проще всего зарегистрировать появление четных дифракционных максимумов. При этом о топографируемом магнитном поле удобно судить по напряженности компенсирующего магнитного поля, приложение которого при локальном освещении доменсодержащей пленки вновь приводит к исчезновению четных дифракционных максимумов. При наличии одного фотоприемника удобно использовать пространственную фильтрацию продифрагировавшего излучения. Если прорези в пространственном фильтре выполнены так, что пропускают четные дифракционные максимумы, то о наличии магнитного поля свидетельствует появление сигнала на выходе фотоприемника, а о его неоднородности - разная напряженность компенсирующего магнитного поля. Если пространственный фильтр пропускает нечетные дифракционные максимумы, то появление магнитного поля приводит к изменению интенсивности вплоть до полного исчезновения сигнала с фотоприемника. Использование пространственной фильтрации обеспечивает упрощение топографирования и повышение отношения сигнал/шум. Наиболее полную информацию о топографируемом магнитном поле можно получить, регистрируя дифракционную картину с помощью матрицы фотоприемников.

На чертеже приведена структурная схема устройства для осуществления предложенного способа.

Устройство содержит источник монохроматического света 1, оптически связанный с доменсодержащей пленкой 2, нанесенной на прозрачную подложку, и фотоприемником 3. Перед фотоприемником может быть расположен пространственный фильтр 4, выполненный, например, из непрозрачной пластины, в которой содержатся кольцевые прорези. Устройство может работать как в режиме "на отражение", так и в режиме "напросвет". Если внешнее магнитное поле отсутствует, а прорези в фильтре 4 расположены так, чтобы пропускать четные дифракционные максимумы, то сигнал на выходе фотоприемника 3 отсутствует. Наличие сигнала свидетельствует о наличии магнитного поля. Приложение компенсирующего магнитного поля с помощью катушек Гельгольца 5 приводит к тому, что противоположно намагниченные домены вновь становятся одинаковой ширины, четыре дифракционные максимумы и, как следствие, сигнал с фотоприемника 3 исчезает. Используя узкий луч монохроматического света освещающего несколько доменов в пленке 2, и перемещая устройство как целое в пространстве по напряженности компенсирующего поля как функции координат, можно построить топограмму внешнего магнитного поля.

С помощью предложенного способа топографировали магнитное поле, которое формировалось магнитным рисунком, нанесенным на 100-рублевые купюры образца 1991 г. В качестве доменсодержащей пленки использовали пленку состава (Y, Lu, Bi)₃(Fe, Ga)₅O₁₂ на подложке из гадолиний-галлиевого граната с ориентацией (III) cо следующими параметрами: толщина 5,8 мкм, период полосовой доменной структуры 32 мкм, поле насыщения 53 Э, поле одноосной магнитной анизотропии 2400 Э. Эту пленку помещали вблизи поверхности купюры и освещали узким ( ≈ 0,5 мм) пучком He-Ne лазера. Дифракционную картину наблюдали в отраженном свете. При топографировании использовали пространственный фильтр, пропускающий второй дифракционный максимум. Сигнал с фотодетектора и напряжение, пропорциональное пространственной координате, подавали на двухкоординатный самописец. Топограмма исследуемого магнитного поля полностью повторяла серию и номер банкноты АХ 8660120. Максимальная напряженность топографируемого магнитного поля достигала 10 Э.

Использование: изобретение относится к области прикладной магнитооптики и может быть использовано для топографирования магнитных полей, создаваемых магнитными частицами. Узкий монохроматический пучок света от источника 1 направляют на доменсодержащую пленку 2. Продифрагировавший на этой пленке 2 свет пропускают через пространственный фильтр 4 и регистрируют интенсивность света с помощью фотоприемника 3. Внешнее магнитное поле компенсируют с помощью катушек Гельмгольца 5. Сканируя пучком света по поверхности доменсодержащей пленки или перемещая указанные элементы как целое в пространстве, по напряженности компенсирующего магнитного поля как функции координаты строят топограмму пространственно-неоднородного магнитного поля. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. СПОСОБ ТОПОГРАФИРОВАНИЯ НЕОДНОРОДНОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ, включающий помещение в магнитное поле доменосодержащей пленки и воздействие на нее светом, отличающийся тем, что, с целью упрощения и повышения чувствительности, регистрируют дифракционную картину в свете, прошедшем через доменосодержащую пленку или отраженном от нее, причем на доменосодержащую пленку воздействуют светом локально и сканируют пучком света по ее поверхности, а о неоднородном магнитном поле судят по интенсивности и местоположению дифракционных максимумов. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона напряженностей топографируемого магнитного поля, на доменосодержащую пленку дополнительно воздействуют однородным компенсирующим магнитным полем, приложенным перпендикулярно к ее плоскости, и варьируют напряженность компенсирующего поля. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что, с целью упрощения и повышения отношения сигнал/шум, перед регистрацией дифракционной картины осуществляют ее пространственную фильтрацию. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что регистрацию дифракционной картины осуществляют с помощью матрицы фотоприемников.