МАГНИТНО-ОПТИЧЕСКАЯ ГОЛОВКА ДЛЯ СЧИТЫВАНИЯ ИНФОРМАЦИИ Российский патент 1998 года по МПК G11B5/33 

Изобретение относится к устройствам для считывания информации, в частности, с магнитных носителей записи и хранения информации и может быть использовано при создании магнитно-оптических головок считывания информации.

Известна головка для записи/считывания информации, содержащая нанесенные на подложку первую пленку магнитного материала, пленку немагнитного материала, вторую пленку магнитного материала, при этом на одной стороне головки различные слои лежат в одной плоскости; эта сторона, являющаяся активной поверхностью головки, относительно которой перемещается магнитный носитель, хранящий информацию, покрыта пленкой материала, имеющего зоны с различными свойствами, в частности защитные (упрочняющие) зоны (см. патент США N 4897747, НКИ 360-122, кл. G 11 B 5/187, 1990). В конкретном варианте выполнения тонкопленочная магнитная головка этого типа содержит подложку, состоящую из алюминиевой пленки, нанесенной на керамическую пластину; первую пленку магнитного материала, покрытую пленкой немагнитного материала; плоскую обмотку, охватывающую магнитную пленку; вторую пленку магнитного материала, изолированную от обмотки и связанную с первой магнитной пленкой. Две магнитные пленки контактируют одна с другой в центре обмотки, имеют общую зону для прохождения магнитного потока и разделены слоем немагнитного материала, образующим зазор магнитной головки.

Головки такого типа, определяемые как индуктивные головки, практически невозможно использовать при увеличении информационной плотности до высоких и сверхвысоких значений, так как расстояние между полюсами головки должно быть конечным, и его уменьшение приводит к снижению уровня полезного выходного сигнала. Вследствие этого при переходе к сверхвысоким значениям информационной плотности величина отношения полезный сигнал (несущая)/помеха резко падает. Кроме того, производство многотрековых (т.е. предназначенных для многодорожечного считывания) индуктивных головок, способных одновременно считывать информацию с параллельно записанных дорожек-треков, является чрезвычайно сложной и до сих пор до конца не решенной проблемой.

Известны головки считывания, основанные на сверхбольшом магнитно-резистивном эффекте (см. , например, Process Complexity of Magnetoresistive Sensors: a Review. R.E. Fontana, Jr. IBM Research Division. The International Magnetics Conference, 1995 DIGESTS of INTERMAG' 95, April 18 - 21, 1995, San Antonio, Texas, USA, pp AA-02). Такая головка содержит многослойный чувствительный элемент, размещенный между экранами и отделенный от них двумя проводящими слоями. Собственно чувствительный элемент представляет собой многослойную пленку, состоящую из чередующихся магнитных и проводящих слоев.

Основной недостаток головок считывания, основанных на сверхбольшом магнитно-резистивном эффекте, связан с тем, что массовое производство таких головок требует сверхвысокоточной (нанометрической) технологии, следствием чего является низкий процент выхода годных и высокая стоимость таких головок. Кроме того, при нанометрической (более точно, субнанометрической) технологии весьма серьезную проблему представляет выпуск головок считывания с близкими параметрами и их использование в сборке для многодорожечного считывания информации. Достаточно указать, что в таких головках толщина наиболее критичного переходного немагнитного слоя не должна изменяться более чем в пределах +/-3 при ее абсолютных значениях порядка 20 . В настоящее время, после более чем четырех лет интенсивных экспериментов, все еще не удается наладить серийное производство таких головок.

Известна также магнитно-оптическая головка считывания, которая может быть использована для многодорожечного считывания, содержащая нанесенный на подложку магнитно-оптический преобразователь, например, в виде тонкого эпитаксиально выращенного слоя феррит-граната, который представляет собой по меньшей мере два полюсных наконечника из этого магнитного материала, разделенных узким воздушным зазором (см. патент США N 5227938, НКИ, 360-114, кл. G 11 B 5/127, 1993). Преобразователь, так же как и полюсные наконечники, выполнен с использованием тонкопленочной технологии. Материал магнитно-оптического преобразователя обладает одноосной (перпендикулярной плоскости пленки) анизотропией и является монодоменным по меньшей мере в пределах одного из полюсных наконечников.

К недостаткам данной известной головки считывания относится низкое разрешение и недостаточная чувствительность, что связано с одноосной намагниченностью используемого магнитного материала.

Известна головка считывания, наиболее близкая к изобретению по технической сущности и достигаемому результату, приспособленная для многодорожечного считывания, содержащая подложку из материала с высоким коэффициентом преломления, на которую нанесены разделенные зазором слои магнитного материала: первый, активный, толщиной не более 500 из магнитомягкого материала с высоким значением намагниченности насыщения, причем намагничивание осуществляется в плоскости слоя, и второй слой, большей толщины для экранирования и увеличения эффективности (см. F.Maurice. Towards the Multitrack Digital Video Tape Recorder. Proceedings of Magneto-Optical Recording International Symposium' 91, J. Magn. Soc. Jpn., Vol. 15, Supplement No S1 (1991), pp 389-394). Магнитный поток, создаваемый магнитным носителем информации, индуцируется в магнитную структуру головки и детектируется с использованием магнитно-оптического эффекта Керра, т.е. в соответствии с вращением вектора поляризации считывающего светового пучка, формируемого лазерным источником. При этом отраженный от активного слоя головки световой пучок фокусируется на фотоприемном устройстве, например на приборе с зарядовой связью (ПЗС), параллельно анализирующем все дорожки записи. Выходной сигнал представляет собой мультиплексированный во времени сигнал.

К недостаткам этого известного решения следует отнести малые значения отношения полезный сигнал/шум, обусловленные тем, что угол поворота вектора поляризации света, являющийся основным параметром, определяющим полезный сигнал, составляет порядка 0,35 угловых градусов при типовых используемых значениях длины волны света (650 - 700 нм) и магнитных полей от магнитных носителей информации. Кроме того, для многодорожечного режима считывания с использованием данной известной головки характерны значительные взаимные шумы между треками, обусловленные тем обстоятельством, что считывающая поверхность чувствительного элемента магнитно-оптического преобразователя является поликристаллической или аморфной средой. А также к недостаткам этой известной головки считывания следует отнести плохую повторяемость магнитных и магнитно-оптических свойств очень тонких пленок материала чувствительного элемента, в качестве которого обычно используется пленка сендаста (сплава Fe, Al, Si). Кроме того, несовершенство оптического канала, обеспечивающего детектирование полезного сигнала, не позволяет получить высокую чувствительность данной головки. Магнитные шумы подсвечиваемой считывающим световым пучком области, вызванные скачками Беркхаузена, приводят к дополнительному уменьшению отношения сигнал/шум.

Задачей изобретения является создание магнитно-оптической головки считывания, не имеющей недостатков, присущих вышеуказанным известным из предшествующего уровня техники устройствам. Достигаемым при этом техническим результатом является повышение разрешения, увеличение отношения полезный сигнал/шум, упрощение конструкции магнитно-оптического преобразователя и изготовления многодорожечной головки считывания и увеличение ее срока службы без дополнительного усложнения конструкции.

Указанный технический результат достигается тем, что в магнитно-оптической головке считывания информации, содержащей подложку, на плоской поверхности которой, обращенной к магнитному носителю информации, размещен тонкопленочный магнитно-оптический преобразователь, в соответствии с изобретением, поверхность подложки, противоположная упомянутой плоской ее поверхности, выполнена выпуклой на участках на пути распространения соответственно падающего и отраженного считывающего оптического излучения, при этом тонкопленочный магнитно-оптический преобразователь выполнен из чувствительного к внешнему магнитному полю монокристаллического магнитного материала, прозрачного в спектральном диапазоне источника считывающего оптического излучения, а выпуклые участки подложки могут иметь разные радиусы кривизны.

При этом в качестве материала подложки предпочтительно выбран материал, показатель преломления которого больше или равен 1,95.

Кроме того, в качестве материала тонкопленочного магнитно-оптического преобразователя предпочтительно выбран монокристаллический феррит, имеющий структуру граната, на свободную поверхность которого может быть нанесен тонкий слой материала с высоким значением коэффициента отражения, в качестве которого может быть выбран материал из группы, состоящей из алюминия, серебра, золота, хрома и их сплавов.

Изобретение поясняется на примерах его осуществления, иллюстрируемых чертежами, на которых представлено следующее: на фиг. 1 - схематичное представление устройства считывания с магнитного носителя информации, в котором может быть использована головка считывания, выполненная согласно изобретению; на фиг. 2 - схематичное представление магнитно-оптической головки считывания, выполненной согласно изобретению.

Устройство магнитно-оптического считывания с магнитного носителя информации содержит источник поляризованного света, например лазерный диод (не показан), установленный с возможностью направления пучка поляризованного света 1 к подложке 2 из материала с высокой прозрачностью в спектральном диапазоне используемого источника поляризованного света. Одна сторона подложки 2 представляет собой плоскую поверхность, на которой размещен магнитно-оптический преобразователь в виде тонкой феррит-гранатовой пленки 3, имеющей вектор намагниченности любой ориентации относительно упомянутой плоской поверхности подложки 2. Пленка 3 представляет собой чувствительный к внешним магнитным полям элемент, поверхность которого может быть ориентирована произвольно относительно считываемого магнитного носителя информации, состоящего из магнитной среды 4 с хранимой информацией и подложки 5 магнитной среды. Феррит-гранатовая пленка 3 может быть нанесена на подложку 2 различными способами, например, жидкофазной эпитаксией, напылением или пиролизом. На поверхности пленки 3, обращенной к магнитной среде 4 с хранимой информацией, нанесено тонкопленочное покрытие 6 из материала с высоким значением коэффициента отражения, например алюминия, серебра, золота, хрома и т.п. Устройство магнитно-оптического считывания информации также содержит поляризатор 7, анализатор 8, формирующую оптическую систему 9 и приемную светочувствительную матрицу 10, которая может быть выполнена как одномерной, так и двумерной.

Как показано на фиг. 2, магнитно-оптическая головка считывания, выполненная согласно изобретению, содержит подложку 2 из материала, обладающего высокой прозрачностью в спектральном диапазоне источника считывающего поляризованного света, например, из монокристаллического гадолиний-галлиевого граната (ГГГ); ГГГ, допированного Ca, Mg, Zr, или гадолиний-скандий-галлиевого граната (ГСГГ). На стороне подложки 2, обращенной к магнитной среде 4 с хранимой информацией, размещен магнитно-оптический преобразователь в виде феррит-гранатовой пленки 3, имеющей заданную кристаллографическую ориентацию, например [100] или [210]. На свободную сторону феррит-гранатовой пленки 3 может быть нанесен зеркально отражающий слой 6 (фиг.1), необходимость которого определяется с учетом отражающих свойств считываемого носителя информации.

Противоположная сторона подложки 2 на участках 11 и 12, на пути распространения считывающего пучка, как при входе в прозрачную подложечную среду, так и отраженного от пленки 3 магнитно-оптического преобразователя, выполнена неплоской, более конкретно, - выпуклой, с кривизной, обеспечивающей возможность увеличения изображения доменной структуры феррит-гранатовой пленки, причем кривизна выпуклых участков может быть различной на участке 11 входа светового пучка в подложку 2 и на участке 12 выхода светового пучка из подложки 2. Сама же кривизна выпуклых участков 11 и 12 подложки 2 определяется комбинацией оптических параметров подложки 2, расстоянием до матрицы 10 элементов, детектирующих отраженный световой пучок (ПЗС), требованиями к геометрическим характеристикам головки считывания, включая первоначальную толщину материала подложки, параметрами используемого источника поляризованного света и его расстоянием до подложки 2.

Магнитно-оптическая головка считывания, выполненная согласно изобретению, функционирует следующим образом.

Считывающий пучок света 1 источника поляризованного света направляется на подложку 2 (участок 11), проходит через нее и попадает на чувствительную к внешним магнитным полям феррит-гранатовую пленку 3, расположенную в непосредственной близости от магнитной среды 4 с записью информации, фокусируясь на считываемом участке магнитной среды-носителя. При прохождении через феррит-гранатовую пленку 3 вектор поляризации света испытывает фарадеевское вращение, величина и направление которого относительно первоначального положения зависят от положения вектора намагниченности феррит-гранатовой пленки 3, которое, в свою очередь, определяется величиной и направлением внешнего магнитного поля, т.е. магнитного поля рассеяния, индуцированного хранимой на магнитном носителе информацией. Отражаясь от магнитной среды 4 носителя информации или от специально нанесенного на открытую поверхность феррит-гранатовой пленки 3 тонкопленочного зеркального слоя 6 (фиг. 1), поляризованный свет вторично проходит через феррит-гранатовую пленку 3, и его вектор поляризации вторично испытывает фарадеевское вращение в зависимости от величины и направления вектора намагниченности феррит-гранатовой пленки 3. Отраженный свет проходит через участок 12 подложки 2, имеющий выпуклую форму, формирующий увеличенное изображение доменной структуры феррит-гранатовой пленки 3 на анализаторе. Положение угла поляризации анализатора 8 юстируется таким образом, что он пропускает полезный выходной оптический сигнал с заданным направлением вектора поляризации. Этот оптический сигнал через оптическую систему 9 попадает на светочувствительную матрицу 10, которая в соответствии со считанной с магнитного носителя информацией, содержащейся в принятом оптическом сигнале, формирует электрический сигнал, выдаваемый в выходной канал головки считывания.

При этом, благодаря использованию материала подложки с высоким значением показателя преломления (n>1,95), такого как ГГГ; ГГГ, допированный Ca Mg Zr и т. п. , по сравнению с известными подложками из аморфных материалов, например стекла, высокие значения увеличения изображения могут быть получены при меньших значениях кривизны поверхности подложки 2, обеспечивающей формирование входного/выходного оптического канала.

В одном из конкретных примеров осуществления изобретения магнитно-оптический преобразователь был выполнен в виде феррит-гранатовой пленки с вектором намагниченности, лежащим в плоскости пленки. Исследования динамических свойств головки, проведенные заявителем, показали, что задержка перестройки доменной структуры этого магнитно-оптического преобразователя не превышает 300 пс (3•10^-10 с). Это позволяет обрабатывать изменения изображения доменной структуры в реальном времени без каких-либо существенных задержек, обеспечивая высокое быстродействие канала считывания информации (>1 ГГц).

Выполнение магнитно-оптической головки считывания в соответствии с изобретением обеспечивает следующие преимущества.

Интегрированные в одном конструктивном узле совместно с чувствительным слоем, расположенным на одной стороне подложки, неплоские участки на другой ее стороне обеспечивают соответственно фокусировку и оптическое увеличение считываемой информации, существенно улучшают разрешение и уменьшают световые потери вследствие отсутствия дополнительных поверхностей перехода между средами распространения оптического излучения, которые неизбежно присутствуют в известных решениях.

Использование материала подложки с высоким значением показателя преломления, обеспечивающее достижение требуемых увеличений изображения при меньших значениях кривизны выпуклых участков подложки, позволяет упростить изготовление магнитно-оптической головки.

Использование в заявленной головке магнитно-оптического эффекта Фарадея, обеспечивающего большую глубину оптической модуляции при одинаковых значениях внешних магнитных полей, по сравнению с магнитно-оптическим эффектом Керра в известных конструкциях головок, приводит к существенному повышению отношения полезный сигнал/шум.

Выполнение магнитно-оптического преобразователя из монокристаллического материала, имеющего однородную кристаллическую структуру, устраняет основную причину возникновения перекрестных помех в конструкции магнитно-оптической головки, работающей в режиме многодорожечного считывания.

Использование: в устройствах для считывания информации с магнитных носителей записи. Сущность изобретения: магнитно-оптическая головка считывания информации содержит подложку 2 из материала, обладающего высокой прозрачностью в спектральном диапазоне источника считывающего поляризованного света, например из монокристаллического гадолиний-галлиевого граната. На стороне подложки 2, обращенной к магнитной среде 4 с хранимой информацией, размещен магнитно-оптический преобразователь 3 в виде феррит-гранатовой пленки, на свободную сторону которой может быть нанесен зеркально отражающий слой. Противоположная сторона подложки 2 на участках 11 и 12 на пути распространения считывающего светового пучка, как входящего в подложку 2, так и отраженного от пленки 3, выполнена выпуклой с кривизной, обеспечивающей возможность увеличения изображения доменной структуры феррит-гранатовой пленки 3, При этом кривизна выпуклых участков 11 и 12 может быть различной. 5 з.п. ф-лы. 2 ил.

1. Магнитно-оптическая головка считывания информации, содержащая подложку, на плоской поверхности которой, обращенной к магнитному носителю информации, размещен тонкопленочный магнитно-оптический преобразователь, отличающаяся тем, что поверхность подложки, противоположная обращенной к магнитному носителю информации плоской поверхности подложки, выполнена выпуклой на участках на пути распространения соответственно падающего и отраженного считывающего оптического излучения, при этом тонкопленочный магнитно-оптический преобразователь выполнен из чувствительного к внешнему магнитному полю монокристаллического магнитного материала, прозрачного в спектральном диапазоне источника считывающего оптического излучения. 2. Головка по п.1, отличающаяся тем, что выпуклая поверхность подложки на участках падающего и отраженного считывающего оптического излучения выполнена с разными радиусами кривизны. 3. Головка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что в качестве материала подложки использован материал, показатель преломления которого больше или равен 1,95. 4. Головка по любому из пп.1 - 3, отличающаяся тем, что в качестве материала тонкопленочного магнитно-оптического преобразователя использован монокристаллический феррит, имеющий структуру граната. 5. Головка по любому из пп.1 - 4, отличающаяся тем, что на свободную поверхность тонкопленочного магнитно-оптического преобразователя нанесена пленка из материала с высоким значением коэффициента отражения. 6. Головка по п.4, отличающаяся тем, что в качестве материала с высоким значением коэффициента отражения выбран материал из группы, состоящей из алюминия, серебра, золота, хрома и их сплавов.