Способ термомагнитной записи на многослойную структуру Советский патент 1992 года по МПК H01J31/24 

Изобретение относится к оптической пространственно-временной обработке информации и системам записи и отображения информации и может быть использовано при конструировании электронно-лучевых трубок (ЭЛТ) систем оптиче- ской обработки или отображения информации, а также в других устройствах, использующих пространственные модуляторы света (ПМС).

Известен электрически управляемый ПМС Титус, адресуемый электронным лучом и использующий модуляцию света элек- трооптическими средами, например кристаллами ДКДП Устройство является достаточно эффективным для целей пространственной модуляции светз Недостатком известного устройства является необходимость охлаждения электрооптической среды, что резко увеличивает как габаритные размеры, так и энергопотребление

устройг-iaa Кроме того, вследствие температурных неоднородностей, деформации кристалла и сложности обработки ДКДП а гакже наличия обратного пьезоэлектрического эффекта и существенной деградации мишени в процессе работы сложно обеспе мить высокие разрешающие способности и оптичес ос качество (например, отсутствие пятнистости, интерференционных полос), пре бразованных Титусом записываемых cii налов и достаточное число градаций яркости что з конечном итоге ограничивает динамический д гапазон устройства

Указанные недостатки Титуса частично устранены в Pfv C, использующие в каче- сгва экрана ЭЛТ электрооптическую керамику

Недостатками известного устройства являются наличие фазовых искажений в формируемых массивах данных, появление в некоторых случаях резонансного звена

2

00 ЧЭ

О W

на высоких частотах переключения элемента а также деградации свойств электрооптической керамики с ростом количества циклов электроопгического переключания, что в конечном итоге приводит к ограничению динамического диапазона записи.

Применение в качестве ПМС магнитооптических сред позволяет избавиться от перечисленных выше недостатков,

Наиболее близким к предлагаемому яв- пяется способ термомагнитной записи с последующим считыванием световым лучом, основанный на воздействии на магнитооптическую среду стирающего магнитного поля с последующим воздействием на нее электронного луча и записывающего магнитного поля в направлении,встречном направлению стирающего поля по нормали к поверхности магнитооптической среды,

ЭЛТ предназначена для использования в запоминающем устройстве, обращение к которому осуществляют периодически.

Короткий импульс тока в намагничивающей катушке, расположенной коаксиаль- но экрану ЭЛТ, которым является расположенная на оптически прозрачной подложке магнитооптическая среда, создает магнитное поле, которое переводит магнитооптическую среду в монодоменное состояние. Затем сформированный электронно-оптической системой электронный луч адресуется в определенную точку на экране ЭЛТ с целью увеличения температуры в этом месте поверхности до значения выше температуры точки Кюри и перевода нагреваемого участка экрана в парамагнитное состояние После окончания воздейстаия электронного луча происходит остывание записываемого участка с постепенным переводом его в ферромагнитное состояние, причем под влиянием внешнего магнитного поля катушки, направление и величина тока в которой соответствует записываемой информации и синхронизируется с током воз- буждения электронной пушки, в записываемой точке создается намагниченность, направление которой определяется величиной и направлением внешнего магнитного поля, создаваемого током в намаг- ничиваюшей катушке

Считывание записанной информации осуществляет путем вращения плоскости поляризации направленного на экран ЭЛТ светового луча.

Недостатком известного устройства являются малая величина угла вращения пло скости поляризации считывающего луча и низкий динамический диапазон записи. Некоторое увеличение динамического зона записи может быть достигнуто

уменьшением минимальной площади элемента записи, что достигается обычно уменьшением толщины магнитооптической среды Уменьшение толщины магнитооптической среды, в свою очередь, приводит к уменьшению угла вращения плоскости поляризации считывающего светового потока, что в конечном итоге влечет за собой ограничение динамического диапазона Таким

образом, динамический диапазон известного устройства ограничен противоречивыми требованиями1 необходимостью обеспечения возможности записи элемента минимальных линейных размеров и

необходимостью повышения угла вращение плоскости поляризации считывающего светового потока Кроме того, управление направлением вектора намагниченности записываемого участка направлением тока

в намагничивающей катушке резко ограничивает скорость записи информации индуктивностью намагничивающей катушки,

Цель изобретения -- повышение динамического диапазона записи,

Поставленная цель достигается тем, что

в способе термомагнитной записи, основанном на воздействии на магнитооптическую среду электронным лучом, предварительно ча магнитооптическую среду наносят дополнительный слой ферромагнитного материала, коэрцитивная сила которого превышает коэрцитивную силу магнитооптической среды, после чего намагничивают дополнительный коэрцитивный слой в плоскости легкого намагничивания полем напряженностью Н, где

Нс+ (Нн-Нг),

где Нс - коэрцитивная сила коэрцитивного слоя;

Нн - напряженность поля насыщения коэрцитивного слоя.

Поставленная цель достигается также тем, что между магнитооптической средой и коэрцитивным слоем помещают отражающий считывающий световой луч слой,

Известны многослойные структуры, в которых применяется дополнительный слой ферромагнитного материала, коэрцитивная сила которого превышает коэрцитивную силу магнитооптической среды. Но перед осуществлением термомагнитной записи коэрцитивной слой намагничивают вдоль оси трудного намагничивания до насыще- 5 ния.

В изрестном решении конфигурация доменной структуры магнитооптической среды определяется полями рассеивания элементов записи высокозрцитивногослоя, что позволяет увеличив угол вращения плоскости поляризации, считывающего светового потока. Однако это не приводит к суще- ственному увеличению динамического диапазона термомагнитной записи, так как намагниченность всех элементов записи ко- эрцитивного слоя после окончания воздействия электронным лучом и их остывания будет одинакова, а направление вектора намагниченности элементов записи будет противоположно направлению вектора на- магниченности коэрцитивного слоя, что будет соответствовать минимуму потенциальной энергии магнитной системы.

Таким образом в известном решении току электронного луча, нагревающего коэрцитивный слой в области элемента записи выше температуры точки Кюри, будут пропорциональны только линейные размеры элементов термомагнитной записи,

В предлагаемом способе благодаря намагничиванию дополнительного коэрцитив- -ного слоя вдоль оси легкого намагничивания полем, определенной выше напряженностью Н, проявляется новое технологическое свойство - использование температурной зависимости намагниченности коэрцитивного слоя от напряженности коэрцитивного поля.

Предлагаемые условия воздействия на коэрцитивный слой позволяют существенно повысить динамический диапазон термомагнитной записи засчет управления током электронного луча не только линейными размерами элементов записи, а и величи- ной намагниченности коэрцитивного слоя в области элементов записи.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для осуществления способа термомагнитной записи с последу- ющим считыванием световым лучом; на фиг 2 - зависимость намагниченности коэрцитивного слоя от напряженности магнитного поля, направление которого совпадает с осью легкого намагничивания, для различ- ных значений температуры.

Устройство содержит отпаянную ЭЛТ 1, экраном которой является магнитооптическая пленка 2, выращенная на подложке 3. На магнитооптическую пленку может быть нанесен отражающий считывающий оптический луч слой 4. на который нанесен слой коэрцитивного ферромагнитного материа- лЭ ь, содержащий контактные площадки б, катушку 7 стирания и намагничиазния, со- здающую напряженность магнитного поля по направлению Н, катушки кадровой 8 и строчной 9 откпоняющих систем, фокусирующую катушку 10, электронно-оптическую систему, состоящую из анода 11 и дизфрагмы 12, катодно-модулирующую систему, состоящую из мо дулятора 13, электрод которого является входом устройства, катода 14 и канала 15.

В качестве магнитооптической среды 2 может быть использована магнитооптическая пленка висмутсодержащего феррита- граната толщиной примерно 6-8 мкм, обладающая большим Фарадеевским вращением, выращенная на подложке 3 галий- гадалиниевого граната.

В качестве отражающего слоя может быть использована серебряная пленка тол- щиной примерно 300 А, или пленка из любого другого материала, имеющая хорошие отражающие свойства и не искажающая и не ослабляющая магнитные поля. Коэрцитивный слой 5 может быть, например, из двуокиси хрома толщиной 2-5 мкм, являющийся ферромагнитным материалом, обладающим сравнительно низкой температурой точки Кюри (130°С), высокой величиной намагниченности насыщения и относительно низким коэффициентом теплопроводности.

В качестве электронно-оптической и кэ- тодно-модулирующей системы 11/15 могут быть использованы системы, применяемые вЭЛТ13ЛК16Л.

Способ осуществляют следующим образом.

На магнитную среду наносят последовательно отражающий считывающий световой луч слой и коэрцитивный слой. Применение отряжающего слоя дает возможность увеличить отражающую ПМС оптическую мощность считывающего светового луча. Применение коэрцитивного слоя дает возможность увеличить угол вращения плоскости поляризации считывающего луча увеличением толщины магнитооптической среды, не ограничивая при этом динамический диапазон минимальной создаваемой площадью элемента термомагнитной записи, как это было в случае воздействия электронным лучом непосредственно на магчитооптическую среду в известном способе.

Затем коэрцитивный слой размагничивают, воздействуя на него переменным мэг- нитным полем, величину и направление вектора напряженности которого в процессе воздзйствия изменяют по направлению в плоскости легкого намагничивания коэрци- тивного слоя, и в течение не менее четырех периодов изменения направлении по амплитуде от 0,9 Нн до нуля, где Нн - напряженность поля насыщения коэрцитивного слоя.

Размагничивание коэрцитивного слоя позволяет провести намагничивание его

вдоль оси легкого намагничивания полем напряженностью Н где

Нс И Нс 1/2 (Ни -Нс), где Нг - коэрцитивная сила коэрцитивного слоя.

Предварительное намагничивание коэрцитивного слоя вдоль оси легкого намагничивания позволяет использовать различие зависимости намагниченности коэрцитивного слоя от напряженности магнитного поля, направление которого совпадает с осью легкого намагничивания для различных значений температуры нагрева коэрцитивного слоя.

Затем на намагниченный коэрцитивный слой воздействуют электронным лучом, который нагревает некоторый объем коэрцитивного слоя - элемент записи. Линейные размеры и температура нагрева элемента записи будут пропорциональны как мощности, а следовательно и току электронного луча, так и времени воздействия электронным лучом на нагреваемую область. Таким образом, после остывания коэрцитивного слоя в области элемента записи току воздействовавшего электронного луча будут пропорциональны не только линейные размеры, а и намагниченность коэрцитивного слоя созданного элемента записи При этом поля рассеивания созданного элемента записи будут определять конфигурацию доменной структуры магнитооптической среды. Записанную электронным лучом информацию считывают путем поворота плоскости поляризаций светового луча, проходящего через магнитооптическую среду и отраженного коэрцитивным слоем в случае отсутствия отражающего слоя, или ртражающим слоем, если он имеется.

Следует отметить, что невыполнение вышеуказанного условия Нс Н Не + 1/2 (Нн - Нс) ведет к неработоспособности способа вследствие невозможности ориентации в плоскости легкого намагничивания магнитных моментов доменов в остывающем элеменге записи в случае Н Нс и уменьшению диапазона изменения температурной зависимости величины намагниченности в остывающих элементах записи, а следовательно, и уменьшению динамического диапазона записи в случае Н Нс +

+ 1/2(Нн-Нс).

Таким образом, управление как линейными размерами, так и намагниченностью коэрцитивного слоя в области элемента записи за счет предлагаемых условий предварительного воздействия на коэрцитивный слой магнитным полем, а также предлагаемой ориентацией вектора напряженности коэрцитивного поля коэрцитивного слоя дает возможность увеличения диапазона управления пространственным периодом доменной структуры магнитооптического слоя. Кроме того, поскольку динамический

диапазон пропорционален отношению максимального размера элемента записи к минимальному, то в предлагаемом способе по сравнению с известным вследствие того, что нагреву подвергается не магнитооптиче

0 ский, а коэрцитивный слой, появляется возможность дополнительного увеличения динамического диапазона за счет увеличения угла поворота плоскости поляризации считывающего светового луча путем увели5 чения минимального размера элемента записи, так как в предлагаемом способе минимальный размер элемента записи определяется не толщиной магнитооптического слоя, а толщиной и намагниченностью

0 коэрцитивного слоя

Рассмотрим пример осуществления способа устройством, приведенным на фиг, 1.

Перед началом проведения термомаг5 нитной записи на контактные площадки 6 (фиг. I) подают импульсный ток, который, проходя по коэрцитивному слою 5, разогревает его до температуры ниже температуры его точки Кюри на 5-10°С, это обеспечивает

0 необходимые температурные условия проведения термомагнитной записи. Током ка- тушки 7 создают знакопеременное, затухающее по времени-до постоянной напряженности Н магнитное поле, вектор на5 пряженности которого параллелен оси легкого намагничивания коэрцитивного слоя Затухающее знакопеременное магнитное поле стирает записанную ранее информацию с экрана ЭЛТ, а его постоянная

0 составляющая Н намагничивает коэрцитивный слой,ориентируя в направлении легкого намагничивания магнитные моменты относительно небольшой части доменов коэрцитивного слоя,

5 Далее производят термомагнитную запись. На модулятор 13 катодно-модулятор- ной системы, который является информационным входом устройства, подают напряжение, соответствующее записы0 заемой информации, которое изменяет мощность записывающего электронного луча. Электронный луч, сформированный электронно-оптической системой 11-12 и сфокусированный магнитным полем фоку5 сирующей системы 10, адресуется отклоняющей системой 8 и 9 в определенную точку коэрцитивного слоя 5, в которой будет произведена запись. В данной точке электронный луч нагревает некоторый объем слоя 5 до определенной температуры, близкой к

точке Кюри, значение которой определяется мощностью и временем воздействия электронного луча. После окончания воздействия электронного луча нагретый участок коэрцитивного слоя - элемент записи - остывает.

Так как ча магнитные домены в остывающем элементе записи воздействует магнитное поле намагниченного коэрцитивного слоя, то домены элемента записи, стремясь занять энергетически выгодное положение минимума потенциальной энергии всей магнитной системы, будут ориентированы так, чтобы вектор намагниченности элемента записи был сонаправлен вектору намагниченности коэрцитивного слоя.

Вследствие значительной температурной зависимости намагниченности коэрцитивного слоя (фиг. 2) величина результирующего поля рассеяния, создаваемая образованным элементом записи, будет определяться как напряженностью намагничивающего поля коэрцитивного слоя, так и максимальной температурой в области элемента записи в момент проведения термомагнитной записи. Кроме того, мощности и времени воздействия электронным лучом пропорциональны также и линейные размеры элемента записи.

Таким образом, за счб предваритепь- ного намагничивания коэрцитивного слоя вдоль оси легкого намагничивания появляется возможность управления как намагниченностью, так и линейными размерами элемента записи,

Так как коэрцитивный слой 5 (фиг. 1) наложен на магнитооптическую среду 2 (в случае отсутствия тонкого отражающего слоя 4), то конфигурация доменной структуры магнитооптической среды определяется магнитными полями рассеяния элементов записи на коэрцитивном слое Следовательно, геометрические размеры и местоположение элементов термомагнитной Зописи на коэрцитивном слое 6v4yT определять геометрические размеры и местоположение доменов магнитооптической среды, ориентированных магнитными полями рассеяния соответствующих элементов записи.

Оптический считывающий луч, проходя через магнитооптическую среду 2 со стороны подложки 3 и отражающийся от коэрцитивного слоя 5, изменяет плоскость поляризации в соответствии с пространственной конфигурацией доменной структуры магнитооптической среды 4 Таким образом, происходит пространственная модуляция плоскости поляризации считывающего оптического луча элементами термомагнитной электронно-лучевой записи

Предлагаемое решение позволяет увеличить диапазон термомагнитной записи как вследствие управления намагниченностью в элементе записи, так и линейными 5 размерами элемента записи максимальной температурой нагрева, определяемой мощностью и временем воздействия электронного луча, и за счет возможности увеличения поворота плоскости поляризации считывэ- 0 ющего луча путем увеличения толщины магнитооптической среды, а также за счет возможности получения высокой намагниченности в элементе записи и возможности уменьшения минимальных размеров эле- 5 мента записи уменьшением коэффициента теплопроводности коэрцитивного слоя при условии сохранения относительно низкой температуры точки Кюри коэрцитивного слоя.

0 Применение отражающего считывающий световой луч слоя приводит к дополни- тельному увеличению динамического диапазона, так как в этом случае увеличивается отражаемая ПМС мощность, что, в свою

5 очередь, позволяет уменьшить влияние поглощения оптической мощности магнитооптической средой и дает возможность дополнительно увеличить угол поворота плоскости поляризации считывающего CEG0 тового луча путем увеличения толщины магнитооптического слоя.

Предлагаемый способ тёрмомагнитной записи обеспечивает по сравнению с известным существенное увеличение дииамиче5 ского диапазона записи за счет нанесения на ма-нигооптмческу о среду /11эполнитзль ного слоя ферромагнитного материала и намагничивания коэрцитчв ото слоя при предлагаемых условиях предварительного

0 воздействия на коэрцитивный слой магнитным полем, а также предлагаемой ориентации вектора напряжечкости коэриитивг ого слоя вдоль оси легкого намагничивания коэрцитивного слоя. Это позволяет управлять

5 как линейными размерами, так и намагниченностью коэрцитивного слоя в сбгасги элемрмта записи, э следовательно и увеличить диапазон управления прсстргнст н- ьым периодом доменной структуры

0 магнитооптического слоя Кромз того, вследствие того, что нагреву подвергаемся не магнитооптический, а коэрцитивный слой, появляется возможность дополнительного увеличения динамического диапа5 зона за счет увеличения угла повороту плоскости поляризации считывающего светового луча путем увеличения толщины магнитооптического слоя, не ограничивая при этом динамический диапазон минимальным линейным размером элемента записи. Применение отражающего считывающий световой луч слоя приводит к дополнительному увеличению динамического диапазона

Формулаизобретения

Способ термомагнитной записи на многослойную структуру, содержащую основной слой из магнитооптического материала и дополнительный слой из ферромагнитно- го материала с коэрцитивной силой большей, чем у основного слоя, включающий нагрев многослойной структуры, воздействие стирающим магнитным полем и записывающим лучом, отличающийся тем,

что, с целью повышения динамического диапазона, воздействие стирающим магнитным полем осуществляют в плоскости легкого намагничивания дополнительного слоя, затем до начала воздействия записывающим лучом дополнительный слой размагничивают, воздействуя на него в плоскости легкого намагничивания магнитным полем с напряженностью Н, выбранной из выражения

Нс Н Нс+ 1/2 (Нн - Нс), где Нс и Нн - коэрцитивная сила-и напряженность поля насыщения дополнительного слоя соответственно, А/м,

Использование электронно-лучевые трубки систем оптической обработки или отображения информации, другие устройства, использующие пространственные модуляторы света Сущность изобретения многослойную структуру с основным слоем (ОС) из магнитооптического материала и дополнительного слоя (ДС) из ферромагнитного материала с коэрцитивной силой , чем у основного слоя, нагревают затем воздействуют стирающим магнитным полем ь плоскости легкого намагничивания ДС После чего ДС размагги (ивзют, воздействуя на H8f о в той жо плоскостч магнмтиь м полем определенной напряженности и производят запись 2 ил (Л

В Ъ$

8«

Зз

8г

6,

Вход