Магнитооптический управляемый транспарант Советский патент 1992 года по МПК G11C11/14 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в системах оптической обработки информации, сверхскоростного распознавания образов в оптических процессорах, голографических ЗУ, быстродействующих лазерных матричных принтеров с формированием изображения в течение заданного времени.

В настоящее время существуют различные типы управляемых оптических транспарантов, в том числе и магнитооптические управляемые транспаранты (МОУТ).

В МОУТ элементами памяти являются области магниточувствительного материала, ограниченного токовыми шинами управления. чИзменение магнитного состояния адресуемой области производится в локальном магнитном поле, образуемом токовыми шинами. Хранение информации осуществляется благодаря повышенной коэрцитив- ности материала.

Недостатками таких МОУТ яв ляются:

а)низкое быстродействие, обусловленное как значительной коэрцитивностью образца, а значит и малыми скоростями движения доменных границ (ДГ), так и отсутствием зародышей обратной намагниченности в ячейках и необходимостью создания таковых

б)ограничение надежности записи информации вследствие вероятностного характера образования зародышей обратной намагниченности и невероятностного распределения дефектов в высококоэрцитивном материале.

Прототипом изобретения является магнитооптический пространственно-временной модулятор света, содержащий магниточувствигельную пластинку, постоянные магниты и перекрестные шины записи и хранения информации. Для записи и хранения информации используется движение единственной доменной стенки в гради- ентом магнитном поле и локальные магнитные поля, создаваемые токоведущи- ми перекрестными шинами Шины столбцов используются для записи информации, а шины строк - для ее хранения

Недостатками устройства-прототипа являются:

а)значительные величины токов управления, связанные с необходимостью компенсировать поле управляющей катушки,

б)эффект накопления деформации ДГ при ее движении, а значит, и уменьшение надежности системы,

в)наличие градиентного поля, создающего одингчную ДГ, приводящее к необходимости корректировки амплитуды

управляющих токов в различных строках транспаранта,

г)необходимость применения компенсирующих проводников строк и столбцов, и

5 связанное с этим усложнение технологии изготовления токовых матриц,

д)необходимость строго параллельного движения ДГ относительно строк.

Целью изобретения является повыше- Ю ние надежности и быстродействия МОУТ,

Цель достигается применением в качестве рабочего материала прозрачной одноосной пластинки ортоферрита иттрия с высокой скоростью движения ДГ (20 км/с),

5 однородной по своим магнитным, магнитооптическим и магнитодинамическим свойствам, на поверхности которой методом фотолитографии нанесены взаимоортого- нальные шины записи (столбцы) и хранения

0 (строки) информации. Пластина помещена в постоянное пространственно-модулированное поле, создаваемое постоянными полосовыми Магнитами, намагниченными в плоскости, создающее структуру полосовых

5 доменов с периодом равным периоду этого поля Строки матрицы состоят из незамкнутых катушек, соединенных токовыми шинами, а столбцы из пар параллельных проводников с расстоянием между шинами

0 в паре,равным диаметру катушки: оси симметрии проходят через центры катушек. Расстояние между строками равно периоду пространственно-модулированного поля, а ДГ располагаются параллельно строкам и

5 вне катушек. Заполнение транспаранта ведется построчно. Запись информации в ячейках строки происходит в момент втягивания в них области противоположной намагниченности полем столбцов при подаче

0 на них токового импульса и удерживается полем строк Импульс поступает на шины строк в момент окончания импульсов в столбцах и его длительность определяет время хранения информации. При записи последу5 ющих строк поле этой строки препятствует записи информации в тех ячейках предыдущей строки, где она отсутствовала. Фиг. 1-4 поясняют изобретение. Модель транспаранта схематически

0 изображена на фиг. 1.

Полосовые магниты нанесены на пластинку ортоферрита иттрия 1 и намагничены в плоскости так, как показано на рисунке На противоположную сторону пластин5 ки ортоферрита 1 нанесены взаимоортогональные шины записи 2 (столбцы) и удержания 3 (строки) информации. (Возможно нанесение структуры шин и магнитов отдельно на кварцевые подложки с помещением пластинки ортоферрита между ними)

Расстояние между строками равно периоду страйп-структуры ортоферрита. Стрелками указаны направления намагниченности в магнитах и доменах.

На фиг. 2 изображена реальная структура полосовых доменов в пластинке ортоферрита иттрия толщиной 100 мкм, полученная при помещении пластинки в пространственно модулированное поле полосовых магнитов (черные полосы на фотографии), ДГ разделяет области с противоположной намагниченностью (белые и серые полосы на фотографии). Для иллюстрации сверху на пластинку наложена структура шин, нанесенных на стеклянную подложку. Период страйп-структуры 400 мкм (естественный период - 800 мкм).

На фиг. 3 схематично изображен момент записи информации (фиг. За), когда есть ток в столбце, и хранения информации (фиг, 36), когда есть ток в строке. Запись информации осуществляется построчно и организована следующим образом. При подаче на шины столбцов 2 токового импульса (при отсутствии тока в строках) происходит втягивание в ячейки строк(3) области противоположной намагниченности, т.е. в ячейках появляются зародыши. При включении тока в строках эти зародыши разрастаются. Ток в столбцах при этом выключается. Направление тока в ячейках строк выбирается так, что область обратной намагниченности существует только в ячейках, вокруг же ячеек образуется магнитостатический барьер, препятствующий проникновению в них этих областей вне зависимости от того, записана или не записана в ячейке информация. Запись информации ведется одновременно по всем столбцам, а заполнение МОУТ - построчно.

Устройство работает следующим образом,

Заполнение транспаранта информацией можно проиллюстрировать на примере-работы МОУТ, состоящего из четырех ячеек (фиг. 4а). Указано исходное положение ДГ, буквой А обозначены полосовые магниты, буквой dj обозначены номера ячеек, где, как обычно, первый индекс обозначает номер строки, а второй - номер столбца: указаны направления намагниченности в доменах. Временная диаграмма импульсов представлена на фиг 46. Пусть в некоторый момент времени t 0 одновременно поступают импульсы записи на шины столбцов, причем на столбец 1 импульс поступает, а на столбец 2 не поступает (логические 1 и 0). Длительность ( т) и амплитуда (I) импульса тока в столбце определяются скоростью ДГ, расстоянием начального положения ячейки и весьма мало, а незначительная индуктивность шин столбцов обеспечивает необходимую крутизну фронтов. В момент времени ti подается импульс тока в строку, допустим 1, при этом произойдет сохранение информации в ячейке Он и не произойдет в ячейке Oi2 . Длительность импульса в строке Т определяет время хранения информации. В следующий момент времени t2, при этом ДГ за счет градиентного поля возвращается в исходное положение, вновь поступают токовые импульсы на столбцы, допустим импульс поступил на

столбец 2 и не поступил на столбец 1. (Время t t2-ti можно существенно уменьшать, сделав выброс обратной полярности на заднем фронте импульсов столбцов). При этом произойдет запись информации в ячейке

022 и не произойдет в ячейке 021. В ячейке Oi2 не произойдет записи информации из- за наличия магнитостатического барьера вокруг нее (фиг. 36), а следовательно, не будет и сбоя записи информации. В момент

окончания импульса в столбцах (время t3 t 2 + т) подается импульс тока в строку 2. В результате в момент ts будет записана информация в ячейках Он, 022 и не записана в ячейках Oi2, 02i. Далее процесс заполнения МОУТ аналогичен.

Пример конкретного выполнения Приведем приблизительные параметры МОУТ. Диаметр ячейки 50-200 мкм, ширина шин из алюминия 15-30 мкм,

расстояние между ячейками 100-300 мкм, период страйп-структуры 100-300 мкм, ширина полосовых магнитов, например, из SmCos 50-150 мкм. При оптимальной толщине пластинки ортоферрита иттрия 60 мкм

оптическая эффективность г 10-25%,

контраст изображения уст(400:1). Скорость

ДГ в ортоферрите иттрия V 4 км/с при Н

25 Э и V 10 км/с при Н 80Э. Тогда

не, i 0,05 А при V 4 км/с и не, ,2 A

при V 10 км/с. Амплитуда тока в строке 1 0,2-0,5 А. Минимальное время заполнения МОУТ с размером матрицы 128x128 при V 10 км/с составит Т0 -4 мкс. Для сравнения дадим параметры наиболее быстродействующего МОУТ: у (100:1), г) 10%, Ы0,1 А, Т0 10 мкс (матрица 128x128).

Таким образом, изобретение в принципе позволяет реализовать быстродействие записи строк Т 1 не и записи матрицы 128x128 за время Т0 0,1 мкс, что особенно актуально в связи с разработкой ЭВМ с тактовой частотой более 1 ГГц, способной реализовать возможности предлагаемого МОУТ.

Формула изобретения Магнитооптический управляемый транспарант, содержащий прозрачную одноосную магнитную пластинку ортоферрита иттрия с нанесенными на нее шинами записи и хранения информации, постоянные магниты, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и надежности, постоянные магниты выполнены в виде взаимно параллельных полосовых маг0

нитов, намагниченных в поперечном направлении в одну сторону и расположенных параллельно шинам хранения информации и между ними, шины записи информации расположены перпендикулярно шинам хранения информации и выполнены в виде параллельных проводников, а шины хранения информации выполнены в виде последовательно соединенных одно- витковых незамкнутых катушек.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в оптических процессорах и голографических ЗУ Цель изобретения - повышение надежности и быстродействия транспаранта. Магнитооптический управляемый транспарант содержит в качестве рабочего материала прозрачную одноосную пластинку 1 орто- феррита иттрия с высокой скоростью движения доменной границы (20 км/с), однородную по своим магнитным, магнитооптическим и магнитодинамическим свойствам. За счет помещения пластинки в пространственно модулированное поле, создаваемое полосовыми магнитами 4, в ней реализуется структура полосовых доменов с периодом, существенно меньшим равновесного и определяемым периодом этого поля. При этом запись информации в транспарант ведется построчно в результате втягивания в катушки строки ближайшей к ней доменной границы полем столбцов 2, состоящих из пары параллельных проводников. Расстояние между шинами в паре примерно равно диаметру катушек. Домены противоположной намагниченности удерживаются полем катушек этой строки 3, которое, кроме того, препятствует проникновению доменной границы в катушки записанной строки при записи последующих строк 4 ил. Ё Ч| 00 00 ел VJ 00 4

яшт

яттттшт

чтютттялт

&$ т «1 $

,2

4

I-OC

/

7

Ь

t

о.

фье.З

1 I

I I

1 0

Б

to tj li t$