Устройство для визуализации и топографирования пространственно-неоднородного магнитного поля Советский патент 1993 года по МПК G11B11/14 

СлЭ

ю

Использование: прикладная магнитооптика, воспроизведение информации с помощью оптических средств. Сущность изобретения: излучение источника света 1 проходит поляризатор 2, доменосодержа- щую пленку 4. анализатор 5 и поступает в блок 6 регистрации. Доменосодержащая пленка 4 магнитосвязана с магнитным блоком 3, выполненным в виде источника переменного и/или импульсного магнитного поля, направленного вдоль оси легкого намагничивания доменосодержащей пленки. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

WH1

ЕЕП

J

А

Фиъ.1

Изобретение относится к области прикладной магнитооптики, в частности к устройствам воспроизведения с помощью магнитных средств, и может быть использовано при выявлении фальшивых денежных купюр, казначейских билетов, ценных бумаг, кредитных карточек, в которых информация записана с помощью покрытий , содержащих частицы магнитного материала, а также при выявлении дефектов в изделиях из стали и других магнитных материалоа.

Цель изобретения - повышение чувствительности и расширение спектра пространственных частот при визуализации и телеграфировании, а также расширение диапазона напряженностей топографируемо- го магнитного поля и выявление дефектов в магнитных материалах и элементах.

Изобретение поясняется чертежами приведенными на фиг.1-5.

На фиг.1 изображено устройство, содержащее источник света 1, поляризатор 2, блок переменного и/или импульсного магнитного поля 3, доменосодержащую прозрачную пленку 4, анализатор 5 и блок регистрации 6; на фиг.2 - магнитный блок, содержащий кроме источника переменного магнитного поля 3 также источник постоянного магнитного поля 7; на фиг.З - устройство, работающее в режиме на отражение (как поляризационный микроскоп), что обеспечивается использованием светоделителя 8. На фиг.4 показано устройство с фотоэлектрической регистрацией, содержащее фотодетектор 9 и двухкоординатный регистратор (самописец) 10, а также линзы 11 и 12, блок сканирования излучения источника света 13 и блок управления сканированием 14.

Устройство работает следующим образом, Свет от источника света 1 последовательно проходит через поляризатор 2, доменосодержащую пленку 4, анализатор 5 и попадает на блок регистрации 6. Доменная структура в пленке 4 визуализируется с помощью магнитооптического эффекта Фа- радея. В отсутствие магнитных полей в пленке 4 реализуется лабиринтная доменная структура. Доменосодержащую пленку 4 помещают в визуализируемое пространственно-неоднородное магнитное поле. Это поле создает локальные магнитостатиче- ские ямы, на которых закрепляются доменные стенки в пленке 4. Приложение переменного и/или импульсного магнитного поля от блока 3, направленного вдоль оси легкого намагничивания доменосодержа- щей пленки 4, вызывает движение незакрепленных доменных стенок. Если время

наблюдения много больше периода переменного и/или импульсного магнитного поля, то изображение незакрепленных доменных стенок практически полностью

размывается (занимаемая ими область выглядит как серый фон), тогда как в области, где локализованы магнитостатические ямы, наблюдается доменная структура. Приложение постоянного магнитного поля с помощью блока 7 приводит к увеличению амплитуды колебаний доменных стенок вследствие разрежения невыгодно намагниченных доменов, что обеспечивает повышение чувствительности, Приложение

компенсирующего магнитного поля от блока 7 позволяет телеграфировать слабые пространственные вариации магнитного поля, напряженность которого превышает поле насыщения доменосодержащей пленки 4, что расширяет диапазон напряженностей топографируемого магнитного поля.

Если источник пространственно-неоднородного магнитного поля является непрозрачным, то наблюдение доменной

структуры в пленке 4 проводят с помощью поляризационного микроскопа на отражение (см. фиг.З). В обоих случаях регистрацию доменной структуры в пленке проводят визуально, либо с помощью теле- или видеокамеры с монитором, снабженным устройством усреднения сигнала. В устройстве поляризационный микроскоп сформирован объективом, окуляром (не показаны), источником света, поляризатором, светоделителем и анализатором (фиг.З).

Магнитостатические ямы облегчают разрыв полосовых доменов и образование цилиндрических магнитных доменов (ЦМД), который происходит при меньшей амплитуде и/или длительности импульсного магнитного поля по сравнению со случаем, когда пространственно-неоднородное магнитное поле отсутствует. Указанный разрыв происходит вблизи границы области локализации

пространственно-неоднородного магнитного поля. При периодическом воздействии импульсов магнитного поля вследствие эффекта отталкивания ЦМД закрепленными полосовыми доменами ЦМД продвигается в

сторону области, свободной от магнитоста- тических ям, Процесс зарождения новых ЦМД непрерывно повторяется, в результате вне области локализации пространственно- неоднородного магнитного поля формируется решетка ЦМД, а внутри указанной области остаются полосовые домены.

При фиксированной амплитуде, переменного или импульсного магнитного поля наличие магнитостатических ям приводит к

тому, что амплитуда колебаний закрепленных доменных стенок практически на порядок ниже, чем амплитуда колебаний свободных доменных стенок. Это позволяет топографировать пространственно-неоднородное магнитное поле при фотоэлектрической регистрации путем сканирования излучения источника света по площади до- меносодержащей пленки (фиг.4).

При использовании прототипа визуализация и топографирование неоднородного магнитного поля обеспечиваются, только если пространственный период этого поля близок к периоду доменной структуры в доменосодержащей пленке 4, а разница между максимальным и минимальным значениями неоднородного поля сравнима или превышает поле насыщения пленки. Использование изобретения обеспечивает одновременно повышение чувствительности и расширение пространственных частот при топографировании вследствие использования иного физического эффекта для визуализации и телеграфирования неоднородного магнитного поля, Устройство не теряет работоспособность вплоть до периода неоднородного магнитного поля, сравнимого с шириной доменной стенки, которая на два порядка величины меньше, чем ширина доменов. Сверху пространственный период ограничивается только размером поля зрения при визуализации доменной структуры. Это ограничение снимается, если использовать сканирование излучением источника света 1 или пространственное перемещение пленки 4 относительно оптической оси,

При сканировании узким пучком излучение от источника света 1 по поверхности доменосодержащей пленки и регистрации сигнала с фотодетектора 9 места закрепления доменных стенок индентифицируются как минимумы на координатной зависимости амплитуды сигнала, по которым и топо- графируют пространственно-неоднородное магнитное поле. Амплитуда колебаний доменных стенок может быть на один - два порядка величины меньше ширины доменов,

В качестве доменосодержащей пленки целесообразно использовать висмутсодер- жащие монокристаллические пленки феррит-гранатов (Вс-МПФГ) состава R3-xBixFe5-yGayOi2. где R - один или несколько редкоземельных ионов, 0,5 х 2,0, О у 1,8, выращенных на подложках немагнитных гранатов методом жидкофаз- ной эпитаксии и обладающих одноосной магнитной анизотропией.

П р и м е р 1. Источником пространственно-неоднородного магнитного поля служил рисунок, нанесенный на стекло с помощью краски, которая содержала маг- 5 нитные частицы. Это поле визуализировали с помощью поляризационного микроскопа МИН-8, на столике которого размещались две соосные катушки. Первая катушка, подключенная к источнику переменного тока

0 (ГЗ-34), служила для создания переменного магнитного поля, Вторая катушка, подключенная к источнику тока ТЕС-5020, служила для создания постоянного магнитного поля. Доменосодержащую пленку состава

5 (Y, LuBI)3(Fe,Ga)sOi2 с толщиной 5,8 мкм, периодом полосовых доменов 32 мкм, поле насыщения 53 Э, поле одноосной анизотропии 2400 Э, выращенную на подложке из гадолиний-галлиевого граната с ориента0 цией (III) (эта пленка использовалась во всех примерах конкретного выполнения), приводили в контакте рисунком, В отсутствие переменного магнитного поля (реализа- ция прототипа) магнитный рисунок

5 практически не влиял на доменную структуру в пленке. Приложение переменного магнитного поля с амплитудой меньше поля насыщения доменосодержащей пленки вызывало колебание доменных стенок и перемещение доменов по площади во всех

0 областях, не контактирующих с рисунком. Там, где нанесен рисунок, происходило за- крепление доменных стенок. При работе устройства реализовывалось соотношение Тнабл Тпер, где Тнабл - время регистрации

5 доменной структуры, ТПер - период переменного или импульсного магнитного поля. При таком соотношении области пленки 4, не контактирующие с рисунком, выглядели как серый фон, тогда как остальные

0 области пленки 4, взаимодействующие с магнитным рисунком, содержали визуали- зируемую доменную структуру. Приложение постоянного магнитного поля вызывало увеличение перемещения доменных сте5 нок, поскольку доменных стенок, поскольку домены перемещались по площади пленки 4 как целое. Если напряженность постоянного магнитного поля выбиралась вблизи поля эллиптической неустойчивости ЦМД,

0 то даже переменное магнитное поле с малой амплитудой вызывало значительное перемещение доменов.

П р и м е р 2. Вместо переменного магнитного поля к пленке 4 с помощью пары

5 катушек Гельмгольца прикладывали импульсное магнитное поле (импульсы тока в эти катушки подавали от генератора Г5-15 через усилитель-ограничитель). Амплитуду и

длительность импульсов подбирали такой. чтобы происходил разрыв полосовых доменов и образование ЦМД. Пространственно- неоднородное магнитное поле визуализи- ровалось как области, где сохраняются полосовые домены.

П р и м е р 3. Источником пространственно-неоднородного магнитного поля служили цифры на 100-рублевых купюрах образца 1991 г. Это поле визуализировали с помощью поляризационного микроскопа типа EPIG1MOST, работающего в режиме на отражение. Визуализацию пространственно-неоднородного магнитного поля проводили так же, как в примерах 1 и 2.

П р и м е р 4. На выходе поляризационного микроскопа помещали телекамеру, подключенную к монитору CONPAC, на котором наблюдали изображение доменной структуры.

П р и м е р 5. В устройстве, аналогичном описанному в примере 1, в качестве источника света использовали He-Ne-лазер. Узкий пучок излучения этого лазера сканировали по площади пленки 4 с помощью поворачивающегося зеркала, связанного с монитором. Излучение с выхода анализатора 5 с помощью линзы 12 направляли на фотоэлектронный умножитель, сигнал с выхода которого поступал на самописец. Области локализации пространственно-неоднородного магнитного поля идентифицировали по минимуму на координатной зависимости амплитуды сигнала на выходе фотоэлектронного умножителя.

Примерб. В качестве примера выявления дефектов в магнитных материалах использовали лезвия для бритья, которые, как и в. примере 3, помещали на столик поляризационного микроскопа в режиме на отражение. Дополнительно на столике микроскопа укрепляли пару катушек, создающих постоянное магнитное поле в плоскости лезвия, Доменосодержащую пленку приводили в контакт с лезвием. Дефекты в материале лезвия е виде трещин вызывали выпучивание силовых линий магнитного поля из плоскости лезвия и, как следствие, закрепление доменных стенок в пленке 4. Далее это неоднородное магнитное поле визуализировали так же, как в примере 3,

Формула изобретения 1. Устройство для визуализации и топо- графирования пространственно-неоднородного магнитного поля, содержащее оптически связанные источник света, поляризатор, доменосодержащую прозрачную пленку, имеющую ось легкого намагничивания, анализатор блок регистрации, а также магнитный блок, магнитосвязанный с доме- носодержащей прозрачной пленкой, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности и расширения спектра

пространственных частот при визуализации и телеграфировании,. магнитный блок выполнен в виде источника переменного и/или импульсного магнитного поля, направленного вдоль оси легкого намагничивания доменосодержащей пленки.

2, Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что с целью дополнительного повышения чувствительности и расширения диапазона напряженностей телеграфируемого

магнитного поля, в магнитный блок дополнительно введен источник постоянного магнитного поля, направленного вдоль оси легкого намагничивания доменосодержащей пленки,

вход которого связан с выходом синхронизации блока управления сканированием, при этом блок сканирования установлен между источником света и поляризатором,

г .ВС

Л12С181

К

6 игт

И

и 4

з Ж

зм.

1

iO

I

м

Фиг.Ь