36157

Физические основы магнитооптической записи

Реферат

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

В общем случае магнитооптический эффект это изменение оптических свойств вещества в зависимости от его намагниченности или от силы приложенного к нему магнитного поля. силовые линии магнитного поля образуемого ими перпендикулярны поверхности пленки. Если на вещество воздействует внешнее магнитное поле то носители магнетизма данного вещества сориентируются так что направления их магнитных моментов совпадут с направлением внешнего магнитного поля. Мерой изменения магнитного поля в веществе служит величина его магнитной проницаемости μ...

Русский

2013-09-21

72.5 KB

11 чел.

PAGE  3

Физические основы магнитооптической записи

Систему MD можно рассматривать как некий промежуточный вариант между системой оптической записи «Компакт-диск» и системой магнитной записи R-DAT. Запись информации здесь осуществляется путем формирования магнитограммы на поверхности дискового носителя, покрытого магнитооптическим материалом, а считывание этой информации производится уже оптическими методами – с помощью сфокусированного луча полупроводникового лазера.

В основе процесса считывания лежит магнитооптический эффект Керра.

В общем случае, магнитооптический эффект - это изменение оптических свойств вещества в зависимости от его намагниченности или от силы приложенного к нему магнитного поля. Под оптическими свойствами здесь следует понимать отражение, пропускание, поляризацию света и другие явления. Вещества, в которых наблюдается магнитооптический эффект, называются магнитооптическими веществами. Среди них могут быть ферромагнетики, имеющие в своей структуре магнитные атомы, - такие, как Y3Fe5O12 или GdFe3O12; ортоферриты, образующие магнитные домены – такие как CdTbFe или TbFeCo и другие материалы, содержащие металлы и редкоземельные элементы. Тонкие пленки из таких материалов обладают преимущественно перпендикулярной намагниченностью, т.е. силовые линии магнитного поля, образуемого ими, перпендикулярны поверхности пленки.

Магнитные свойства веществ обусловлены магнитными свойствами элементарных носителей магнетизма - движущихся внутри атомов электронов, а также совместным действием их групп. Электроны в атомах, двигаясь по орбитам вокруг ядра атома, образуют элементарные токи или магнитные диполи, которые характеризуются магнитным моментом m. Величина его равна произведению элементарного тока i и элементарной площадки s, ограниченной элементарным контуром m = is. Вектор m направлен перпендикулярно к площадке s по правилу буравчика. Магнитный момент тела представляет собой геометрическую сумму магнитных моментов всех диполей. Кроме орбитальных моментов, электроны, вращаясь вокруг своих осей, создают еще спиновые моменты, которые играют важнейшую роль в намагничивании ферромагнетиков.

Если на вещество воздействует внешнее магнитное поле, то носители магнетизма данного вещества сориентируются так, что направления их магнитных моментов совпадут с направлением внешнего магнитного поля. Возникнет собственное магнитное поле вещества – магнитная индукция.

Мерой изменения магнитного поля в веществе служит величина его магнитной проницаемости μ, показывающая, во сколько раз магнитная индукция внутри данного вещества будет больше магнитного поля в вакууме при воздействии одного и того же внешнего магнитного поля.

Существует три типа магнитных веществ: парамагнетики, диамагнетики и ферромагнетики.

Парамагнетики – это вещества, носители магнетизма которого способны ориентироваться по направлению внешнего магнитного поля и усиливать это поле на незначительную величину. У парамагнетиков μ лишь ненамного больше 1. В отсутствии внешнего поля ориентация носителей магнетизма вновь становится хаотичной.

Диамагнетики – это вещества, способные создавать внутри себя поле, ослабляющее внешнее магнитное поле. У диамагнетиков μ<1. В отсутствии внешнего магнитного поля атомы или молекулы диамагнетиков не имеют магнитных моментов.

Ферромагнетики – это вещества, обладающие высоким значением магнитной проницаемости, которая может достигать сотен и тысяч единиц. Ферромагнетиками их называют по своему наиболее распространенному представителю - железу. Ферромагнетики способны сохранять состояние намагниченности и в отсутствии внешнего магнитного поля. Именно по этой причине степень и направление намагниченности их в данный момент времени зависит от «предыстории», т.е. от величины и направления внешнего магнитного поля в момент окончания его воздействия.

Намагничивание ферромагнетиков происходит следующим образом. Этот процесс иллюстрируется рисунком 11.1, где по горизонтальной оси отложена напряженность внешнего магнитного поля Н, а по вертикальной – магнитная индукция В в ферромагнетике.

Предположим, что остаточная намагниченность в ферромагнетике отсутствует, т.е. носители магнетизма в нем имеют хаотичную ориентацию и его суммарное магнитное поле равно нулю. Если напряженность внешнего магнитного поля Н начнет возрастать, то начнет увеличиваться и магнитная индукция В. Вначале это будет медленное нарастание, затем кривая резко пойдет вверх, и, наконец, увеличение индукции замедлится и, в конце концов, прекратится совсем. Такое состояние, когда при увеличении внешнего магнитного поля индукция остается постоянной, называется состоянием насыщения магнитного материала. Предельная величина индукции при этом называется индукцией насыщения Bs.

Если теперь уменьшать внешнее магнитное поле вплоть до его полного снятия, то магнитная индукция при этом в той или иной степени уменьшится, но не до нуля, поскольку носители магнетизма все еще продолжают сохранять полученную ориентацию. Та ее величина, которая сохранится при полном исчезновении внешнего магнитного поля, называется остаточной магнитной индукцией Br.

Чтобы устранить остаточную магнитную индукцию, т.е. чтобы полностью размагнитить ферромагнетик, нужно приложить к нему внешнее магнитное поле противоположного направления. Та величина напряженности обратного магнитного поля –Нс, при которой индукция В обратится в нуль, называется коэрцитивной силой магнитного материала.

При дальнейшем увеличении обратного магнитного поля магнитный материал снова намагнитится – но в противоположном направлении.

Если этот процесс периодически повторять, меняя направление магнитного поля, то получится замкнутая кривая, которая называется петлей гистерезиса. Площадь такой петли характеризует энергию, необходимую для перемагничивания магнитного материала.

Зависимость магнитной индукции от напряженности внешнего магнитного поля у парамагнетиков – линейная, а у ферромагнетиков – существенно нелинейная.

Возможность записи информации на магнитооптические материалы обусловлена тем, что эти материалы способны изменять свою магнитную восприимчивость при изменении температуры и переходить из ферромагнитного состояния в парамагнитное и обратно.

Магнитная восприимчивость – это величина, характеризующая способность вещества намагничиваться во внешнем магнитном поле.

Вектор намагниченности М, т.е. магнитный момент единицы объема вещества, связан с вектором Н напряженности однородного магнитного поля соотношением:

М = М0 + χН,

где М0 – намагниченность в отсутствии внешнего магнитного поля, Н – напряженность магнитного поля, а χ – макроскопическая магнитная восприимчивость частицы вещества. В присутствии внешнего магнитного поля энергия Е частицы (атома, иона) изменяется в сравнении с энергией в отсутствии поля. У парамагнетиков самопроизвольная намагниченность в отсутствии внешнего поля М0 = 0 и χ  = М/Н определяет наведенную намагниченность. В СИ χ - безразмерная величина. Магнитная восприимчивость, рассчитанная на 1 кГ вещества, называется удельной (χуд  = χ/ρ, где ρ – плотность вещества). В соответствии с законом, установленным французским ученым Пером Кюри в 1895 году, температурная зависимость χуд парамагнетиков имеет вид

χуд  = С/Т,

где С – постоянная Кюри.

В 1907 году другой французский ученый П.Вейс уточнил закон Кюри применительно к ферромагнетикам. Этот закон теперь известен как закон Кюри-Вейса:

χ = С/(ТQ – Т),

где ТQ – температура (точка) Кюри, при приближении к которой снизу магнитная восприимчивость χ вещества резко возрастает и его состояние изменяется от ферромагнитного к парамагнитному. По мере увеличения температуры возрастает крутизна петли гистерезиса, которой характеризуются ферромагнитные материалы, а коэрцитивная сила и максимальная остаточная намагниченность уменьшаются, обеспечивая резкое повышение эффективности магнитной записи.

Наиболее привлекательными веществами для использования в качестве носителей магнитооптической записи могут быть вещества, у которых низкая точка Кюри (чтобы можно было производить быстрый нагрев материала носителя при небольшой мощности) сочетается с низким значением коэрцитивной силы (чтобы изменять магнитную ориентацию носителей магнетизма путем приложения относительно слабого магнитного поля). Одним из таких веществ является сплав тербия, железа и кобальта (TbFeCo), имеющий точку Кюри вблизи 185°С и коэрцитивную силу около 80 Э (6,4 кА/м). Этот сплав и используется при изготовлении регистрирующего слоя минидисков.

Существует два основных способа формирования магнитограммы на магнитооптическом носителе.

Первый состоит в том, что регистрирующий слой, нанесенный на поверхность диска, предварительно намагничивается в определенном направлении. В процессе записи на него воздействуют слабым магнитным полем противоположного направления и, одновременно с этим, - лучом лазера, мощность которого модулируется информационным сигналом. Там, где мощность лазера велика, регистрирующий слой нагревается выше точки Кюри, и вектор намагниченности меняет свою ориентацию в соответствии с внешним полем. Там, где мощность лазера мала, нужного нагрева не получается и ориентация магнитного вектора остается прежней. В результате, на поверхности диска формируется магнитограмма, соответствующая модулирующему сигналу (рис. 11.2).

Такой метод использовался в ранних системах магнитооптической записи, которые обозначались аббревиатурой E-DAD (Erasable Digital Audio Disc). Образцы таких систем демонстрировались в конце 80-х годов фирмами SANIO, SHARP, THOMSON и др.

Однако этот метод оказался неудобным, так как старую информацию перед записью новой нужно было предварительно стирать. Или же применять систему из трёх независимых лазеров, один из которых стирал бы старую информацию, другой записывал новую, а третий использовался для автофокусировки и автотрекинга. Система получалась чересчур сложной и дорогой.

Поэтому в системе «Минидиск» применен другой метод. В режиме записи луч лазера используется только для нагрева дорожки выше точки Кюри, а модулирующий сигнал подается на магнитную головку, которая и обеспечивает формирование магнитограммы (рис. 11.3). Поскольку модулирующий сигнал имеет частоту более 4 МГц, то для использования в системе «Минидиск» была разработана специальная высокочастотная магнитная головка, способная изменять направление формируемого магнитного поля с частотой около 10 МГц. При таком способе записи новая магнитограмма никак не зависит от того, что было записано на диске раньше.

Магнитооптический эффект, который используется для воспроизведения информации, записанной на магнитооптическом диске, был открыт шотландским физиком Джоном Керром еще в 1876 году и состоит в следующем. Если пленку, содержащую участки с противоположной намагниченностью, осветить лучом линейно поляризованного света, то углы поляризации пучков, отраженных от этих участков, будут различными (рис. 11.4). Угол θ между векторами поляризации света EA и EB, отраженного от разнополярных участков, называется углом Керра. При этом важно, чтобы плоскость поляризации падающего пучка совпадала с плоскостью  его падения.

Если отраженный свет пропустить через анализатор (пластинку из анизотропного вещества), то его интенсивность также получится различной. Поместив далее на пути луча фотоприемник, можно получить электрическое отображение информации, содержащейся в сочетании зон намагниченности регистрирующего слоя. Следует заметить, что угол Керра весьма невелик и не превышает десятых долей градуса, однако этого вполне достаточно для того чтобы считывание информации было возможным.

Считывание в обоих случаях производится одинаково – лучом того же самого лазера, но работающего в режиме пониженной мощности, чтобы не повредить магнитограмму.


B

Bs

Br

-Br

Bs

H

+Hm

-Hm

-Hc

+Hc

Рис. 11.1. Петля гистерезиса

Луч лазера, модулированный информационным сигналом

Внешнее магнитное поле

Магнитооптический материал

Рис. 11.2. Метод формирования магнитограммы на магнитооптическом носителе путем модуляции информационным сигналом луча лазера

Луч лазера, используемый для нагрева дорожки записи

Магнитооптический материал

Рис. 11.3. Метод формирования магнитограммы на магнитооптическом носителе путем модуляции информационным сигналом тока через катушку магнитной головки

Модулирующий сигнал

Магнитная головка

Направление движения дорожки

Новая запись

Старая запись

А

В

θ

ЕВ

ЕА

θ – угол Керра

Рис. 11.4. Эффект Керра


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

19786. Компоненти керування – Button, RadioButtonGroup, CheckBox, etc 28 KB
  Компоненти керування – Button RadioButton/Group CheckBox. Компоненти керування стандартні для Windows інтерфейсні елементи такі як головне і спливаюче меню кнопка однорядковий і багаторядковий редактори перемикачі мітки списки і деякі інші компоненти що застосовуються найчасті
19787. Компоненти списків ListBox, ComboBox 22 KB
  Компоненти списків ListBox ComboBox. Компоненти керування стандартні для Windows інтерфейсні елементи такі як головне і спливаюче меню кнопка однорядковий і багаторядковий редактори перемикачі мітки списки і деякі інші компоненти що застосовуються найчастіше. Компонент...
19788. Робота з текстом. Клас TStrings 16.16 KB
  При роботі з інформацією текстом потрібно виконувати її відображення введення і редагування. Підкреслимо що ми розглядаємо поняття текстав широкому сенсі припускаючи що до складу тексту можуть входити літери іціфри. При роботі з текстовими даними вони можуть об'єдну
19789. Розподіл оперативної пам’яті. Вказівники види, об’явлення, операції 34.5 KB
  4.Розподіл оперативної пам’яті. Вказівники: види об’явлення операції. Вказівником називається змінна яка містить в собі певниу адресу мається на увазі адресу в оперативній пам'яті. Як правило вказівники містять адресу деякої іншої змінної або виділеної д
19790. Створення меню. Компоненти MainMenu та PopupMenu 28 KB
  1.Створення меню. Компоненти MainMenu та PopupMenu. MainMenu невізуальний на відміну від візуальних компонентів TEdit і TLabel в точності відповідних своєму зовнішньому вигляду в працюючій програмі. Це означає що хоча його видно на формі як невеликий квадрат у вікні створеної програми ...
19792. Текстові компоненти Label, Edit, Memo 26.5 KB
  Текстові компоненти Label Edit Memo Компоненти керування стандартні для Windows інтерфейсні елементи такі як головне і спливаюче меню кнопка однорядковий і багаторядковий редактори перемикачі мітки списки і деякі інші компоненти що застосовуються найчастіше. Компонен
19793. Файловий ввід/вивід. Поняття потока. Класс TFileStream 27 KB
  Файловий ввід/вивід. Поняття потока. Класс TFileStream. Файловий вводвивод реалізується по поточним стандартам.Наприклад Мова Сі абстрагує всі файлові операції перетворюючи їх на операції з потоками байтів які можуть бути як потоками введення так і потоками виведе
19794. Требования, предъявляемые к современным вычислительным сетям 17.73 KB
  Требования предъявляемые к современным вычислительным сетям Главным требование обеспечение пользователям потенциальной возможности доступа к разделяемым ресурсам всех компьютеров объединенных в сеть. Все остальные требования производительность надежность сов