Устройство для визуализации и топографирования пространственно-неоднородного магнитного поля

,3 и "Т;АЙ ПАТЕНТ 08 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(76) М,В.Логунов и В,В,Рандошкин (56) Авторское свидетельство СССР М 1282204; кл. 6 11 В 5/62, 1985. .. Рандошкин В,В, и др, Прикладная магнитооптика, М., Энергоатомиздат. 1990, с.264, 265,(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВИЗУАЛИЗАЦИИ И ТОПОГРАФИРОВАНИЯ ПРОСТРАН СТ ВЕННО-НЕОДНОРОДНОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ(57) Использование; прикладная магнитооптика, воспроизведение информации с помощью оптических средств, Сущность изобретения: излучение источника света 1 проходит поляризатор 2, доменосодержащую 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.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 материалов.Цель изобретения - повышение чувствительности и расширение спектра пространственных частот при визуализации и топографировании, а также расширение диапазона напряженностей топографируемого 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 Фарадея. 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 магнитостатические ямы, на которых закрепляются доменные стенки в пленке 4, Приложение переменного и/или импульсного магнитного поля от блока 3, направленного вдоль оси легкого намагничивания доменосодержащей 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 5 размывается (занимаемая ими область выглядит как "серый" фон), тогда как в области, где локализованы магнитостатические ямы, наблюдается доменная структура. Приложение постоянного магнитного поля с по- "0 мощью блока 7 приводит к увеличениюамплитуды колебаний доменных стенок вследствие "разрежения" невыгодно намагниченных доменов, что обеспечивает повышение чувствительности. Приложение 15 компенсирующего магнитного поля от блока 7 позволяет топографировать слабые пространственные вариации магнитного поля, напряженность которого превышает поле насыщения доменосодержащей плен ки 4, что расширяет диапазон напряженностей топографируемого магнитного поля,Если источник пространственно-неоднородного магнитного поля является непрозрачным, то наблюдение доменной 25 структуры в пленке 4 проводят с помощьюполяризационного микроскопа "на отражение" (см. фиг.З), В обоих случаях регистрацию доменной структуры в пленке проводят визуально, либо с помощью теле- или виде окамеры с монитором, снабженным устройством усреднения сигнала. В устройстве поляризационный микроскоп сформирован объективом, окуляром (не показаны), источником света, поляризатором, светоделите лем и анализатором (фиг,З).Магнитостатические ямы облегчаютразрыв полосовых доменов и образование цилиндрических магнитных доменов (ЦМД), который происходит при меньшей амплиту де 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 магнитостатических ям, Процесс зарождения новых ЦМД непрерывно повторяется, в результате вне области локализации пространственно- неоднородного магнитного поля формиру ется решетка ЦМД, а внутри укаэаннойобласти остаются полосовые домены,При фиксированной амплитуде. переменного или импульсного магнитного поля наличие магнитостатических ям приводит к тому, что амплитуда колебаний эакреплен5 10 20 25 30 35 40 45 50 55 ных 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 доменосодержащей 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 топографирования неоднородного магнитного поля, Устройство не теряет работоспособность вплоть до периода неоднородного магнитного поля, сравнимого с шириной доменной стенки, которая на два порядка величинь 1 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 топографируют пространственно-неоднородное магнитное поле, Амплитуда колебаний доменных стенок может быть на один - два порядка величины меньше ширины доменов,В качестве доменосодержащей пленки целесообразно использовать висмутсодержащие монокристаллические пленки феррит-гранатов (Вс-МПФГ) состава Вз-хВхЕе 5-убау 012, где й - один или несколько редкоземельных ионов, 0,5х2.0, 0у1,8, выращенных на подложках немагнитных гранатов методом жидкофазной 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 магнитные частицы. Это поле визуализировали с помощью поляриэационного микроскопа МИН. на столике которого размещались две соосные катушки, Первая катушка, подключенная к источнику переменного тока (Г 3-34), служила для создания переменного магнитного поля, Вторая катушка, подключенная к источнику тока ТЕС, служила для создания постоянного магнитного поля. Доменосодержащую пленку состава (у, оВ)з(Ге,ба)5012 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 ориентацией (Ш) (эта пленка использовалась во всех примерах конкретного выполнения),приводили в контакт с рисунком, В отсутствие переменного магнитного поля (реализация прототипа) магнитный рисунок 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 областях, не контактирующих с рисунком, Там, где нанесен рисунок, происходило закрепление доменных стенок. При работе устройства реализовывалось соотношение Тнабд Тпер, где Тнабл - время регистрации 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 области пленки 4, взаимодействующие с магнитным рисунком, содержали визуализируемую доменную структуру, Приложение постоянного магнитного поля вызывало увеличение перемещения доменных стенок, поскольку доменных стенок, поскольку домены перемещались по площади пленки 4 как целое. Если напряженность постоянного магнитного поля выбиралась вблизи поля эллиптической неустойчивости ЦМД,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 катушек Гельмгольца прикладывали импульсное магнитное поле (импульсы тока в эти катушки подавали от генератора Г 5-15 через усилитель-ограничитель), Амплитуду идлительность импульсов подбирали такой. чтобы происходил разрыв полосовых доменов и образование ЦМД, Пространственно- неоднородное магнитное поле визуализировалось как области, где сохраняются 5 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 10 с помощью поляризационного микроскопа типа ЕРОМОЯТ, работающего в режиме "на отражение". Визуализацию пространственно-неоднородного магнитного поля проводили так же, как в примерах 1 и 2 15П р и м е р 4, На выходе поляриэационного микроскопа помещали телекамеру, подключенную к монитору СОМРАС, на котором наблюдали изображение доменной структуры. 20П р и м е р 5. В устройстве, аналогичном описанному в примере 1, в качестве источника света испольэовали Не-Ме-лазер. Узкий пучок излучения этого лазера сканировали по площади пленки 4 с по мощью поворачивающегося зеркала, связанного с монитором. Излучение с выхода анализатора 5 с помощью линзь 1 12 направляли на фотоэлектронный умножитель, сигнал с выхода которого поступал на 30 самописец, Области локализации пространственно-неоднородного магнитного поля идентифицировали по минимуму на координатной зависимости амплитуды сигнала на выходе фотоэлектронного умнокителя, 35П р и м е р 6, 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 отра жение", Дополнительно на столике микроскопа укрепляли пару катушек, создающих постоянное магнитное поле в плоскости лезвия, Доменосодержащую пленку приводили в контакт с лезвием, Дефекты в 45 материале лезвия в 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 ви зуализировали так же, как в примере 3,формула иэо 6 рете н и я1. Устройство для визуализации и топографирования пространственно-неодно родного магнитного поля, содержащее оптически связанные источник света. поляризатор, доменосодеркащую прозрачную пленку. имеющую ось легкого намагничивания, анализатор блок регистрации, а также магнитный блок, магнитосвязанный с доменосодержащей прозрачной пленкой, от л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения чувствительности и расширения спектра пространственных частот при визуализации и топографировании, . 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 ес я тем, что с целью дополнительного повышения чувствительности и расширения диапазона напряженностей топографируемого магнитного поля, в магнитный блок дополнительно введен источник постоянного магнитного поля, направленного вдоль оси легкого намагничивания доменасодержащей пленки,3. Устройство по п,1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что в него введен светоделитель, установленный между поляризатором и доменосодержащей пленкой. с которой через светоделитель оптически связан анализатор. при этом блок регистрации выполнен из оптически связанных объектива и окуляра.4. Устройство по и 3, отл и ч а ю щеес я тем, что в блок регистрации введена телеили видеокамера с монитором, оснащенным средством усреднения сигнала,5, Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что в него введены блок управления, подключенный к блоку сканирования излучения источника света по площади доменосодержащей пленки, и двухкоординатный регистратор, а блок регистрации выполнен в виде фотодетектора, выход которого подключен к информаицонному входу двухкоординатного регистратора, управляющий вход которого связан с выходом синхронизации блока управления сканированием, при этом блок сканирования установлен между источником света и поляризатором,6. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью выявления дефектов в магнитных материалах и элементах, в магнитный блок дополнительно введен источник постоянного магнитного поля, направленного параллельно плоскости доменосодеркащей пленки,Произ венно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ 1596 ТиражПодписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4 И