Устройство для визуализации и топографирования пространственно-неоднородного магнитного поля

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s 6 11 В 11/14

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ЦГ „ ",цЯЯ ! Ж." . - . l: : > .ОВ!я2 ЬЛЙ ОТ ЕКА

К ПАТЕНТУ

1 (21) 4939826/10 (22) 28.05.91 (46) 30.04.93. Бюл. N- 16 (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. M., Энергоатомиздат. 1990, с.

264, 265, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВИЗУАЛИЗАЦИИ И

ТОПОГРАФИРОВАНИЯ ПРОСТРАН СТ: BEHHO-НЕОДНОРОДНОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ

„„ Ы„„1813217 АЗ (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.

1813217

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, s 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 вЂ” устройство, работающее в режиме "на отражение" (KGK 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 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"О мощью блока 7 приводит к увеличению амплитуды 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 пленки 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 помощью поляризационного микроскопа "на отражение" (см. фиг.3). В обоих случаях регистрацию доменной структуры в пленке проводят визуально, либо с помощью теле- или видеЗО окамеры с монитором, снабженным устройством усреднения сигнала. 8 устройстве поляризационный микроскоп сформирован обьективом, окуляром (не показаны), источником света, поляризатором, светоделите35 лем и анализатором (фиг.3).

Магнитостатические ямы облегчают разрыв полосовых доменов и образование цилиндрических магнитных доменов {ЦМД), который происходит при меньшей амплиту4О 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 пространственнонеоднородного магнитного поля формиру55 ется решетка ЦМД, а внутри укаэанной области остаются полосовые домены, При фиксированной амплитуде. переменного или импульсного магнитного поля наличие магнитостатических ям приводит к тому, что амплитуда колебаний эакреплен1813217

10

25

45

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 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 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 йз-xBIxFe5-óáeó012, где R — один или несколько редкоземельных ионов, 0,5 х < 2.0, 0 у 1,8, выращенных на подложках немагнитных гранатов методом жидкофазной эпитаксии и обладающих одноосной магнитной анизотропией.

Пример 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-8. на столике которого размещались две соосные катушки, Первая катушка, подключенная к источнику переменного тока (Г3-34), служила для создания переменного магнитного поля, Вторая катушка, подключенная к источнику тока ТЕС-5020, служила для создания постоянного магнитного поля. Доменосодержащую пленку состава (Y, LuBI)a(Fe,Ga)5O

Тнабл» Тпер, где Тнабл вРемЯ РегистРации доменной структуры, Тпе — 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, Пример 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 Г5-15 через усилитель-ограничитель). Амплитуду и

1813217 длительность импульсов подбирали такой. чтобы происходил разрыв полосовых доменов и образование ЦМД. Пространственнонеоднородное магнитное поле визуализировалось как области, где сохраняются 5 полосовые домены.

Пример 3. Источником пространственно-неоднородного магнитного поля служили цифры на 100-рублевых купюрах образца 1991 r. Это поле визуализировали 10 с помощью поляризационного микроскопа типа EPIGN0ST, работающего в режиме "на отражение". Визуализацию пространственно-неоднородного магнитного поля проводили так же, как в примерах 1 и 2.. 15

Пример 4, На выходе поляриэационного микроскопа помещали телекамеру, подключенную к монитору CONPAC, на котором наблюдали изображение доменной структуры. 20

Пример 5. В устройстве, аналогичном описанному в примере 1, в качестве источника света испольэовали Не-Ne-лазер. Узкий пучок излучения этого лазера сканировали по площади пленки 4 с по- 25 мощью поворачивающегося зеркала, связанного с монитором. Излучение с выхода анализатора 5 с помощью линзы 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 умно>кителя, 35

Пример 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- 40 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- 50 зуализировали так же, как в примере 3, Формула изобретения

1. Устройство для визуализации и топографирования пространственно-неодно- 55 родного магнитного поля, содержащее оптически связанные источник света. поляризатор, доменосодер>кащую 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 поп 3, отл и чаю 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, уп равляющий 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 доменосодер>кащей пленки, 1813217

1813217

1 б

Составитель С.Ильчук

Техред М.Моргентал Корректор Н.Кешеля

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1596 Тираж . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5