Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес оригинального документа : http://www.abitu.ru/en2002/closed/viewwork.html?work=123 Дата изменения: Fri May 5 15:25:31 2006 Дата индексирования: Tue Oct 2 02:32:15 2012 Кодировка: koi8-r

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ
АВТОНОМНОЙ РЕСПУБЛИКИ КРЫМ










"Определение угла выхода вектора намагниченности в магнитооптических
материалах"






Выполнил: Учащийся 11-А
класса
СОШ?4
Беширов Денис

Руководитель: Магистр
физического
Факультета ТНУ
им. В.И. Вернадского Кичий А.






г. Симферополь
2002 г.





РЕФЕРАТ

с., рис., табл., источников.
МАГНИТООПТИКА, ФЕРРИТ-ГРАНАТОВАЯ ПЛЕНКА, ВЕКТОР НАМАГНИЧЕННОСТИ, ЭФФЕКТ
ФАРАДЕЯ, УГОЛ ВЫХОДА, ИЗМЕРЕНИЕ.
Описана магнитооптическая установка, позволяющая определять угол выхода
вектора намагниченности в магнитооптическом материале с точностью до
десятых долей градуса. Метод определения основан на эффекте Фарадея. В
работе приведены результаты экспериментальных исследований пленок феррит-
граната с магнитными структурами типа «лабиринт» и «полосовая доменная
структура».
Полученные результаты могут представлять интерес для разработчиков
оптоэлектронных устройств, так как пространственное положение вектора
намагниченности существенно влияет на выходные параметры магнитооптического
устройства в целом.
Работа выполнена в лаборатории «КОГЕРЕНТНОЙ МАГНИТООПТИКИ» при ТНУ им. В.И.
Вернадского.































СОДЕРЖАНИЕ





РЕФЕРАТ.......................2



ОГЛАВЛЕНИЕ......................3


1. Параметры магнитооптических материалов..........4

2. Описание экспериментальной установки для определения
угла выхода из плоскости вектора намагниченности......7

3. Результаты экспериментальных исследований.........9


ВЫВОДЫ ........................11


ЛИТЕРАТУРА ......................13














ВВЕДЕНИЕ

Оптоэлектроника, исследующая использование света в системах приема,
хранения, обработки, передачи и отображения информации, интенсивно
развивается в последнее десятилетие. Преимуществами оптоэлектроники
являются возможность параллельной передачи изображение одним пучком света,
отсутствие взаимодействия между световыми пучками, возможность
использование взаимодействия фотонов с твердым телом для записи информации,
модуляции и отклонение пучка света, простота сверх быстрого преобразования
Фурье в других сложных интегральных преобразованиях.
Традиционные для оптоэлектроники материалы (электро- и
акустооптические среды, жидкие кристаллы и др.) не обеспечивают
необходимого комплекса рабочих характеристик построенных на их основе
элементов. Одним из перспективных направлений на пути создания устройства
ввода информации в оптические системы является применение магнитных средств
с управляемыми доменными структурами.
Принцип действия магнитооптических устройств основан на модуляции или
отклонении пучка света при его взаимодействии с магнитоупорядоченной
средой, помещенной во внешнее управляющее магнитное поле. Модуляция или
отклонение осуществляется на основе магнитооптических эффектов в результате
перераспределения намагниченности в магнитоупорядоченной среде под
действием внешнего поля. Среди магнитооптических эффектов чаще всего
используется эффект Фарадея.
Необходимость повышения эффективности оптоэлектронных устройств ставит
задачу оптимизации взаимодействия магнитооптического материала и источника
лазерного излучения.
Угол выхода вектора намагниченности из плоскости является основным
параметром магнитооптических материалов, величина которого определяет
конструктивные особенности оптоэлектронных приборов, а также выходные
параметры всего устройства в целом. Поэтому целью данной работы явилось
разработка методики и устройства для определения абсолютного значения угла
выхода из плоскости вектора намагниченности.



1.ПАРАМЕТРЫ МАГНИТООПТИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

В основе действия целого ряда магнитооптических приборов и устройств для
оптической обработки и считывания информации лежит эффект Фарадея. Среди
используемых в настоящее время с этой целью материалов, наибольший
практический интерес представляет ортоферриты и висмутсодержащие феррит-
гранаты, обладающие большим поворотом угла плоскости поляризации.
Ортоферриты и феррит-гранаты представляют собой окисные соединения,
химическая формула которых R3FeO3 и R3Fe5O12 , где R - ион
редкоземельного элемента. Магнитные свойства этих материалов
характеризуются полем анизотропии HA , намагниченность насыщения 4?Ms ,
коэрцитивностью Hs ,энергией доменной стенки, одноосной, кубической или
анизотропией типа "легкая плоскость". Материал обладает одноосной
анизотропией, если HA>4?Ms.
Доменная структура носит сложный характер. В ней присутствуют домены с
направлением намагниченности, параллельным поверхности образца и
составляющим угол с этой плоскостью, При анизотропии "легкая плоскость"
вектор намагниченности лежит в основном в плоскости образца. Насыщение
такого образца (разворот вектора намагниченности вдоль направления внешнего
поля) происходит в малых плоскостных полях.
В зависимости от состояния 4?Ms , поля анизотропии HA , поля насыщения
Hs , а также в зависимости от ориентации образца относительно
кристаллографических осей в ферритгранатах может реализоваться большое
разнообразие типов доменных структур. Причем, параметрами этих структур
можно управлять в широких приделах воздействием внешних магнитных и
тепловых полей.
Доменную структуру можно визуализировать с помощью поляризованного света,
поскольку направление вращения азимута плоскости поляризации зависит от
направления намагниченности. Фаза проходящего через образец поляризованного
света будет пространственна промодулирована в соответствии направления
вектора E (эффект Фарадея). С помощью анализатора эту фазовую модуляцию
можно преобразовать в амплитудную, что дает светоконтрастную картину в
плоскости визуализации. Вращение плоскости поляризации в феррит-гранатах
имеет противоположное направление.
Основными параметрами магнитооптических материалов при разработке
устройств оптической обработки информации, являются: оптическое поглощение
?, удельное Фарадеевское вращения ?F , магнитооптическая добротность ? и
оптическая эффективность ?.
Коэффициент оптического поглощения определяется как: ?=t-1ln(I0r/I), где
t - толщина материала; I0 , I - соответственно интенсивность света,
падающего на магнитный материал и прошедшего через него, r - коэффициент
отражения от образца.
На спектрах поглощения и фарадеевского вращения в диапазоне 0,35 - I мкм
(рис.1) для ортоферритов наблюдается ряд пиков, то есть окон оптической
прозрачности с высоким уровнем магнитооптической добротности ? = 2?F/?


Для ?=0,63 мкм, ? = 14 град/дБ. Из рисунка 1а видно, что ? достигает 10 дБ
в области красного света. Это обстоятельство открывает широкие возможности
для применения ортоферритов в различных устройствах обработки и хранения
информации. Для ферритгранатов высокие значения ? (рис.1) наблюдаются в
видимом диапазоне (?=0,55 мкм).

[pic]
Рис. 1 а

[pic]
Рис. 1б
Зависимость параметров ?, ?,F от длины волны для ортоферритов (а) и
висмутсодержащих гранатов (б).



Интенсивность света, прошедшего через доменную структуру определяется как:
I + =I0rexp(-?t)[(1-2? ) sin2(? + ?F)+?],
где I+ _ интенсивность света, прошедшего через светлые и темные домены,
?-степень деполяризации, ? - угол между осью анализатора и поляризатора, ?F-
удельное фарадеевское вращение материала.
Важными характеристиками магнитооптических материалов при изготовлении
устройств являются оптический контраст К и оптическая эффективность ?:

K= I+/ I-=1+(sin2?F * sin2?)/(?+ sin(?- ?F))
?= (I+- I-)/I0= rexp(-?t) sin2?F* sin ?

То есть, оптическая эффективность считывания определяется отношением
разностей интенсивностей световых потоков I+ и I- , попадающих на
фотоприемник после прохождения участков магнитооптической пленки,
намагниченных соответственно вдоль и против направления распространения
считывающего излучения, к интенсивности поляризованного излучения I0
,падающего на пленку.
Угол выхода вектора намагниченности из плоскости является основным
параметром магнитооптических материалов, величина которого определяет
конструктивные особенности оптоэлектронных приборов, а также выходные
параметры всего устройства в целом. Существующие методы определения этого
угла требуют применение сложных электронных устройств.
В работе приводится описание методики и предлагается простое устройство
для определения угла выхода вектора намагниченности из плоскости образца.







2. ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УГЛА ВЫХОДА
ИЗ ПЛОСКОСТИ ВЕКТОРА НАМАГНИЧЕННОСТИ.


Схема экспериментальной установки для определения угла выхода вектора
намагниченности показана на рисунке 2.


[pic]

Рис. 2 . Схема экспериментальной установки .


Основными ее узлами являются:
- источник света (ИС);
- поляризатор (П);
- образец на вращающемся столике (О);
- анализатор (А);
- фотоэлектронный умножитель (ФЭУ);
- блок питания (БП);
- вольтметр (V).
Свет от источника (гелий-неоновый лазер) попадает на образец, укрепленный
на координатном столике имеющем две степени вращения ( в плоскости
перпендикулярной направлению света и плоскости параллельной
голографическому столу). Из образца свет фазово промодулированным попадает
на анализатор, который фазовую модуляцию преобразует в амплитудную, что
дает возможность нам контролировать с помощью фотоприемника изменение
магнитного состояния магнитоотического материала.
Для визуального наблюдения доменной структуры вместо ФЭУ в нашем
эксперименте ставился микроскоп. Двухкоординатный стол расположен на
вращающейся горизонтальной площадке, причем угол поворота (с большой
точностью) этой площадки можно определять с помощью нониуса.
В качестве источника света использовали лазер ЛГ-79 (длина волны - 0,63
мкм). Поляризатор (для случая, если источник света - лампа накаливания) и
анализатор типа - ПФ. Для удобства исследования ФЭУ и микроскоп
взаимозаменяемы, то есть это дает работать установке в двух режимах -
визуальном и фотометрическом.
При визуальном методе исследования предметом наблюдения является доменная
структура исследуемого материала (см. рис.3)



[pic]


Рис.3 Вид доменной структуры при визуальном методе контроля.


При фотоэлектрическом методе контроля объектом контроля является величина
фототока прошедшего через материал, который в свою очередь зависит от
проекции вектора намагниченности на направление распространения света
(эффект Фарадея)




3. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Измерение угла выхода вектора намагниченности из плоскости образца
проводится по следующему алгоритму:
- собрать схему экспериментальной установки изображенной на рисунке
2.;
- закрепить исследуемый образец на покровном стекле и вставить его в
координатный столик;
- вращая юстировочные винты крепления столика, добиться чтобы отраженный
луч от поверхности образца ушел в выходное окно лазера (этим мы добились
того, что образец стал перпендикулярно направлению распространения света)
при наблюдении в микроскоп наблюдаем картинку изображенную на рис. 4;

а) [pic]




б) [pic]



Рис. 4 Вид доменной структуры (рис. а) при установке образца
перпендикулярно направлению распространения света и соответствующее
положение вектора М в пространстве (рис. б).



- ставим нониус таким образом, чтобы при данном положении образца он
показывал 0(;
- наблюдая в микроскоп (или фиксируя значения фототока, в зависимости от
метода исследования) медленно разворачиваем образец вокруг оси
перпендикулярной плоскости голографического стола до полного
исчезновения доменной структуры (что соответствует пространственному
положению вектора намагниченности показанному на рис. 5);

[pic]

Рис. 5. Пространственное положение вектора намагниченности при
исчезновении доменной структуры при визуальном методе наблюдения (при
фотометрическом соответствует минимуму тока)


- произвести отсчет угла на шкале нониуса, что соответствует углу выхода
вектора намагниченности из плоскости образца.

Угол выхода вектора намагниченности у представленных образцов составлял:
- образец ?1 5( 30(;
- образец ?2 7( 20(;
- образец ?3 4( 15(.




ВЫВОДЫ


1. Разработана магнитооптическая методика и собран лабораторный макет
экспериментальной установки, позволяющий с большой точностью (десятые
доли градуса) определять угол выхода вектора намагниченности из плоскости
магнитооптического образца.

2. Исследован ряд образцов с различным строением доменной структуры
(полосовая доменная структура, лабиринтная и доменная структура типа
"елочка"). Для представленных образцов определен угол выхода вектора
намагниченности, что позволило использовать их в дальнейшем в устройствах
оптоэлектроники.


Результаты экспериментальных исследований представляет интерес для
разработчиков оптикоэлектронных систем, и будут использованы в лаборатории
«когерентной магнитооптики» при ТНУ В. И. Вернадского для проведения научно-
исследовательских работ.













































СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


1. В. Гартоман, Ф. Берингард Фотоэлектронные умножители, Энергоиздат,
1961.

2. В.И. Литвак Фотоэлектрические приборы, Машгиз,1961.


3. Энциклопедия "АВАНТА +", Москва, 2000.

Ю.И. Горбец, Ю.И. Вилесов, Н.А. Грошенко Магнитооптические дифракционные
решетки в оптоэлектронике, Москва, 1998