DE1173533B - Verfahren, Aufzeichnungstraeger und Vorrichtung zum Aufzeichnen von Mikrowellen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: H 03 k

Deutsche Kl.: 21 al - 37/66

Nummer: 1173 533

Aktenzeichen: L 40130 IXc/21 al

Anmeldetag: 29. September 1961

Auslegetag: 9. Juli 1964

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, einen Aufzeichnungsträger und eine Vorrichtung zum unmittelbaren Aufzeichnen elektromagnetischer Felder im Mikrowellengebiet mit Hilfe der Energieabsorption in umlaufenden Elementarteilchen.

Bei den bekannten Verfahren der Speicherung oder Aufzeichnung von Informationen wird das veränderliche Signal mittels eines Wandlers einem bewegten Aufzeichnungsträger mitgeteilt. Der Wandler verwandelt das elektrische Signal in eine Form, die zur Änderung der magnetischen, optischen oder_; physikalischen Eigenschaften des Aufzeichnungsträgers mit verschiedenen Amplituden längs des Trägers geeignet ist. Die höchste Frequenz, die auf diese Weise gespeichert werden kann, ist demgemäß durch die Geschwindigkeit bestimmt, mit der der Aufzeichnungsträger am Wandler vorbeibewegt wird, und hängt außerdem von der Dichte der Informationseinheiten (Bits) ab, die auf dem Träger gespeichert werden können. Diese Art der Aufzeichnung kann als zeitliche Aufzeichnung bezeichnet werden, da die Änderungen des Signals mit der Zeit als Amplitudenverteilung längs eines Bandes, Drahtes, Filmes oder einer Scheibe gespeichert werden.

Bei höheren Frequenzen treten indessen die Amplitudenschwankungen des Signals mit der Zeit rascher ein, als durch die Relativbewegungen zwischen dem Wandler und dem Aufzeichnungsträger erfaßt werden kann. Demgemäß kann hier die Information in der geschilderten Weise nicht mehr gespeichert werden. In anderen Fällen ist es erwünscht, nicht nur die Amplitude bzw. Einhüllende des Hochfrequenzsignals, sondern auch den Träger und seine sämtlichen Seitenbänder aufzuzeichnen. Mit dem bekannten Aufzeichnungsverfahren ist dies nicht möglich.

Seit einiger Zeit ist ein Verfahren zur kurzzeitigen Speicherung von Informatonen bekanntgeworden, das als Spinecho-Speicherverfahren bezeichnet wird. Dieses besteht darin, daß ein geeigneter Stoff in ein starkes, gleichförmiges Magnetfeld gebracht wird und daß ein Impuls, dessen Frequenz gleich der charakteristischen Lamorfrequenz des Materials ist, senkrecht zum vorhandenen Magnetfeld angelegt wird. Durch die Resonanz zwischen der einfallenden elektromagnetischen Welle und den umlaufenden Elementarteilchen wird die Umlaufbahn und damit die Richtung des magnetischen Momentes verändert und kehrt nach Art eines präzedierenden Kreisels erst allmählich in die Ausgangsrichtung zurück, wenn ein Erinnerungsimpuls von der Richtung des Hauptfeldes angelegt wird. Die Stärke des rotieren-Verfahren, Aufzeichnungsträger und Vorrichtung zum Aufzeichnen von Mikrowellen

Anmelder:

Litton Industries, Inc., Beverly Hills, Calif.

(V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. G. Weinhausen, Patentanwalt,

München 22, Widenmayerstr. 46

Als Erfinder benannt:

Harold Coulston Anderson* Silver Spring, Md.,
Kenneth Edward Peltzer, College Park, Md.
(V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 29. September 1960

(59 342),"

vom 5. Dezember 1960

(73 695,73 696)

den Feldes steigert sich auf einen Maximalwert, klingt dann ab und wird induktiv von einer entsprechend orientierten Spule aufgenommen, verstärkt und angezeigt. Die Spinechos können also nur zur Erzeugung einer Wiedergabe des Informationssignals nach einem verhältnismäßig kurzen Zeitintervall verwendet werden. Ist dieses Intervall verstrichen, so ist die Speicherung beendet. Die Speicherzeit liegt höchstens in der Größenordnung von einigen Sekunden.

Erfindungsgemäß wird nun die bekannte Spinechoresonanz in neuartiger Weise nicht zur dynamischen Speicherung, sondern zur bleibenden Aufzeichnung von Informationen benutzt. Die Speicherzeit ist hierbei nicht nach oben begrenzt.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Aufzeichnen von elektromagnetischen Mikrowellen ist dadurch gekennzeichnet, daß als Aufzeichnungsträger ein Material verwendet wird, das zahlreiche von umlaufenden Elementarteilchen gebildete, im magnetostatischen Feld auf bestimmte Frequenzen abstimmbare Spinresonanzkreise aufweist und durch die von den einzelnen Resonanzkreisen absorbierte Mikrowellenenergie eine bleibende Zustandsänderung erfährt.

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Im Unterschied von der eingangs geschilderten »zeitlichen Aufzeichnung« wird erfindungsgemäß die Information ohne Zwischenschaltung eines Wandlers gespeichert, und zwar kann entweder die gesamte Wellenform einschließlich der Grundwelle 5 und ihrer Oberwellen oder nur eine gegebene Frequenz aufgezeichnet werden. Im ersteren Falle wird an jedem Ort längs des Aufzeichnungsträgers die vollständige Wellenform der Hochfrequenzwelle, die in einem gegebenen Zeitpunkt auftritt, aufgezeich- io net, so daß diese vollständige Wellenform später beliebig von dieser Stelle des Trägers wiedergegeben werden kann. Die Aufzeichnung kann also als ein Bild des vollständigen Signals, das in diesem Zeitpunkt existiert hat, und insbesondere als spektrale 15 Frequenz,

Frequenzverteilung der Frequenzkomponenten an- F i g. 5 eine Darstellung der Verfahrensstufe der

gesehen werden. Der Frequenzbereich dieser Aufzeichnungsart hängt nicht von der Relativbewegung des Aufzeichnungsträgers hinsichtlich eines Wandlers ab, sondern von der Sensibilisierung des Aufzeich- 20 hat,

nungsträgers für die betreffenden hohen Frequenzen. F i g. 7 eine Darstellung der Wiedergabe der auf-

Demgemäß kann mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Aufzeichnung bei wesentlich höheren Frequenzen als bisher stattfinden.

Das erfindungsgemäße Aufzeichnungsverfahren ²5 Informationen,

hinsichtlich der Frequenz wird so durchgeführt, daß F i g. 9 ein Schrägbild eines abgeänderten Auf-

man zunächst einen Aufzeichnungsträger vorbereitet,
der eine Mehrzahl räumlich verteilter Resonanzstellen
aufweist. Jede Resonanzstelle ist auf diejenige Frequenz vorabgestimmt, die an dieser Stelle gespeichert 3°
werden soll. Sie kann demgemäß unmittelbar von
einem elektromagnetischen Feld erregt werden, das
die betreffende Frequenz aufweist, und aus der im
Raum herrschenden elektromagnetischen Welle
Energie aufnehmen. Die gebündelte Welle wird dann 35
auf alle Resonanzstellen in einem gegebenen räumlichen Bereich des Aufzeichnungsträgers gerichtet,
wodurch die aus der Welle stammende Energie unmittelbar nur von denjenigen Stellen absorbiert wird,
die auf eine Frequenzkomponente der Welle abge- 4° baren Bildes, stimmt sind. Zur Aufzeichnung einer spektralen Ver- Vor einer ins einzelne gehenden Betrachtung des

teilung der Hochfrequenz können verschiedene erfindungsgemäßen Aufzeichnungsverfahrens sollen Stellen des Aufzeichnungsträgers auf verschiedene kurz die hierbei eine Rolle spielenden bekannten Frequenzen abgestimmt werden, so daß die verschie- Erscheinungen der Spinresonanz des Paramagnetisdenen Frequenzen in der Welle an verschiedenen Stel- 45 mus und ähnlicher frequenzabhängiger Elektronenlen des Trägers gespeichert werden. zustände besprochen werden.

Bei der Spinechoresonanz bestehen die Resonanz- Es ist eine bekannte Tatsache, daß freie Elektro-

stellen des Aufzeichnungsträgers aus atomaren nen oder andere Elementarteilchen in vielen halb-Resonanzkreisen im Festkörperzustand od. dgl., die leitenden oder isolierenden Stoffen vorhanden sind eine Resonanz im Bereich von 10⁹ Hertz haben. In- 50 oder erzeugt werden können und daß diese freien folgedessen können Mikrowellen in diesen sehr Elektronen eine ständige Umlaufbewegung mit einer hohen Frequenzbereichen unmittelbar aufgezeichnet Umlaufgeschwindigkeit ausführen, die durch die werden. Diese Frequenzen liegen erheblich höher als Intensität eines etwa vorhandenen statischen Magnetbei anderen bekannten Aufzeichnungsverfahren. feldes mitbestimmt ist. Ferner ist es bekannt, daß

Wie bei den bekannten Aufzeichnungsverfahren 55 diese umlaufenden Elementarteilchen sich wie ein kann der Aufzeichnungsträger langgestreckt ausge- Resonanzkreis verhalten und demgemäß aus einer bildet sein und an dem zu speichernden gebündelten elektromagnetischen Welle, welche die Resonanz-Strahl vorbeigeführt werden, um eine Reihe von frequenz aufweist, Energie absorbieren können. Aufzeichnungen an verschiedenen Stellen längs des Bei gewissen Stoffen können die Wechselwirkungs-

Trägers hervorzurufen, die je ein Bild der Welle zu 60 effekte der gegenseitigen Umläufe oder des Elekeinem gegebenen Zeitpunkt darstellen. tronenumlaufs mit dem Kristallgitter zu Dämpfungs-

Zwecks Wiedergabe der aufgezeichneten Mikro- erscheinungen führen, die einen Energieverzehr in wellenbilder kann der Aufzeichnungsträger mittels der Art eines Widerstandes in einem einfachen elekeines Lesestrahls abgefragt werden, der im gleichen irischen Resonanzkreis hervorrufen. Bei gewissen Frequenzbereich wie der aufgezeichnete Strahl 65 Stoffen, die erfindungsgemäß zur Aufzeichnung verarbeitet, wodurch diejenigen Resonanzstellen, die wendet werden, erzeugt dieser Energieverzehr Wärme, bei der Aufzeichnung bleibend gestört wurden, fest- die auf das den in Resonanz befindlichen Stoff umgestellt und die gespeicherte Information wieder- gebende Material übertragen wird. Bei anderen Aus

gegeben werden können. Weitere Wiedergabemöglichkeiten werden nachstehend in der Beschreibung behandelt.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun an Hand der Zeichnung beschrieben. Hierin ist

F i g. 1 eine Draufsicht eines erfindungsgemäßen Aufzeichnungsträgers,

F i g. 2 ein Querschnitt des Trägers nach F i g. 1,

F i g. 3 eine Darstellung der Verfahrensstufe der Erzeugung von Resonanzkreisen in dem Aufzeichnungträger nach F i g. 1 und 2,

F i g. 4 eine Darstellung der Verfahrensstufe der Abstimmung der Resonanzkreise auf eine bestimmte

Zuführung der aufzuzeichnenden Funkwelle,

Fig. 6 eine Draufsicht ähnlich Fig. 1 mit einem Aufzeichnungsträger, der Informationen gespeichert

gezeichneten Informationen,

F i g. 8 eine erläuternde Darstellung eines anderen Verfahrens zur Aufzeichnung und Wiedergabe der

Zeichnungsträgers und der zugehörigen Aufzeichnungsvorrichtung zur Erzeugung eines sichtbaren Bildes der Funkwelle,

Fig. 10 ein Schnitt durch die Aufzeichnungsvorrichtung nach F i g. 9,

Fig. 11 und 12 Schnitte durch andere Ausführungsformen von Aufzeichnungsträgern zur Erzeugung sichtbarer Bilder der Funkwelle,

Fig. 13 eine Draufsicht eines Aufzeichnungsträgers mit einer Reihe sichtbarer Bilder einer gespeicherten Funkwelle und

Fig. 14 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Wiedergabe des gespeicherten sieht-

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führungsformen kann die absorbierte Energie das Energieniveau der umlaufenden Teilchen vom Valenzband zum Leitungsband anheben. Wenn ein Teilchen sich im Leitungsband befindet, ist es bekanntlich in dem betreffenden Körper beweglich.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die genannten Erscheinungen gemeinsam verwendet, um ein Band oder einen anderen Aufzeichnungsträger mit Hilfe intensiver Strahlung auf Rundfunkwellen im Bereich von 10⁹ Hertz zu sensibilisieren. Der Aufzeichnungsträger weist eine Mehrzahl auf ihm verteilter Spinresonanzkreise im atomaren Bereich auf, wobei die umlaufenden Elementarteilchen in allen Resonanzkreisen in der gleichen Richtung polarisiert sind, d. h. um Achsen umlaufen, die parallel zueinander sind. Dies läßt sich in verschiedener, weiter unten beschriebener Weise erreichen. Hiernach wird der Aufzeichnungsträger einem statischen Magnetfeld hoher Feldstärke unterworfen, um die Resonanzkreise auf eine bestimmte Frequenz abzustimmen, die gespeichert werden soll. Gleichzeitig wird die aufzuzeichnende Funkwelle auf ihn gerichtet, so daß sie unmittelbar alle Resonanzkreise in einem gegebenen Bereich beaufschlagt und erregt, wodurch die aus der erregenden Welle stammende Energie durch die Resonanzkreise des Bandes absorbiert wird. Da die Resonanzfrequenz der verschiedenen Stellen des Bandes bzw. Trägers auf verschiedene Frequenzen abgestimmt werden kann, indem die Feldstärke des statischen Magnetfeldes geändert wird, kann eine modulierte Welle in einem räumlichen Bereich des Aufzeichnungsträgers spektral aufgezeichnet werden.

Wenn insbesondere die Welle aus einem hochfrequenten Träger besteht, der mit einem Nachrichtensignal moduliert ist, so muß ein ganzes Frequenzband gespeichert werden, um die Nachricht zu erfassen, da die Welle in diesem Falle aus einer Trägerfrequenz mit Seitenbändern besteht, die einen gewissen Frequenzabstand von der Trägerwelle haben. Um diese vollständige Information zu erfassen, kann der Aufzeichnungsträger durch ein ungleichförmiges statisches Magnetfeld geführt werden, das von einer Kante des Trägers zur anderen sich in der Feldstärke fortlaufend ändert. Auf diese Weise werden die von einem schwächeren Magnetfeld beeinflußten Stellen auf Resonanz bei einer niedrigen Frequenz abgestimmt, während die an der gegenüberliegenden Kante des Aufzeichnungsträgers befindlichen Stellen durch ein Magnetfeld höherer Feldstärke auf eine weit höhere Frequenz abgestimmt werden, während die zwischen diesen beiden Extremen liegenden Stellen stetig auf zwischen der untersten und der höchsten Frequenz liegende Frequenzen abgestimmt werden. Demgemäß werden alle Frequenzkomponenten der Welle einschließlich des Trägers und seiner Seitenbänder an verschiedenen Stellen des Aufzeichnungsträgers aufgezeichnet, und es ergibt sich eine spektrale Frequenz verteilung der Welle.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Aufzeichnungsträgers wird nun an Hand der Zeichnung beschrieben. Fig. 1 und 2 zeigen eine Trägerfolie 10 in Bandform, die z. B. aus einem Polyesterfilm od. dgl. bestehen kann. Hierauf befindet sich eine Schicht 11 aus Wachs oder einer anderen schmelzbaren Substanz, die eine große Anzahl von Kristallen 12 in gleichmäßiger Verteilung über das Band enthält. Die Kristalle 12 bestehen aus halbleitenden oder isolierenden Stoffen, die freie umlaufende Elektronen oder andere Elementarteilchen bilden können.

Nach F i g. 3 wird das Band 10 mit Röntgenstrahlen, Neutronen, Elektronen hoher Energie oder einer sonstigen intensiven Strahlung 13 von einer Strahlungsquelle 14 so bestrahlt, daß die Kristalle 12 unter dem Beschüß der Strahlung Elektronen aus den Atomen frei machen. Die befreiten Elektronen rotieren, wie bei 17 angedeutet, um das Atom, ein Molekül oder eine Gruppe von Molekülen innerhalb des Kristalls. In jedem solchen Kristall 12 können viele Millionen freier Elektronen während der Bestrahlung erzeugt werden. Diese Elektronen oder andere befreite Elementarteilchen laufen mit zufällig verteilten Geschwindigkeiten, jedoch in festen Umlaufebenen innerhalb des Kristallgitters 12 um. Der Einfallswinkel der Strahlung 13 bestimmt die Umlaufebenen der befreiten Elementarteilchen. Durch Fokussieren der Strahlung wird also die Bewegung aller freien Elementarteilchen innerhalb des Kristallgitters polarisiert, d. h., sie laufen um zueinander parallele Spinachsen um.

Beim nächsten Schritt, der in F i g. 4 dargestellt ist, wird das Band 10 einem statischen Magnetfeld unterworfen, das zwischen den Polen 16 eines Magneten geeigneter Stärke auftritt. Die Intensität des Magnetfeldes 18 bestimmt die Umlaufgeschwindigkeit der Elementarteilchen 17 in jedem Kristall 12, so daß alle Teilchen innerhalb der Kristalle 12 mit der gleichen, durch die Intensität des Magnetfeldes 18 bestimmten Geschwindigkeit umlaufen. Es wurde gefunden, daß die Beziehung zwischen der Umlaufgeschwindigkeit der Elementarteilchen 17 und der magnetischen Feldstärke in einem bestimmten Bereich im wesentlichen linear ist. Wenn also die Kristalle 12 unter den Einfluß des statischen Magnetfeldes 18 gelangen, laufen die freien Elementarteilchen alle mit der gleichen Geschwindigkeit um und werden demgemäß auf eine bestimmte Resonanzfrequenz abgestimmt, die durch die Feldstärke des Magnetfeldes 18 gegeben ist.

Wenn also der Aufzeichnungsträger 10 in der geschilderten Weise hergestellt und sensibilisiert wurde, weist er beim Einbringen in ein statisches Magnetfeld gegebener Feldstärke zahlreiche Resonanzkreise auf, die auf seiner Länge und Breite verteilt sind, wobei jede Resonanzstelle eine sehr große Anzahl atomarer Resonanzkreise enthält und alle Resonanzkreise in parallelen Ebenen angeordnet und auf die gleiche Frequenz abgestimmt sind.

Gleichzeitig wird nun gemäß F i g. 5 mittels eines Hohlleiters 19 od. dgl. eine polarisierte Funkwelle unmittelbar auf das Band 10 gerichtet. Die Mikrowelle ist hierbei so gerichtet, daß ihre H-Komponente senkrecht zu der Feldrichtung des statischen Magnetfeldes verläuft. Diese Welle trifft alle Kristalle 12 in einem gegebenen Bereich des Bandes 10. Da zahlreiche Resonanzstellen 17 innerhalb der Kristalle 12 polarisiert und durch das Magnetfeld auf eine bestimmte Frequenz abgestimmt wurden, absorbieren die umlaufenden Teilchen innerhalb der Kristalle Energie aus der Welle nur, wenn die Resonanzfrequenz in derselben vorhanden ist. Die absorbierte Energie wird in Strahlung verwandelt. Die durch die Absorption der Energie innerhalb jedes Kristalls erzeugte Wärme erhöht die Temperatur des betreffenden Kristalls 12 so stark, daß die Wachs-

schicht 11, mit der die Kristalle 12 am Trägerband 10 befestigt sind, erweicht oder teilweise geschmolzen wird, wodurch die verschiedenen Kristalle 12 ihre Lage mit orientierten Spinachsen auf dem Band verlassen und die zufällig verteilten Lagen 12 a, 12 b, 12 c, 12 d usw. in F i g. 6 annehmen.

Wie oben gezeigt wurde, werden die Umlaufebenen der Elementarteilchen 17 durch den Einfallswinkel der sensibilisierenden Strahlung 13 (Fig. 3) bestimmt, sind dann aber in jedem Kristall hinsiehtlieh des Kristallgitters 12 festgelegt. Wenn also die Kristallgitter 12 wie in F i g. 6 ihre Ausrichtung auf dem Band verlieren, werden die Umlaufebenen der Elementarteilchen in den verschobenen Kristallen

Bei der oben gegebenen grundsätzlichen Beschreibung wurde davon ausgegangen, daß der Aufzeichnungsträger 10 nur Signale einer bestimmten Frequenz empfängt und speichert, da alle Resonanzstellen 17 durch ein statisches Magnetfeld 18 gleichförmiger Intensität abgestimmt werden. Wenn jedoch ein breiteres Band verschiedener Frequenzen aufgezeichnet werden soll, so kann das in Fig. 8 geschilderte Verfahren angewandt werden.

Bei der Anordnung nach Fig. 8 kann der Aufzeichnungsträger 10 mit den in Wachs oder einer anderen in der Wärme erweichenden Schicht 11 eingebetteten Kristallen 12 zunächst in gleicher Weise wie nach Fig. 1 bis 3 hergestellt und sensibilisiert

12 a, 12 b usw. gegenüber jenen in den anderen Kri- i5 werden. Statt des gleichförmigen Magnetfeldes nach stallen verlagert, und die Resonanzstellen in diesen . F i g. 4 werden aber nun verschiedene Zonen quer Kristallen sind nicht länger in polarisierter Ausrich- zum Band 10 einem ungleichförmigen statischen tung mit den entsprechenden Resonanzstellen in den Feld unterworfen. Dies geschieht z. B. dadurch, daß übrigen Kristallen 12. die Polschuhe 22 und 23 quer zum Band 10 ausein-

Nach der Beaufschlagung mit der Mikrowelle här- ²⁰ anderlaufen und dadurch ein ungleichförmiges Matet die Wachsschicht 11 wieder und hält die verlager- gnetfeld 18 erzeugen. Die rechts liegenden Stellen ten Kristalle 12a, 12b usw. in ihren neuen Stellun- des Bandes in Fig. 8, die sich zwischen den eingen auf dem Band, so daß die aus der Welle ent- ander am nächsten gegenüberstehenden Teilen der nommenen Signale aufgezeichnet bleiben. Polschuhe 22 und 23 befinden, stehen also unter dem

Für die spätere Wiedergabe bzw. Ablesung dieser 25 Einfluß eines stärkeren Magnetfeldes als die Stellen Information wird gemäß Fig. 7 das Band 10 wieder links in Fig. 8, wo die Polschuhe den größten Abeinem statischen Magnetfeld von dem Magneten 16 stand voneinander haben. Die Feldstärke des Maunterworfen, um die polarisierten, um zueinander gnetfeldes ändert sich somit stetig von links nach parallele Achsen umlaufenden freien Elementarteil- rechts. Wie oben ausgeführt wurde, ist die Spinchen auf die gleiche Resonanzfrequenz wie zuvor ab- 3<> geschwindigkeit bzw. Resonanzfrequenz der umlauzustimmen. Gleichzeitig wird das Band 10 durch eine fenden Elementarteilchen 17 proportional zur Feld-

schwache Funkwelle aus einem Wellenleiter 19 a abgetastet, der sich auf einer Seite des Bandes 10 befindet. Ein zur Aufnahme der durch die Abtastung

stärke des statischen Feldes 18, so daß die umlaufenden Teilchen 17 bzw. Resonanzkreise an den verschiedenen Orten quer zum Band 10 von rechts nach

veränderten Welle dienender Wellenleiter 20 befin- 35 links auf immer niedrigere Frequenzen abgestimmt

det sich an der anderen Seite des Bandes. Wenn diejenigen Stellen des Bandes 10, die keine Information gespeichert haben, am aufnehmenden Wellenleiter 20 vorbeigehen, wird der durch den Wellenleiter 19 α

sind. Wenn somit das Band 10 unter dem Einfluß einer Funkwelle steht, deren Komponenten verschiedene Frequenzen aufweisen, so wird die spektrale Verteilung der Frequenzkomponenten auf dem Band

erzeugte schwache Strahl durch die orientierten Kri- 4° aufgezeichnet, wobei die höheren Frequenzkompo-

stalle 12 absorbiert, da deren Resonanzstellen noch nenten rechts und die niederen Frequenzkomponen-

alle die gleiche Orientierung haben und nicht gestört ten links auf dem Band gespeichert werden. Gelangt

worden sind. Demgemäß wird an denjenigen Stellen, das Feld z. B. unter die Einwirkung einer amplitu-

an denen die Information nicht gespeichert wurde, denmodulierten Funkwelle, die durch den Wellenlei-

die Energie des schwachen Abtastfeldes absorbiert, 45 ter 24 zugeführt wird, so weist diese Welle eine Trä-

und es kann kein Signal durch das Band zum auf- gerfrequenz sowie obere und untere Seitenbänder nehmenden Wellenleiter 20 gelangen. Wenn jedoch
die gestörten Resonanzbereiche des Bandes, auf denen eine Information vorher gespeichert wurde, vor

auf. In diesem Falle können die mittleren Bereiche des Bandes so abgestimmt werden, daß sie Resonanz bei der Trägerfrequenz zeigen, während die Seiten

dem Wellenleiter 19 a vorbeigehen, so sind die Reso- 5o des Bandes stetig bis zur höchsten Frequenz des

nanzstellen in den verlagerten Kristallen 12 a, 12 b usw. nicht langer polarisiert und in Ausfluchtung mit dem Abtastfeld vom Wellenleiter 19 α. Das hiervon ausgehende Signal wird also nicht durch die umlaufenden Elementarteilchen in den Kristallen 12 absorbiert. Wenn demnach ein Bereich des Bandes, auf dem eine Information aufgezeichnet wurde, durch das Abtastfeld hindurchgeht, ergibt sich keine oder geringe Absorption, und dieses Signal kann

oberen Seitenbandes bzw. der niedrigsten Frequenz des unteren Seitenbandes abgestimmt sind, so daß alle spektralen Komponenten der Welle in Frequenzdarstellung auf dem Band aufgezeichnet werden.

In gleicher Weise kann das Band in beliebiger gleichförmiger oder ungleichförmiger Weise abgestimmt werden, um eine frequenzmodulierte Welle oder eine andere Nachrichtenform zu speichern, indem einfach ein ungleichförmiges statisches Magnet-

durch das Band 10 hindurch den Wellenleiter 20 er- 6o feld mit der entsprechenden Intensitätsverteilung

reichen. Die abtastende Funkwelle vom Wellenleiter 19 α hat die gleiche Frequenz wie die Aufzeichnungswelle, und das Magnetfeld, das von dem Magneten 16 erzeugt wird, hat ebenfalls die gleiche Intensität

verwendet wird.

Das grundsätzlich beschriebene Aufzeichnungsund Wiedergabeverfahren kann im einzelnen zahlreiche Ausgestaltungen und Abänderungen erfahren.

wie bei der Aufzeichnung. Demzufolge ist die vom 65 Wie oben erwähnt wurde, gehören zu den Stoffen, Wellenleiter 20 aufgenommene Funkwelle eine un- die Spinresonanzkreise aufweisen können, insbeson- und

mittelbare und identische Wiedergabe des aufgezeichneten elektromagnetischen Feldes.

dere Kristalle gewisser Halbleiter und Isoliermaterialien, in denen freie Elektronen und andere freie

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Elementarteilchen erzeugt werden können. Allgemein können in derartigen Kristallen zwei verschiedene Typen von Teilchenzuständen hervorgerufen werden. Der eine ist als F-Zentrum und der andere als V-Zentrum bekannt. In einem F-Zentrum ist ein Elektron an die Leerstelle eines negativen Ions gebunden, und das Elektron läuft um ein Atom oder Molekül innerhalb des Kristallgitters um eine zentrale Achse um. In einem V-Zentrum ist ein Loch

Paraffin Wax by Beta-Radiation« im Journal of Applied Physics, Bd. 20, Nr. 10, S. 887, vom Oktober 1949 hingewiesen.

Eine andere Materialgruppe, die zur Bildung 5 hochfrequenter Resonanzstellen auf einem Aufzeichnungsträger dienen kann, sind die freien Radikale, z. B. die Radikale von Äthyl, Methyl, Propyl und Hydroxyl. Diese freien Radikale sind Bruchstücke von Molekülen mit ungebundenen Elektronen, die (Defektelektron) an eine positive Ionenleerstelle ge- ίο mit vorbestimmten Geschwindigkeiten umlaufen könbunden, und der Effekt ist im allgemeinen der nen, wenn sie in ein statisches Magnetfeld gebracht gleiche. In beiden Fällen ist die Orientierung der werden, in gleicher Weise wie die atomare Teilchen-Umlaufsebene des Elementarteilchens innerhalb des bewegung in bestrahlten Kristallen. Solche freien Kristallgitters fixiert, und eine Bewegung des Kri- Radikale besitzen auch starke magnetische und elekstalls um nur 10° verändert den polarisierten 15 trische Dipolmomente. Eines der am besten geeig-Resonanzzustand der umlaufenden Teilchen. neten freien Radikale für diesen Zweck ist Diphenyl-

F-Zentren werden im allgemeinen in Kristallen picrylhydrazyl, das bei Zimmertemperatur stabil ist. gewisser Halbleiter und Isoliermaterialien dadurch Eine Theorie der Stabilität freier Radikale findet sich erzeugt, daß der Kristall mit Röntgenstrahlen, Neu- in dem Artikel von J. L. Jackson, »Dynamic Statronen oder ultravioletten Strahlen hoher Energie 20 bility of Frozen Radicals 1, Description and Applibeschossen wird. Ferner ist es aus der Halbleiter- cation of Model« im Journal of Chemistry and Phytheorie bekannt, daß freie Elektronen oder andere sics, Vol. 31, Nr. 1, S. 154, vom Juli 1959 sowie in Elementarteilchen in einem Kristall auch dadurch einem zweiten Artikel des gleichen Verfassers im erzeugt werden können, daß man während der Her- Journal of Chemistry and Physics, Vol. 31, Nr. 3 stellung des Kristalls eine Verunreinigung einführt. 25 S. 772, vom September 1959. Bekannte Kristallmaterialien mit den erwähnten Freie Radikale sind auch bei niedrigen Tempera-

Eigenschaften sind Kaliumchlorid, Natriumchlorid, türen und den Temperaturen der Supraleitfähigkeit Quarz, Diamanten (natürlich oder synthetisch) sowie erzielbar. Gegebenenfalls kann der Aufzeichnungseine große Anzahl anderer Stoffe, die gegenwärtig träger mit solchen Materialien bei diesen niedrigen in der Festkörperphysik verwendet werden. Synthe- 30 Temperaturen hergestellt werden. Wenn z. B. Hydrotische Diamanten sind im vorliegenden Falle beson- zonsäure hydrothermisch oder elektrisch zersetzt

wird und die Zersetzungsprodukte auf 77° K abgekühlt werden, so kondensiert sich ein tiefblauer Festkörper, der bei dieser Temperatur stabil ist und das 35 gewünschte freie Radikal enthält. Wenn dieses freie Radikal auf 148° K oder mehr erhitzt wird, so wird das tiefblaue feste Kondensat weiß, und der Resonanzzustand verschwindet. Demzufolge kann ein seng p sibilisierter Aufzeichnungsträger dadurch hergestellt

weise ist Paraffinwachs selbst durch /3-Strahlung ioni- 40 werden, daß man die Folie mit einem solchen freien siert worden, um freie Elektronen und Ionen zu Radikal überzieht, das durch das Zersetzen der anerzeugen, die in dem Material umlaufen und die gegebenen Säure bei 77° K erhalten wurde und die oben besprochenen Spinresonanzkreise erzeugen. In Ü hd d f

diesem Falle kann der Aufzeichnungsträger aus einer Grundfolie aus Polyester oder einem anderen Trä- 45 germaterial zusammen mit einer Deckschicht aus Paraffinwachs allein hergestellt werden, ohne daß Kristalle oder andere Zusätze erforderlich sind.

Weiter ist es bekannt, daß kolloidale Kristalle bestrahlt werden können, wodurch gewisse Ionenbin- 50 können in einem Lösungsmittel, wie Benzol, gelöst düngen im Kristall zerstört werden. Hierbei können werden, so daß ein Überzug leicht auf dem Band freie Elektronen eingefangen oder erzeugt werden hergestellt werden kann. Da die freien Radikale be- oder Elektronen in einen Zustand unpaarigen Spins reits Elementarteilchen aufweisen, braucht ein hiergebracht werden. Stoffe dieser Art und ihr Zustand mit hergestellter Aufzeichnungsträger keine Bestrahnach der Bestrahlung sind in folgenden Literatur- 55 lung mehr, so daß dieser Schritt im Herstellungsverstellen behandelt: fahren weggelassen werden kann. Wenn demgemäß „r™ .,.,„,. _T ,„, _T freie Radikale zur Bildung der Resonanzkreise ver-

^L ?L^Appliedo ^PhyS!^CS i^rt Ψ\²¹' Sf- ⁹' wandet werden, so braucht der Aufzeichnungsträger S. 904, vom September 1950, Artikel von Wat- _{nur einem statischen} Magnetfeld ausgesetzt zu wersoη und Preuss : »Motion Picture Studies of _{6o den> um die ResO}nanzkreise auf die gewünschte Fre-Electron Bombardment of Colloidal Crystals«. _{quenz abzustimm}en, und die gewünschte Nachricht

kann unmittelbar aufgezeichnet werden. In diesem Falle verursacht die Einwirkung des hochfrequenten elektromagnetischen Feldes einen katastrophen-65 artigen Zusammenbruch des Spinsystems, wodurch die betreffenden Resonanzkreise völlig zerstört werden, im Gegensatz zu dem oben beschriebenen Verfahren, wo die Erwärmung der Kristalle das Spin-

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ders interessant, da diese Stoffe außerordentlich temperaturempfindlich sind und ihre elektronischen Festkörpereigenschaften bereits bei Temperaturänderungen von etwa 0,002° C ändern.

Es ist auch eine Anzahl verschiedener organischer Stoffe bekannt, die bei Bestrahlung mit gewissen Strahlungsarten eine Ionisation und freie Elektronen oder andere Elementarteilchen erzeugen. Beispiels-

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Trägerfolie und den Überzug während der Aufzeichnung und Wiedergabe auf dieser Temperatur hält.

Stoffe mit freien Radikalen besitzen gewisse Vorteile gegenüber der Verwendung von Kristallen. Zunächst besitzen die Stoffe mit freien Radikalen keine Kristallstruktur, die eine Vorsensibilisierung erfordert, und die meisten Stoffe mit freien Radikalen

2. Mayagawa und Gordy, »Electron Spin Resonance in an Irradiated Single Crystal of Dimethylglyoxime« in Journal of Chemistry and Physics, Bd. 30, S. 1570, vom Juni 1959.

Hinsichtlich Paraffinwachs allein wird auf den Aufsatz von Andrew B em an t, »Ionization of

system nicht zerstört, sondern nur zur Verlagerung der Kristalle in dem Einbettungsmedium dient. Die aufgezeichnete Information kann jedoch in gleicher Weise wie vorher wiedergegeben werden, da der Abtaststrahl nur durch die verbleibenden Resonanzkreise auf dem Aufzeichnungsträger absorbiert wird, auf die keine Aufzeichnungswelle eingewirkt hat.

Eine weitere Stoffgruppe, die zur Bildung der Resonanzkreise auf dem Träger verwendet werden kann, sind die kolloidalen Metalle, die aus sehr fein verteilten Metallen (z. B. Natrium) bestehen, die in gleicher Weise wie die obenerwähnten Kristalle in ein in der Wärme erweichendes Material wie Paraffin eingebettet werden können.

Weiter gehören hierzu Graphitverbindungen von Alkalimetallen oder Erdalkalimetallen, die aus den in Graphit gelösten und dispergierten Alkali- bzw. Erdalkalimetallen bestehen. Weiter gehören hierzu die Kristalle mit induzierter Emission (Maser), z. B. Rubin, der nahezu auf den absoluten Nullpunkt ab- ao gekühlt ist.

So steht eine verhältnismäßig große Anzahl von Halbleitern oder Isolatoren zur Verfügung, die nach Bestrahlung umlaufende Elektronen oder sonstige Elementarteilchen erzeugen können, und ferner gibt es eine Anzahl von Stoffen wie die freien Radikale, die ohne Vorbehandlung derartige Teilchen erzeugen können.

Die genannten freien Radikale erscheinen ferner besonders geeignet zur Aufzeichnung gemäß der Erfindung, da sie ferner teilweise eine sehr enge Resonanzbandbreite im Bereich von 3 MHz besitzen und durch das statische Magnetfeld in einem breiten Frequenzband von etwa 1000 bis 40 000 MHz abgestimmt werden können.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Aufzeichnung einer elektromagnetischen Welle muß den für die Bildung der Resonanzkreise verwendeten Stoffen angepaßt werden. Wenn beispielsweise ein freies Radikal wie Hydrozonsäure verwendet wird, die zersetzt und bei 77° K gehalten wird, um einen tiefblauen Festkörper zu bilden, der das freie Radikal enthält, so genügt die Bestrahlung des Aufzeichnungsträgers mit der hochfrequenten Welle, um den Träger über die kritische Temperatur von 148° K zu erwärmen und den Zustand des freien Radikals zu zerstören. In diesem Falle benötigt der Aufzeichnungsträger keine Zwischenschicht aus Wachs oder einem anderen schmelzbaren Material, sondern nur einen Überzug aus dem freien Radikal auf dem Trägermaterial. In anderen Fällen, wenn z. B. gewisse Kristalle verwendet werden, kann die Erwärmung des Kristalls bei Bestrahlung mit der hochfrequenten Welle nicht ausreichen, um die Wachsschicht vollständig zu schmelzen. In diesem Falle kann der Aufzeichnungsträger gleichzeitig mit einer Ultraschallwelle behandelt oder sonstwie erschüttert werden, um diejenigen Teilchen zu verlagern, die durch die hochfrequente Welle erwärmt wurden. Das Band kann auch gleichzeitig oder statt dessen so weit vorgewärmt werden, daß es sich gerade unterhalb der Erweichungstemperatur des Wachses befindet, so daß die zusätzliche erzeugte Wärme durch die Absorption der Funkwelle das Schmelzen des Wachses und die gewünschte Verlagerung der Kristalle hervorruft.

Gemäß einer weiteren Ausführungsart der Erfindung wurde gefunden, daß Mikrowellen und sogar Wellen mit noch höheren Frequenzen magnetisch aufgezeichnet und gespeichert werden können, indem gewisse ferromagnetische Stoffe wie Ferrite mittels eines starken statischen Magnetfeldes magnetisiert werden. Die Feldstärke des Magnetfeldes muß dabei zu der aufzuzeichnenden Frequenz in einer Beziehung stehen, die durch den Zeemaneffekt gegeben ist. Das sensibilisierte ferromagnetische Material wird gleichzeitig unmittelbar der ausgestrahlten Mikrowelle ausgesetzt, deren magnetische Komponente rechtwinklig zum statischen magnetisierenden Feld gerichtet ist, wodurch die in der Welle enthaltene Information durch Veränderung des Magnetisierungszustandes des Ferromagnetikums aufgezeichnet wird.

Obwohl die Wechselwirkungserscheinungen zwischen dem statischen Magnetfeld, dem Mikrowellenstrahl und dem ferromagnetischen Material recht verwickelt sind und kaum ohne Anwendung mathematischer Formeln erklärt werden können, mag es zur Veranschaulichung dienen, daß die magnetischen Dipole in dem Material durch das statische Magnetfeld auf die Frequenz der Welle »abgestimmt« und polarisiert werden, während die aufzuzeichnende elektromagnetische Welle ein Drehmoment auf die Dipole ausübt, das ihre Spinachsen neu zu orientieren und so den magnetisierten Zustand der betreffenden Stelle des Materials zu ändern sucht. Das Ausmaß dieser Neuorientierung bzw. dieser Anzahl der magnetischen Dipole, deren Achsen verlagert werden, ist mit der Intensität des elektromagnetischen Feldes verknüpft, so daß eine modulierte Welle als Folge verschiedener magnetischer Intensitäten im Material aufgezeichnet werden kann. Bei der Ausführung dieses Verfahrens kann das ferromagnetische Material auf einem Band od. dgl. wie zuvor ausgebreitet werden, und der Träger wird ähnlich wie bei den bekannten niederfrequenten Aufzeichnungsverfahren in Längsrichtung an der zu speichernden Welle vorbeigeführt, so daß sich eine Reihe intensitätsmodulierter magnetischer Bilder in Längsrichtung des Trägers ergibt. Hinsichtlich einer strengeren Erklärung der Wechselwirkungserscheinungen wird auf folgende Artikel verwiesen:

1. Harry Stuhl, »The Nonlinear Behavior of Ferrites at High Microwave Signal Levels«, Proceedings IRE, Vol. 44, Nr. 10, S. 1270, Oktober 1956;

2. C. H. Becker, »Strahlungsmagnetisierung«, Zeitschrift für Physik, Bd. 148, S. 391 bis 401, 1957;

3. Nikolaus Bloembergen, »Magnetic Resonance in Ferrites«, Proceedings IRE, Völ. 44, Nr. 10, S. 1259, Oktober 1956.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren angewandt, bei dem diese magnetische Aufzeichnung nicht nur gemäß dem Informationsinhalt des Signals intensitätsmoduliert ist, sondern die magnetische Aufzeichnung geschieht außerdem räumlich bzw. nach Frequenzkomponenten, wobei die verschiedenen in der Mikrowelle enthaltenen Frequenzkomponenten an verschiedenen Stellen quer zum Aufzeichnungsträger aufgespeichert werden, so daß sich ein spektrales Frequenzbild der elektromagnetischen Welle ergibt.

Bei der Anordnung nach F i g. 8 besteht also das Band 10 in diesem Falle aus einem Träger, der mit

einem -ferromagnetische!! Material überzogen oder imprägniert ist, wie es für binäre magnetische Speicher in elektronischen Rechenanlagen verwendet wird. Der Aufzeichnungsträger 10 befindet sich wieder zwischen zwei magnetischen Polschuhen 22 und 23 entgegengesetzter Polarität und ist mit nicht dargestellten Führungs- und Antriebsvorrichtungen zur Längsbewegung zwischen den Polschuhen versehen. Die Polschuhe können entweder zu einem starken Dauermagneten oder einem Elektromagneten ge- ίο hören. In beiden Fällen ist der Magnet imstande, ein kräftiges statisches Magnetfeld 18 zu erzeugen, das das Band 10 durchsetzt und das Ferritmaterial vormagnetisiert.

- Wie Fig. 8 zeigt, sind die Stirnflächen der Polschuhe 22 und 23 gleichmäßig gegeneinander abgeschrägt, so daß sich, wie oben beschrieben, quer zum Band 10 ein von rechts nach links fortschreitend größerer Luftspalt zwischen den Polschuhen ergibt. Demzufolge nimmt die magnetische Feldstärke von ao rechts nach links stetig ab, wobei die Flußdichte an der rechten Seite des Bandes weit stärker als an der linken Seite ist.

Wie oben erwähnt, dient in diesem Falle das statische Magnetfeld 18 zur Magnetisierung oder Ab-Stimmung der magnetischen Dipole im ferromagnetischen Material, wodurch die Dipole in den Stand versetzt werden, auf eine hochfrequente elektromagnetische Welle anzusprechen, deren H-Komponente rechtwinklig zum statischen Feld 18 verläuft. Aus der Zeemanschen Energiebeziehung ist bekannt, daß der Zusammenhang zwischen der Resonanzfrequenz der Dipole und der statischen Magnetfeldstärke linear ist. Demzufolge sind diejenigen Teile an der rechten Seite des Bandes 10, die sich im kräftigsten Magnetfeld befinden, auf eine viel höhere Frequenz abgestimmt als die Teile an der linken Seite des Bandes 10, während die dazwischenliegenden Bereiche Resonanz bei dazwischenliegenden Mikrowellenfrequenzen zeigen. 4P

Die auf dem Band 10 aufzuzeichnende elektromagnetische Strahlung wird so auf das Band gerichtet, daß ihre Η-Komponente rechtwinklig zum statischen Feld 18 verläuft. Dies geschieht z. B. mittels eines entsprechend angebrachten Wellenleiters 24.

Da die Oberfläche des Bandes 10 quer zu seiner Längsrichtung nicht gleichmäßig magnetisiert wird, sind die verschiedenen Stellen des Bandes auf verschiedene Frequenzen abgestimmt, und demzufolge wird eine Funkwelle mit einer gegebenen Frequenz innerhalb des Abstimmungsbereiches nur an einer bestimmten Stelle in Querrichtung des Bandes aufgezeichnet. Eine Welle mit einer zweiten Frequenz wird an einer anderen Stelle gespeichert. Bei einer modulierten Welle ergibt sich also ein spektrales Bild der verschiedenen Seitenbandfrequenzen in gleicher Weise, wie es oben bei den Kristallen und freien Radikalen erläutert wurde.

Wie erwähnt, wird die Aufzeichnung dadurch verursacht, daß die Mikrowelle mit dem statischen Magnetfeld 18 derart in Wechselwirkung tritt, daß ein Drehmoment auf die magnetischen Dipole im ferromagnetischen Material ausgeübt wird, wodurch deren Spinachsen anders orientiert werden und eine meßbare magnetische Änderung des Materials hervorrufen. Das Ausmaß dieser Änderung, d. h. die an jeder Stelle in Querrichtung des Bandes hervorgerufene Magnetisierung, ist proportional zur Intensität der betreffenden Frequenzkomponente der einwirkenden Welle. Demnach sind die relativen Amplituden der an verschiedenen Stellen aufgezeichneten Spektralkomponenten voneinander unterscheidbar durch die relative Intensität der an den einzelnen Stellen hervorgerufenen Magnetisierungsänderung.

Statt eines Magnetbandes können natürlich auch andere an sich bekannte Aufzeichnungsvorrichtungen vorgesehen sein. Zum Beispiel kann der Aufzeichnungsträger 10 in Form einer Trommel, einer Kugel oder in sonstiger Gestalt ausgebildet sein. Ebenso kann die Hochfrequenzwelle, die aufgezeichnet werden soll, in beliebiger Weise gewonnen und fokussiert werden, ohne daß ein besonderer Hohlleiter 24 od. dgl. vorgesehen werden muß. Das statische Magnetfeld 18 kann durch Dauermagnete oder Elektromagnete mit beliebiger Polschuhform erzeugt werden, so daß sich der gewünschte Verlauf der Magnetisierung des ferromagnetischen Aufzeichnungsträgers ergibt.

In Fig. 9 bis 14 ist eine weitere Möglichkeit der Verteilung eines Materials mit Spinresonanz über die Oberfläche eines Aufzeichnungsträgers dargestellt, mit deren Hilfe flüssige, feste oder gasförmige Resonanzstoffe auf einem bandförmigen, trommelförmigen Träger od. dgl. verwendet werden können. Ferner sind Mittel vorgesehen, um die Aufzeichnung sichtbar zu machen. Einige dieser zusätzlichen Vorrichtungen können auch bei den oben beschriebenen Ausführungsformen angewandt werden.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 9 und 10 besteht der Aufzeichnungsträger aus einem Trägerfilm, der wieder aus Polyester oder einem anderen geeigneten Material bestehen kann, das starr oder biegsam ist. Auf der Oberfläche dieses Trägers ist eine große Anzahl kleiner Kapsem 27 verteilt, die aus Wachs oder einem anderen Material bestehen können. Jede Kapsel 27 enthält ein Material 28, das paramagnetische oder sonstige Spinresonanz zeigt, in flüssiger, fester oder gasförmiger Form. Es weist also freie oder unpaarige Elektronen, Protonen oder andere Elementarteilchen mit Dipolmagneten auf. Im Inhalt 28 jeder Kapsel 27 befindet sich eine beträchtliche Anzahl derartiger freier Teilchen, und die freien Teilchen in jeder Kapsel 27 sind gegen diejenigen in anderen Kapseln 27 durch die Wände der Kapseln getrennt.

Nach der Herstellung des Aufzeichnungsträgers in dieser Weise wird wie vorher ein quer über den Träger verlaufender Bereich einem statischen Magnetfeld 18 unterworfen, indem das Band beispielsweise zwischen die Pol schuhe 22 und 23 eines Magneten eingeführt wird. Das statische Feld 18 stimmt das Material 28 derart ab, daß es in der Art einzelner Resonanzkreise Energie aus einer elektromagnetischen Welle aufnehmen kann. Die Resonanzfrequenz hängt wieder von der Feldstärke des Magnetfeldes 18 ab. Zur Aufzeichnung einer bestimmten elektromagnetischen Welle im Mikrowellenbereich wird der abgestimmte Teil des Bandes unmittelbar der elektromagnetischen Strahlung 31 ausgesetzt, die mittels eines Wellenleiters 19 od. dgl. herangeführt und auf die betreffende Region des Bandes 10 gerichtet werden kann. Es ist wieder dafür gesorgt, daß die Η-Komponenten der elektromagnetischen Welle quer zum statischen Magnetfeld 18 verlaufen. Durch die Beaufschlagung mit der' elektromagnetischen Welle 31 absorbiert das Material 28 in denjenigen

15 16

Kapseln 27 des Bandes 10, die auf die betreffende Kapseln angebracht werden. Beim Schmelzen der Frequenz abgestimmt sind, Energie aus der Welle 31 Kapseln gelangen die beiden chemischen Substanzen und erzeugte Wärme oder ändert sonstwie den Zu- in innige Berührung und erzeugen den gewünschten stand des Aufzeichnungsträgers. Da die Kapseln 27 Farbumschlag, so daß das Temperaturbild in ein räumlich längs der Länge und Breite des Bandes 10 ₅ sichtbares Bild umgewandelt wird, verteilt sind, erzeugt die Funkwelle 31 ein zwei- Fig. 11 zeigt eine weitere Möglichkeit zur Um-

dimensionales Temperaturbild des Strahles 31 auf Wandlung des Temperaturbildes in ein sichtbares der Länge und Breite der beaufschlagten Zone. Bild. Hierbei befindet sich auf dem TrägerfUrn 10

Erfindungsgemäß werden nun zusätzliche Schritte eine Schicht 32 aus einem Material, das Spinresoangewandt, um ein sichtbares Bild der gespeicherten ₁₀ nanz zeigt. Die Schicht 32 kann zusammenhängend Information zu gewinnen und das zweidimensionale oder unzusammenhängend als Überzug oder in den Temperaturbild in eine optisch erkennbare Form Träger 10 eingelagert aufgebracht sein. Darüber beumzuwandeln, findet sich eine weitere Schicht 33 aus temperatur-Vorzugsweise bestehen die kleinen Kapseln 27 aus empfindlichem Material, das bei Wärmeeinwirkung Wachs oder einem sonstigen Material, das schmelzen ₁₅ seine Farbe oder Farbtönung ändert. Es sind zahlkann, wenn die Kapseln 27 erhitzt werden. Ferner reiche solche wärmeempfindlichen Materialien bebefmdet sich außer dem Resonanzmaterial 28 ein kannt, die manchmal auch als heliotropisch bezeich-Farbstoff in den einzelnen Kapseln 27. Bei Einwir- net werden.

kung der Funkwelle 31 dient die in denjenigen Kap- Bei Beaufschlagung des Aufzeichnungsträgers

sein 27, die auf die Frequenz der betreffenden Welle ₂₀ durch das statische Magnetfeld und die aufzuzeichabgestimmt sind, erzeugte Wärme zum Schmelzen nende elektromagnetische Welle in gleicher Weise der Wachskapsel 27 und gestattet den Austritt des wie bei F i g. 9 ergibt sich wie vorher ein zweidimen-Farbstoffes, so daß sich eine Färbung des Bandes an sionales Temperaturbild in der Resonanzschicht 32. der betreffenden Stelle desselben ergibt. Da nur die- Dieses Temperaturbild steht in unmittelbarem engem jenigen Käpselchen Energie absorbieren und erhitzt 25 Kontakt mit der wärmeempfindlichen Schicht 33, wowerden, die auf die Frequenz der Mikrowelle 31 ab- durch das Temperaturbild als sichtbares Bild wiedergestimmt sind, erzeugt die Färbung des Bandes 10 gegeben wird, indem die Schicht 33 ihre Farbtönung ein zweidimensionales optisches Bild des Mikrowel- (d. h. die Farbmenge je Flächeneinheit) entsprechend lenstrahles, das dem Temperaturbild entspricht. Bei dem Temperaturbild ändert.

dieser Ausführungsform hat das Wachs oder sonstige ₃₀ Als Beispiel für einen temperaturempfindlichen schmelzbare Material der Kapsel 27 vorzugsweise Überzug 33 sei folgendes Rezept genannt: eine optisch undurchsichtige Färbung, die eine an- ... ,

dere Farbe als der eingeschlossene Farbstoff auf- mcjceiacetat 0 g

weist, um die verschiedenen Zonen voneinander Thioacetamid 5 g

unterscheiden zu können. 35 Essigsäure 0,5 g

Falls nicht genügend Energie zur Verfügung steht, Wasser 100 g

um die Kapseln 27 durch Einwirkung des Mikrowellenstrahles allein zu schmelzen, kann das Band an- Die Temperatur, bei der dieser Überzug seine fänglich auf eine Temperatur gerade unterhalb der Farbe wechselt, kann durch Änderung des Säure-Schmelztemperatur der Kapseln vorerwärmt werden, ₄₀ gehalts verschoben werden. Weitere Eigenschaften woraufhin die Einwirkung der Mikrowelle die nötige dieses Materials sind in der USA.-Patentschrift Temperaturerhöhung erzeugt, um die betreffenden 1 880 449 beschrieben. Es sind noch zahlreiche anKapseln zu schmelzen. dere Stoffe bekannt, die bei Wärmeeinwirkung einen Statt der Verwendung eines Farbstoffes, der in beständigen Farbumschlag zeigen, so daß es sich bei eine undurchsichtige schmelzbare Kapsel einge- ₄₅ dem obigen Rezept nur um ein Beispiel handelt, schlossen ist, kann auch eine geeignete Säure oder Es ist auch eine Anzahl derartiger temperatur-Base zusätzlich zum Resonanzmaterial 28 in jede empfindlicher Stoffe bekannt, die ihre Farbe oder Kapsel eingeschlossen werden. Nach dem Aufbrin- Farbtönung reversibel bei Wärmeeinwirkung ändern gen der Kapseln 27 auf die Oberfläche des Bandes und nach Abkühlung zur ursprünglichen Farbe zukann Lackmuspapier oder ein anderer Indikator, wie 50 rückkehren. Je nach der besonderen Anwendung des Phenolphthalein, der mit der Säure oder Base reagie- erfindungsgemäßen Verfahrens können diese reverren kann, als Überzug oder in sonstiger Weise an den siblen farbändernden Stoffe gegenüber den irever-Kapseln angebracht werden, wie es bei 30 in Fig. 12 siblen Stoffen vorzuziehen sein. Beispiele hierfür finangedeutet ist. Die durch Absorption der Mikrowelle den .^sicn in der USA.-Patentschrift 2 261 473. erzeugte Wärme dient wieder zum Schmelzen der- 55 ^Eme derartige reversible Farbwechselsubstanz jenigen Kapseln 27, die auf die Frequenz der Welle kann z. B. aus 98 Gewichtsprozent Capronsäure und abgestimmt sind. Hierdurch wird die Säure oder ²^⁰ Jodeosin (Erythrosin B) hergestellt werden. Base freigegeben und kann in Berührung mit dem ^Eme weitere Ausführungsform des Aufzeich-Lackmuspapier oder sonstigen Indikator 30 korn- nungsträgers, die zur Umwandlung des Temperaturmen. Dies ergibt eine Farbänderung des Überzugs 60 bildes in ein optisches Bild dienen kann, ist in in bekannter Weise, wodurch diejenigen Stellen des ^¹S- 12 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform geht Bandes sichtbar werden, die durch die Mikrowelle ^man zunächst wie in Fig. 9 vor und versieht ein getroffen wurden. Trägerband 10 mit Kapseln 27, die das bei bestimm-Es steht eine große Anzahl anderer Indikatorfarb- ^ten Frequenzen Spinresonanz zeigende Material 28 stoffe zur Verfügung, wie sie zur chemischen Maß- 65 enthalten. Die einzelnen Kapseln 27 können dann mit analyse verwendet werden. Eine der reagierenden einem der oben angegebenen temperaturempfind-Substanzen kann stets in die Kapseln 27 eingeschlos- liehen Stoffe überzogen, bespritzt oder sonstwie versen und die andere als Überzug 30 außerhalb der sehen werden, die ihre Farbe oder Farbdichte bei

Temperätureinwirkung ändern. Bei dieser Ausführungsform sind aber die Kapseln 27 nicht so ausgeführt, daß sie bei Einwirkung der Mikrowelle schmelzen, sondern sie erwärmen sich durch Energieabsorption im Material 28 nur so weit, daß ihr Temperaturanstieg die Farbe oder Farbtönung der Außenschicht aus temperaturempfindlichem Material ändert. Die Kapseln 27 können auch aus Wachs oder einer sonstigen Substanz bestehen, in die ein sität der betreffenden Frequenzkomponenten an. Die Frequenz der einzelnen Komponenten wird also durch ihre Lage auf dem Aufzeichnungsträger und ihre Amplitude durch die Farbintensität wiedergegeben.

Wie Fig. 14 schematisch zeigt, kann das in der beschriebenen Weise auf dem Aufzeichnungsträger erzeugte sichtbare Bild durch irgendeine optische Ablesevorrichtung, z. B. eine Photozelle, wieder-

temperaturempfindlicher Stoff mit Farbwechsel ein- io gegeben werden. Beispielsweise wird ein Lichtstrahl gebettet ist, so daß die Färbung der Wachskäpsel- 37, der durch eine Lichtquelle 38 erzeugt und durch

ein Objektiv 39 gebündelt wird, auf den Aufzeichnungsträger 10 mit den Kapseln 27 gerichtet. Der

chen 27 selbst sich bei Erwärmung durch Absorption der Mikrowellenenergie aus der elektromagnetischen Welle ändert.

reflektierte Lichtstrahl 37 ist entsprechend den ver-

Fig. 13 zeigt schematisch einen Aufzeichnungs- ¹S schiedenen Färbungen intensitätsmoduliert und wird

träger nach Fig. 9 oder 12 im Zustand nach der Einwirkung der Mikrowelle und der Ausbildung des optischen Bildes. Wie man sieht, ist das Band 10 oder der sonstige Aufzeichnungsträger vorzugsweise mittels eines Linsensystems 38 auf eine Photozelle 39 gerichtet, wo die Information in elektrische Signale umgewandelt wird. Bekanntlich gibt es zahlreiche Möglichkeiten zur optischen Abtastung eines

langgestreckt, so daß sich eine Reihe aufeinanderfol- ²⁰ solchen sichtbaren Bildes.

gender zeitlicher Bilder ergeben, wenn das Band wie Das Material 28, das in die Kapseln 27 einge

schlossen ist, kann beispielsweise aus freien Radikalen, wie den Radikalen Methyl, Propyl und Hydroxyl,

in Fig. 9 in Längsrichtung an der Aufzeichnungszone des elektromagnetischen Feldes vorbeibewegt wird. Beispielsweise sind in Fig. 13 drei aufeinbestehen. Die freien Radikale sind, wie gesagt, MoIe-

anderfolgende Augenblicksbilder gezeigt, die von 25 külbruchteile mit freien Elektronen, die starke ma-

rechts nach links mit 34, 35 und 36 bezeichnet sind und durch gestrichelte Linien 37 voneinander getrennt sind. In Wirklichkeit sind selbstverständlich keine solchen Linien im fertigen Bild zu finden.

Wie erwähnt, sind die einzelnen Frequenzen innerhalb des erfaßten Frequenzbandes spektral quer zur Längsrichtung des Bandes verteilt. Demgemäß zeigt F i g. 13, daß im ersten Augenblicksbild 34 nur eine einzige niedrige Frequenzkomponente im Signal vorgnetische Dipolmomente aufweisen. Diese besitzen unter der Einwirkung eines statischen Magnetfeldes eine Resonanz bei einer Frequenz, die von der Intensität des Magnetfeldes abhängt.

Aus der Quantentheorie ergibt sich eine Erklärung der Wechselwirkung zwischen Dipolen, statischem Feld und Mikrowelle aus der Tatsache, daß durch das angelegte statische Feld die Energieniveaus der Elektronen in dem Material in.verschiedene Niveaus

handen war, die durch die schraffierte Stelle 34 α aus- 35 aufspalten. Bei der Resonanzfrequenz hebt die ab

gedrückt wird. Im zweiten Teilbild 35 sind zwei verschiedene Frequenzkomponenten an den Stellen 35 α und 35 b vorhanden, die beide größer als die Frequenzkomponente 34 a im ersten Fall sind. Im dritten Augenblicksbild 36 besteht das aufgezeichnete Signal aus drei verschiedenen Frequenzkomponenten, wobei die niedrigste Frequenzkomponente 36 a die gleiche Frequenz wie die Komponente 35 α aufweist, ■während die beiden zusätzlichen Frequenzkomponenten 36 b und 36 c höhere Frequenzwerte darstellen.

Demgemäß zeigt Fig. 13, daß die Mikrowelle in Frequenzdarstellung auf dem Aufzeichnungsträger 10 aufgezeichnet ist, wobei die verschiedenen Fresorbierte Energie das Elektron ,auf höhere angeregte Zustände. Ein geeignetes stabiles freies Radikal, das bei dem Verfahren nach Fig. 9 bis 14 angewandt werden kann, ist Diphenylpicrylhydrazyl.

Die Beziehung zwischen der Resonanzfrequenz dieser Stoffe und der Intensität des Magnetfeldes ist als Zeemansche Energiebeziehung bekannt und lautet folgendermaßen:

Hierbei ist F die Frequenz in Megahertz und H die magnetische Feldstärke in Gauß.

Bei Anwendung dieser Formel erkennt man, daß

_;quenzkomponenten an verschiedenen Stellen quer 50 bei Einwirkung eines Magnetfeldes von 10 000 Gauß zum Träger angeordnet sind. Demgemäß erfaßt das das Material auf eine Resonanz bei einer Frequenz

Momentanbild zu einer gegebenen Zeit die vollständige Wellenform einschließlich der Grundfrequenz und aller Seitenbänder, die innerhalb der abgestimm-. ten Bandbreite des Aufzeichnungsträgers liegen.

Außer den verschiedenen Frequenzkomponenten werden auch die relativen Amplituden dieser Frequenzen erfaßt. Dies rührt davon her, daß im auf dem Band entwickelten Temperaturbild die an jeder von 28 · 10⁹ Hertz abgestimmt wird. Es sind ohne weiteres Dauermagnete erhältlich, deren Feldstärken bis zu 14 000 Gauß oder mehr gehen, so daß das beschriebene Verfahren zur Aufzeichnung von Frequenzen bis zu etwa 52 · 10⁹ Hertz dienen kann, wenn man die angegebenen Materialien mit freien Radikalen verwendet. Zur Ausdehnung der Frequenzgrenze nach oben können Elektromagnete Ver-

Stelle erzeugte Wärmeintensität eine Funktion der 60 wendung finden, die noch wesentlich stärkere

Intensität der betreffenden Frequenzkomponente ist. In einem gegebenen Bereich nimmt die absorbierte Energie und damit die erzeugte Wärme mit der Intensität der betreffenden Frequenzkomponente zu.

statische Magnetfelder erzeugen können.

Viele Materialien mit freien Radikalen können in einem Lösungsmittel, wie Benzol, gelöst werden, so daß sie in flüssiger Form vorliegen. Diese Flüssigkeit

Hat man eine temperaturempfindliche Substanz, 65 kann leicht in Kapseln aus Wachs oder anderem deren Farbintensität sich proportional zur Einwir- Material eingeschlossen werden. Beim Einbringen

der freien Radikale in das Mikrowellenfeld zerstört die durch Energieabsorption erzeugte Erwärmung

kung der Wärme ändert, so zeigt die Farbtönung der verschiedenen Bereiche auch die relative Inten-409 629/152

den Resonanzzustand des Materials durch katastrophenartigen Zerfall des Spinsystems.

Auch die oben angegebenen kolloidalen Metalle und in Graphit eingebetteten festen Lösungen von Alkalimetallen oder Erdalkalimetallen sowie Kristalle mit induzierter Emission können hier Verwendung finden. Statt Wachs können ebensogut andere thermoplastische und schmelzbare Stoffe verwendet werden. Ebenso sind andere bekannte Verfahren zum Hervorrufen eines Farbwechsels durch Wärmeeinwirkung anwendbar.

Claims (23)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Aufzeichnen von elektromagnetischen Mikrowellen, dadurch gekennzeichnet, daß als Aufzeichnungsträger ein Material verwendet wird, das zahlreiche von umlaufenden Elementarteilchen gebildete, im magnetostatischen Feld auf bestimmte Frequenzen abstimmbare Spinresonanzkreise aufweist und durch die von den einzelnen Resonanzkreisen absorbierte Mikrowellenenergie eine bleibende Zustandsänderung erfährt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufzeichnungsträger zum Abstimmen seiner Spinresonanzkreise auf verschiedene Frequenzen in einem inhomogenen Magnetfeld derart bewegt wird, daß die Bewegungsrichtung und der Feldstärkegradient des Magnetfeldes einen Winkel von vorzugsweise 90° miteinander bilden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material aus einem Halbleiter mit Kristallgitter besteht und vor dem Einbringen in das Magnetfeld mit intensiver aktinischer Strahlung behandelt wird, die ungebundene umlaufende Elementarteilchen innerhalb des Kristallgitters erzeugt, so daß unter der gemeinsamen Einwirkung des statischen Magnetfeldes und der elektromagnetischen Welle eine Spinresonanz auftritt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material aus einem Halbleiter mit Verunreinigungen besteht, die ungebundene Elementarteilchen hervorrufen, so daß unter der gemeinsamen Einwirkung des statischen Magnetfeldes und der elektromagnetischen Welle Spinresonanzen auftreten können.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material freie Radikale enthält, die ungebundene Elementarteilchen aufweisen und unter der gemeinsamen Einwirkung des statischen Feldes und der elektromagnetischen Welle in Resonanz geraten können, so daß sie Energie aus der elektromagnetischen Welle absorbieren.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material aus einem organischen Halbleiter besteht, der ungebundene Elementarteilchen aufweist.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material kolloidale Kristalle enthält und vor dem Einbringen in das Magnetfeld mit intensiver aktinischer Strahlung behandelt wird, die Ionenbindungen innerhalb der Kristalle auflöst und dadurch ungebundene Elementarteilchen erzeugt.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material aus einem kolloidal verteilten Metall besteht.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Material aus einem Erdalkalimetall besteht.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Material mit gebundenen Elementarteilchen in einer schmelzbaren Substanz fein verteilt und mit intensiver aktinischer Strahlung behandelt wird, um eine gewisse Anzahl der Elementarteilchen frei zu machen, so daß sie bei bestimmten Frequenzen in Spinresonanz geraten können.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material ferromagnetisch ist und in ein inhomogenes statisches Magnetfeld gebracht wird, das verschiedene Stellen des Aufzeichnungsträgers in verschiedener Stärke magnetisiert, so daß diese mit verschiedenen Frequenzen einer elektromagnetischen Welle in Wechselwirkung treten können, deren magnetische Komponente senkrecht zur statischen Feldrichtung verläuft.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Wiedergabe der gespeicherten Information der Aufzeichnungsträger mit einer elektromagnetischen Welle geringer Intensität abgetastet wird und diejenigen Frequenzen der abtastenden Welle festgestellt werden, die nicht im Aufzeichnungsträger absorbiert worden sind.

13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Material verwendet wird, das der elektromagnetischen Welle Energie entzieht und in Wärme verwandelt, und daß das so gewonnene Wärmebild auf andere Stoffe übertragen wird, um ein erkennbares Bild zu erzeugen.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmebild dadurch sichtbar gemacht wird, daß der Aufzeichnungsträger in wärmeübertragender Berührung mit Substanzen steht, die bei Temperaturerhöhung eine Farbänderung zeigen.

15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der energieabsorbierende Zustand des Materials durch die Wärmeentwicklung zerstört wird.

16. Aufzeichnungsträger, insbesondere in Bandform, zur Ausführung des Verfahrens nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einer Unterlage (10) und einem darauf befindlichen Material (12) besteht, das zahlreiche, über die Unterlage verteilte Spinresonanzkreise aufweist.

17. Aufzeichnungsträger nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das auf Mikrowellen ansprechende Material aus einem paramagnetischen Stoff mit ungebundenen Elementarteilchen besteht.

18. Aufzeichnungsträger nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das auf Mikrowellen ansprechende Material aus einem ferromagnetischen Stoff besteht.

19. Aufzeichnungsträger nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Material beim Einfall einer elektromagnetischen Welle Wärme

durch Spinresonanz der freien Elementarteilchen erzeugt und daß temperaturempfindliche Substanzen (33), die ein sichtbares Bild der Aufzeichnung erzeugen können, in ■wärmeübertragender Berührung mit dem Material stehen.

20. Aufzeichnungsträger nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das auf Mikrowellen ansprechende Material freie Radikale enthält.

21. Aufzeichnungsträger nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die freien Radikalen (28) in kleinen auf dem Träger (10) befindlichen schmelzbaren Kapseln (27) eingeschlossen sind.

22. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 15, vorzugs-

weise unter Verwendung eines bewegten Aufzeichnungsträgers nach den Ansprüchen 16 bis 21, gekennzeichnet durch eine im statischen Magnetfeld befindliche Wellenleiteranordnung (19) zur Zuführung der Mikrowellenenergie.

23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetfeld unter einem Winkel von vorzugsweise 90° zur Bewegungsrichtung des Aufzeichnungsträgers inhomogen ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1 010 990,
1011180, 1018 463;

deutsche Patentschriften Nr. 961 102, 961103,
961104.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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