DE1275604C2

DE1275604C2 - Aufzeichnungstraeger mit einer magnetisierbaren Schicht

Info

Publication number: DE1275604C2
Application number: DE1962N0021606
Authority: DE
Original assignee: NCR Corp
Current assignee: NCR Voyix Corp
Priority date: 1961-05-19
Filing date: 1962-05-19
Publication date: 1969-04-24
Also published as: GB934920A; NL134538C; DK105673C; US3224333A; CH382226A; DE1275604B; NL278562A; SE317711B

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

PATENTSCHRIFT

Int. Cl.

GUb

DeutscheKl.: 21 al-37/30

Nummer: 1275 604

Aktenzeichen: P 12 75 604.6-53 (N 21606) Anmeldetag: 19. Mai 1962 Auslegetag: 22. August 1968 Ausgabetag: 24. April 1969 Patentschrift stimmt mit der Auslegeschrift überein

Die Erfindung betrifft einen Aufzeichnungsträger mit einer magnetisierbaren Schicht, die durch auf ihn gerichtetes linear polarisiertes Licht beeinflußt wird und gemäß dem Zustand der Magnetisierung reflektiert.

Es ist bekannt, die Wirkung der Oberflächenmagnetisierung auf einen linear polarisierten Lichtstrahl auszunutzen. Diese Wirkung besteht in der Drehung der Polarisationsebene des polarisierten Lichtstrahles. Im allgemeinen wird bei einem solchen magnetooptischen System ein Polarisator in der Bahn eines auf eine magnetisierte Fläche gerichteten Lichtstrahls angeordnet, wobei die Polarisatorachse entweder parallel oder senkrecht zu der Auffallebene liegt. In dem reflektierten Lichtstrahl wird ein Analysator angeordnet, wobei die Achse des Analysators so eingestellt wird, daß dieser für einen der Magnetisierungszustände der magnetisierten Fläche den reflektierten polarisierten Lichtstrahl annähernd auslöscht. Der durch den Analysator übertragene reflektierte Lichtstrahl wird dann durch eine Photodetektorschaltung ausgewertet. Das Ausgangssignal dieser Schaltung hängt somit von der Magnetisierungsstärke und -richtung der reflektierenden Oberfläche ab, die das Ausmaß der Drehung der Polarisationsebene bestimmen. Dieses System weist jedoch Störquellen auf, die nicht nur von den Eigenschaften der Photodetektorschaltung, sondern auch von den Eigenschaften der magnetisierbaren Fläche abhängen.

Es ist deshalb die Aufgabe der Erfindung,, das Signal-Stör-Verhältnis der magnetooptischen Systeme der beschriebenen Art zu verbessern. Dies wird dadurch erreicht, daß die magnetisierbar« Schicht des Aufzeichnungsträgers so dünn ist, daß sie elektromagnetische Wellen annähernd ungeschwächt durchläßt und daß sich deren Unterseite in gleichmäßigem Kontakt mit einer Schicht eines die elektromagnetischen Wellen reflektierenden Materials befindet.

Gegenstand der Erfindung ist ein Aufzeichnungsträger mit einer magnetisierbaren Schicht, die auf ihn gerichtetes Licht beeinflussen und gemäß dem Zustand der Magnetisierung reflektieren kann.

Das kennzeichnende Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die magnetisierbar« Schicht so dünn ist, daß sie elektromagnetische Wellen annähernd ungeschwächt durchläßt und daß sich deren Unterseite in gleichmäßigem Kontakt mit einer Schicht eines die elektromagnetischen Wellen reflektierenden Materials befindet.

Die bisher verwendeten dünnen magnetisierbaren Schichten besitzen eine Dicke von annähernd 2000 A. Es hat sich nun gezeigt, daß derartige Aufzeichnungsträger mit einer magnetisierbaren Schicht

Patentiert für.

The National Cash Register Company, Dayton, Ohio (V. St. A.)

Vertreter:

ίο DipL-Ing. K. Kahler, Patentanwalt, 8900 Augsburg, Ulmer Str. 160 b

Beanspruchte Priorität: ι, V. St v. Amerika vom 19. Mai 1961 (111231) -

Schichten einen großen Teil des auf sie gerichteten _M Lichtes absorbieren. Die Erfindung beseitigt diesen Nachteil in überraschender Weise durch die zuvor genannten Merkmale, nämlich durch Verwendung einer magnetisierbaren Schicht, die so dünn ist, daß praktisch keine Absorption auftritt, und Anordnung ,₅ einer reflektierenden Fläche unmittelbar hinter der magnetisierbaren Schicht.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnungen beschrieben, und zwar zeigt 3« F i g. 1 eine schematische Darstellung eines magnetooptischen Systems, das den erfindungsgemäßen Aufbau besitzt,

Fig. 2 einen Querschnitt der magnetischen Vorrichtung,

Fig. 3 eine graphische Darstellung der magnetooptischen Eigenschaften des erfindungsgemlßen Systems bei Verwendung einer Eisen-Kobalt-Schicht, Fig. 4 eine graphische Darstellung ähnlich Fig. 3 mit einer Eisenschicht,

Fig. 5 eine graphische Darstellung ähnlich der F i g. 3 mit einer Kobaltschicht,

F i g. 6 eine graphische Darstellung ähnlich F i g. 3 mit einer Nickelschicht. Fig. 1 zeigt ein als Beispiel gewähltes magneto optisches System. Eine Lichtqueue lO erzeugt einen Lichtstrahl By der durch einen PolarisatorF auf die Oberfläche einer magnetisierbaren Vorrichtung S gerichtet ist. Letztere reflektiert den auffallenden Lichtstrahl B, so daß ein Lichtstrahl B_a entsteht, der fiber

so einen Analysator A auf ein Photodetektorsystem 11 gerichtet wird. Die Lichtquellel· kann entweder Licht mit einer bestimmten Frequenz oder weißes

MM17/0

Licht liefern, in dessen Spektrum eine bestimmte Frequenz vorherrscht Die Orientierung der Lichtquelle 10 und des Photodetektorsystems 11 ist so gewählt, daß die magnetisierbare Vorrichtung symmetrisch in der AuffaUebene liegt. Die Achse des PolarisatorsP ist so angeordnet, daß die Polarisationsebene des LichtstrahlsB₁ entweder parallel oder senkrecht zu der Auffallebene verläuft, während die Achse des Analysators Λ derart angeordnet ist, daß dieser bei dem einen Magnetisieningszustand den reflektierten Lichtstrahl annähernd auslöscht.

In Fig.2 ist ein vergrößerter Querschnitt der magnetisierbaren Vorrichtung S gezeigt, die aus einem Träger 12 besteht, auf dem eine reflektierende Unterlageschicht 13, vorzugsweise aus Silber, abgelagert ist. Die Unterlageschicht 13 ist so dick, daß sie lichtundurchlässig ist. Auf der Silberschicht 13 ist die dünne magnetisierbare Schicht 14 durch Aufdampfen abgelagert. Auf dieser Schicht 14 können die magnetischen Bereiche durch einen herkömmlichen Magnetkopf in Quer- oder Längsrichtung aufgezeichnet werden.

Wie in F i g. 2 veranschaulicht, werden durch einen auffallenden Lichtstrahl B₁ reflektierte Komponenten B_si und refraktierte komponenten hervorgerufen, die »5 in der magnetischen Schicht 14 absorbiert werden, wenn diese ausreichend dick ist. In der vorliegenden Erfindung ist, wie bereits erwähnt, unterhalb der dünnen magnetisierbaren Schicht 14 die reflektierende Schicht 13 angeordnet. Diese reflektiert die refraktierten Komponenten des LichtstrahlesB₁, bevor diese durch die Schicht 14 absorbiert werden. Diese zweiten reflektierten Komponenten B_tl besitzen gegenüber den Komponenten B_io eine Phasenverschiebung, die von der, Dicke der magnetisierbaren 3s Schicht 14 abhängt Eine Veränderung der Dicke der Schicht 14 ruft somit eine Veränderung der magnetooptischen Komponente, die dem reflektierten Licht durch das magnetische Material erteilt wird, und femer eine Interferenz zwischen den Komponenten B _m und Bj₁ (und allen später reflektierten, nicht durch die Schicht 14 absorbierten Strahlen) hervor.

Obwohl hier auf ein magnetooptisches System Bezug genommen wurde, das als Wiedergabesystem zum Lesen von auf dem Aufzeichnungsträger gespeicherten Daten verwendet wird, kann die Erfindung auch in jedem beliebigen magnetooptischen System Verwendung finden, bei dem die magnetisierbare Oberfläche dazu benutzt wird, einen auffallenden Lichtstrahl zu modulieren. So kann beispielsweise bei der Lasermodulation ein Wellenleiter verwendet werden, der aus Glaswänden besteht, deren Außenflächen eine dünne magnetische Schicht tragen, und der auf die reflektierende Schicht aufgebracht ist. Die Erfindung ist somit nicht auf den in F i g. 2 gezeigten Aufbau begrenzt, wo die reflektierende Silberschicht zwischen dem Träger 12 und der magnetisierbaren Schicht 14 liegt. Die Erfindung ist vielmehr in einer magnetisierbaren Schicht zu sehen, auf deren einer Seite Licht auffallen kann, während ihre andere Seite eine reflektierende Schicht trägt, die, wie in Fig.2 schematisch gezeigt, das auffallende Licht reflektiert.

Das Signal-Stör-Verhältnis für das Ausgangssignal des in Fig. 1 gezeigten magnetooptischen Systems hängt von Parametern des Photodetektorsystems 11 sowie von dem Ausmaß der magnetooptischen Drehung und der Reflexionsfähigkeit der Oberfläche der magnetisierbaren Vorrichtung S ab. Die Eigenschaften der magnetisierbaren Oberfläche, die das Signal-Stör-Verhältnis beeinflussen, werden durch eine »Gütezahl« definiert, deren Wert im allgemeinen der magnetooptischen Drehung und der Oberfiachenreflexionsfähigkeit proportional ist.

Da sich die Gütezahl für den Film erhöht, wenn sich die Reflexionsfähigkeit des Films vergrößert und au.ch wenn die magnetooptische Drehung beschleunigt wird, wird die Dicke der magnetisierbaren Schicht 14 so gewählt, daß in jedem Fall geeignete Werte erhalten werden, die einer optimalen Gütezahl entsprechen. Um eine optimale magnetooptische Drehung zu erreichen, ist die Dicke der Schicht 14 so gering gewählt, daß sie für das auffallende Licht weitgehend durchlässig ist, was der Fall ist, wenn die Dicke dieser Schicht ungefähr gleich oder geringer als ein Viertel der Wellenlänge des auffallenden Lichtes, korrigiert für den Brechungsindex des Materials, ist (vgl. Born und Wolf, Principles of Optics, Permagon Press, S. 627/628). Oberhalb dieser Dicke absorbiert die magnetisierbare Schicht so viel Licht, daß sie praktisch lichtundurchlässig ist. Andererseits erhöht sich die magnetooptische Einwirkung auf den die magnetisierbare Schicht 14 durchlaufenden Lichtstrahl mit der Dicke dieser' Schicht. Aus diesem Grund sollte die magnetisierbare Schicht so dick wie möglich gewählt werden, wobei allerdings die durch die Lichtabsorption gegebene Grenze nicht überschritten werden darf. Von noch größerer Bedeutung ist es, daß die magnetooptische Drehung nicht nur durch ein Vergrößern der magnetooptischen Komponente erhöht wird,' sondern auch durch Verminderung der Oberflächenreflexionsfähigkeit, da infolge der geringen Dicke der magnetisierbaren Schicht 14 Interferenzerscheinungen zwischen den durch die Schichten 14 und 13 reflektierten Strahlen möglich sind.

In Fig. 3 sind graphische Darstellungen der magnetooptischen Drehung, der Reflexionsrähigkeit und der Gütezahl für einen Eisen-Kobalt-Film als Funktion von dessen Dicke gezeigt. Der Film setzt sich aus 70'/· Eisen und 30'/» Kobalt zusammen und wurde bis zur Sättigung magnetisiert und ihm dann gestattet, in den entsprechenden Remanenzzustand zurückzukehren. Die dargestellten Funktionen enthalten die magnetooptische Drehung Φ, und Φ_η und die ReflexionsBihigkeitswerteB₁ und B₁₁ für Lichtstrahlen, deren Polarisationsebenen senkrecht bzw. parallel zu der Aiiffallebene verlaufen. («P₁ und Φ_η stellen doppelte Kerreffektdrehungen dar, d. h. den Unterschied der Polarisationsebene für die beiden magnetischen Remanenzzustände.) Die sich ergebende GfitezahlFM wird durch folgenden Ausdruck wiedergegeben:

FM =

Φι R_i + ΦιιΛι
]/ B₁ + B₁₁

Für die in F i g. 3 gezeigten Kurven hatte das auffallende Licht eine Wellenlänge von etwa 5000 A. Es sei bemerkt, daß mit dem Anwachsen der Dicke die jeweilige Reflexionsfähigkeit sich verringert, bis die Dicke von etwa 350 A erreicht wird, wonach die Reflexionsfähigkeit wieder ansteigt. Andererseits sei bemerkt, daß sowohl die parallelen als auch die senkrechten magnetooptischen Drehungen sich bis zu einer Dicke von etwa 350 A erhöhen, wonach die je-

Claims

weiligen Drehungen sich verringern. Die sich ergebende Gütezahl folgt der gleichen allgemeinen Kurve. Der Wert der für die optimale Dicke der magnetischen Schicht erhaltenen Gütezahl ist größer als der für Schichten, die dicker als 600 A und daher s für das auffallende Licht undurchlässig sind, erhaltene Wert. In F i g. 4 sind Kurven für die magnetooptische Drehung und die Reflexionsfähigkeitswerte als Funktion der Dicke einer Schicht aus elementarem Eisen gezeigt. Diese Kurven gleichen denen der F i g. 3, außer daß hier die erhaltene Gütezahl nicht gezeigt wird. F i g. 4 veranschaulicht ferner die magnetooptischen Drehungen Φα, und Φα„ für senkrecht bzw. parallel zu der Auffallebene polarisierte Lichtstrahlen und deren jeweilige Polarisationsebenen für einen Eisenfilm, der nicht mit einer reflektierenden Silberuhterlage versehen ist. Es sei darauf hingewiesen, daß die letztgenannten Kurven nicht die erwünschten Spitzenwerte besitzen, die sich ergeben, ao wenn die magnetische Schicht mit der Silberunterlage versehen ist, und daß bei einer Schichtdicke von über 600 A die entsprechenden Werte für magnetisierbar« Schichten mit und ohne Silberunterlage ineinander übergehen. »5 Die F i g. 5 und 6 gleichen der F i g. 4, außer daß sie für dünne Schichten aus elementarem Kobalt bzw. Nickel gelten. Diese Figuren enthalten ebenfalls Darstellungen der magnetooptischen Drehungen Φα} und Φα„ für die magnetischen Schichten ohne die Silberunterlage, und es zeigt sich auch hier, daß diese letztgenannten Kurven nicht die erwünschten Spitzenwerte zeigen, die erreicht werden, wenn die magnetische Schicht mit der Silberunterlage versehen ist. Bei allen in Frage kommenden magnetischen Materialien wurde die Silberunterlage auf dem Träger durch ein Verdampfungsverfahren in einer Vakuumkammer abgelagert. Die magnetische Schicht wurde anschließend auf die Silberunterlage aufgebracht, ohne daß die letztere mit Luft in Berührung kam. Es wurde beobachtet, daß die Extremwerte der in den Fig. 3 bis 6 gezeigten Kurven verringert werden, wenn die Silberunterlage vor dem Ablagern der magnetischen Schicht in Luftberührung kommt. Es liegt somit auf der Hand, daß optimale Werte magnetooptischer Drehung und die optimale Gütezahl dann erreicht werden, wenn der dünne magnetische Film und die Silberunterlage in einwandfreiem Kontakt miteinander stehen, so daß die Möglichkeit einer unerwünschten Zwischenschicht ausgeschlossen ist. Es ist zwar allgemein bekannt, daß der Kerreffekt durch Überziehen der magnetischen Schicht mit Stoffen wie Siliziumoxyd oder Zinksulfid erhöht werden kann, doch vermindert die Verwendung solcher Überzüge die Reflexionsfähigkeit, was eine Verringerung des Optimalwertes der Gütezahl zur Folge hat. Die magnetooptischen Eigenschaften solcher Überzüge können jedoch durch Verwendung einer reflektierenden Unterlage, wie im vorangegangenen beschrieben, weiter verbessert werden. Wird ein polarisierter Lichtstrahl von der magnetischen Fläche reflektiert, so wird ein Lichtvektor erzeugt, der senkrecht auf der ursprünglichen Polarisationsebene steht und als Kerr-Komponente bezeichnet wird. Der resultierende Winkel der Polarisationsebenendrehung ergibt sich dann als Arcus-Tangens des Verhältnisses der Kerr-Komponente zu der normal reflektierten Komponente der Polarisationsebene. Wird ein im vorangegangenen beschriebener Überzug verwendet, dann ist die Erhöhung der Polarisationsebenendrehung auf ein Anwachsen der Größe der Kerr-Komponente durch Mehrfachreflexion innerhalb der Überzugsschicht zurückzuführen, in der jede solche Reflexion die Kerr-Komponente vergrößert. Andererseits wird die Größe des normal reflektierten Vektors in der ursprünglichen Polarisationsebene durch phasenmäßig verschieden reflektierte Strahlen vermindert. Wie bereits vorher beschrieben, ist der Beitrag zu dem Signal-Stör-Verhältnis des magnetooptischen Systems nicht nur proportional der magnetooptischen Drehung, sondern auch einer bestimmten Reflexionsfähigkeit, die durch die Überzugsschicht verringert wird. Somit erreicht im Gegensatz zu einer mit einem Überzug versehenen Vorrichtung die erfindungsgemäße Anordnung eine optimale Gütezahl, wenn eine optimale Beziehung zwischen magnetooptischer Drehung und Reflexionsfähigkeit gewählt wird. Diese optimale Gütezahl, die eine Funktion der Dicke des magnetischen Mediums darstellt, wird dann erreicht, wenn die Dicke des magnetischen Mediums so gering ist, daß das Medium lichtdurchlässig ist, und wenn die andere Seite des magnetischen Mediums mit einer reflektierenden Fläche versehen ist, durch die sowohl die normal reflektierte Komponente als auch die Kerr-Komponente des polarisierten Lichtstrahls verstärkt wird. Patentansprüche:

1. Aufzeichnungsträger mit einer magnetisierbaren Schicht, die durch auf ihn gerichtetes linear polarisiertes Licht beeinflusst wird und gemäß dem Zustand der Magnetisierung reflektiert, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetisierbare Schicht so dünn ist, daß sie elektromagnetische Wellen annähernd ungeschwächt durchläßt und daß sich deren Unterseite in gleichmäßigem Kontakt mit einer Schicht eines die elektromagnetischen Wellen reflektierenden Materials befindet.

2. Aufzeichnungsträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die reflektierende Schicht für innerhalb des sichtbaren Spektrums liegende Frequenzen oder Frequenzbänder der elektromagnetischen Wellen undurchlässig ist und daß die magnetisierbare Schicht eine Dicke von etwa 600 A besitzt.

3. Aufzeichnungsträger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die reflektierende Schicht aus Silber besteht.

In Betracht gezogene Druckschriften: Electronics, 17. II. 1961, S. 126 bis 129.

Hierzu 1 Blatt ZeicJinungea

ΙΜΗ7/Ϊ1* I. U O Bundadruckcid BotUb