DE1524781B2

DE1524781B2 - Anordnung zum ablesen eines informationstraegers und informationstraeger

Info

Publication number: DE1524781B2
Application number: DE19671524781
Authority: DE
Inventors: George Jee Yue Ossining NY Fan (V St A )
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1966-04-08
Filing date: 1967-04-07
Publication date: 1973-05-17
Also published as: US3418483A; DE1524781A1; FR1514511A; DE1524781C3; GB1138997A

Description

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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Ablesen eines Informationsträgers und einen Informationsträger mit durch den Magnetisierungszustand in seinen einzelnen Bereichen dargestellten Informationen, die durch einen linear polansierten Strahl abgetastet werden, dessen Polarisationsebene unter der Wirkung des im jeweils abgetasteten Bereich vorliegenden Magnetisierungszustandes gedreht wird.

Es ist bekannt, Informationen auf dünnen magnetisierbaren Schichten durch Aufprägen bestimmter Magnetisierungszustände an den den einzelnen Bits zugeordneten Stellen aufzuzeichnen. Das Ablesen derartig aufgezeichneter Informationen erfolgt durch über diese Schichten bewegte Magnetköpfe, in deren Wicklungen beim Vorbeigehen an einem örtlich magnetisierten Bereich Ströme induziert werden, deren Richtung von dem magnetischen Zustand des betreffenden Bereiches abhängt.

Es ist weiterhin bekannt, auf dünnen Schichten magnetisch aufgezeichnete Informationen mit Hilfe des von diesen Schichten reflektierten Lichtes durch die Verwendung des sogenannten magnetooptischen Kerreffektes abzulesen. Da die Drehung auf Grund des magnetooptischen Kerreffektes so klein ist, daß ihre Feststellung mittels einer einen Analysator enthaltenden Anordnung nicht mit der erforderlichen Sicherheit möglich ist, wurde auch schon versucht, reflektierende Schichten zu verwenden, die zusätzlich den Faraday-Effekt aufweisen. Da die Eindringtiefe der abtastenden Strahlen in diese Schichten jedoch sehr gering ist, war die zusätzliche Drehung auf Grund der Verdetkonstante zu. gering, um eine ins Gewicht fallende Verbesserung ■" der Ablesegenauigkeit zu gewährleisten. In diesem Zusammenhang wird auf die Literaturstelle »A Multilayer Dielectric- and Magnetic-Film Memory Cell Designed for Optical Read Out« in Journal of Applied Physics, Vol. 35, Nr. 3, März 1964, S. 772 und 773, hingewiesen.

Bekanntlich wird durch den Kerreffekt die Ebene eines linear polarisierten Lichtstrahls bei seiner Reflexion an einer magnetisierten Fläche als Funktion der Magnetisierungsrich'tung und -intensität gedreht. Durch den Faradayeffekt wird die Ebene eines linear polarisierten Lichtstrahls;beim.Durchtritt durch eine den Faradayeffekt aufweisende Substanz um einen Winkel gedreht, der eine Funktion der Verdetkonstante und des die Substanz gleichzeitig durchsetzenden magnetischen Feldes ist.

Während die optischen Verfahren zur Abtastung magnetischer Aufzeichnungen wegen der Kleinheit der mit den bisherigen.Anordnungen erreichten Drehungen der Polarisationsebene sich nicht durchsetzen konnten, war es mit den bekannten elektromagnetisch wirkenden Magnetköpfen möglich, die Aufzeichnungen von magnetisierbaren Aufzeichnungsträgern mit der erforderlichen Sicherheit abzulesen. Die Abtastung von Informationen mittels Magnetköpfen hat ■.aber eine Reihe von schwerwiegenden Nachteilen. So ist beispielsweise das Auflösungsvermögen eines Magnetkopfes, durch die Breite des. Magnetspaltes bedingt, die ein bestimmtes Maß nicht unterschreiten kann. Darüber hinaus ist- die Abnutzung sowohl der Magnetköpfe als auch des Trägermaterials, insbesondere bei hohen Geschwindigkeitejn der Relativbewegung zwischen Träger und Magnetkopf, außerordentlich groß.

Die Erfindung geht von der Aufgabenstellung aus, eine Anordnung zum Ablesen eines Informationsträgers und einen Informationsträger anzugeben, der eine große Aufzeichnungsdichte und selbst bei hohen

Abtastgeschwindigkeiten einen sehr geringen Verschleiß gewährleistet.

Um diese Aufgabe zu verwirklichen, wird gemäß der Erfindung eine Anordnung zum Ablesen eines Informationsträgers und ein Informationsträger mit durch den Magnetisierungszustand in seinen einzelnen Bereichen dargestellten Informationen, die durch einen linear polarisierten Strahl abgetastet werden, dessen Polarisationsebene unter der Wirkung des im jeweils abgetasteten Bereich vorliegenden Magnetisierungszustandes gedreht wird, angegeben, die bzw. der dadurch gekennzeichnet ist, daß die auf einer spiegelnden Fläche aufgebrachte magnetisierbare Schicht durchsichtig ist und eine hohe Verdetkonstante aufweist und daß der abtastende Strahl unter einem solchen spitzen Winkel und mit einer solchen Lage der Polarisationsebene in die durchsichtige Schicht eintritt, daß er mehrfach zwischen den beiden die Schicht begrenzenden Flächen reflektiert wird, wobei die bei jedem Schichtdurchtritt erfolgenden Drehungen der Polarisationsebene sich summieren und nach Verlassen der Schicht einem einen Analysator enthaltenden Detektor zugeführt werden.

-.· Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausbildungsform des Erfindungsgegenstandes ist die magnetisierbare durchsichtige Schicht von einer dielektrischen durchsichtigen dünnen Schicht überzogen.

,Gemäß einer weiteren besonders vorteilhaften Ausbildungsform des Erfindungsgegenstandes besteht die durchsichtige magnetisierbare Schicht aus Europiumoxyd, aus Europiumchalcogenid oder aus Europiumgranat. Besonders zweckmäßig ist es, wenn der Informationsträger aus einem Trägermaterial, einer darauf angeordneten dichroitischen Schicht, einer darauf angeordneten durchsichtigen, magnetisierbaren und eine hohe Verdetkonstante aufweisenden Schicht und einer diese bedeckenden dünnen durchsichtigen dielektrischen Schicht besteht.

Ein schräg auf die abzutastende Fläche des Aufzeichnungsträgers fallender linear polarisierter Lichtstrahl durchsetzt die dünne dielektrische Schicht, und die durchsichtige magnetisierbare Schicht wird an der als dichroitischer Spiegel wirkenden dichroitischen Schicht und dann an der Grenzfläche zwischen der durchsichtigen magnetisierbaren und der dielektrischen Schicht usw. reflektiert. Ist der in der beschriebenen Weise abgetastete Bereich magnetisiert, so erfolgt eine Drehung der Lage der Polarisationsebene des einfallenden und des reflektierten Strahles, die nach jedem einer Reflexion folgenden neuen Durchlauf vergrößert wird. Die nach mehreren Durchläufen insgesamt erfolgte Drehung ist wesentlich größer als die mit den bisher bekannten Anordnungen auf Grund des magnetooptischen Kerreffektes erzielbare Drehung.

Die Erfindung wird an Hand der Figuren näher erläutert.

Es zeigt

F i g. 1 die schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des Erfindungsgedankens,

F i g. 2 die vergrößerte Darstellung des Ausschnittes aus einem erfindungsgemäßen Aufzeichnungsträger.

In der in Fig. 1 dargestellten Anordnung ist 2 eine aus Glas oder einem anderen neutralen Material bestehende Trägerschicht, auf der sich ein dichroitischer Spiegel 4 befindet, der aus Zink-Sulfid, Magnesium-Fluorid od. dgl. bestehen kann. Dieser Spiegel besteht in an sich bekannter Weise aus einer Mehrzahl von übereinanderliegenden Schichten. Auf diesem dichroitischen Spiegel befindet sich eine durchsichtige magnetisierbare Schicht 6, die beispielsweise aus Europiumoxyd, Europiumchalcogenid oder einem kompensierten Granat bestehen kann. Die Dicke dieser Schicht ist in der Größenordnung von 1000 Angström. Diese Schicht ist ferner so auszubilden, daß sie eine möglichst große Faraday-Drehung und eine möglichst geringe Absorption im Bereich des sichtbaren Spektrums aufweist. Im Falle von Europiumoxyd wurde gefunden, daß bei Anwendung eines sättigenden magnetischen Feldes eine Drehung der Polarisationsebene um 3 · 10⁵° pro cm zu erzielen ist. Diese Schicht ist endlich mit einer dünnen dielektrisehen Schicht von etwa 100 bis 300 Angström überzogen, die beispielsweise aus Siliziummonoxyd bestehen kann.

Eine beispielsweise als Laser ausgebildete Lichtquelle 10 erzeugt einen linear polarisierten Lichtstrahl 12, dessen Vektor E₀ senkrecht zur Strahlrichtung liegt. Dieses Licht gelangt in die speichernde Schicht 6, in der die einzelnen Bits in Form von örtlich aufgeprägten magnetischen Feldern M vorliegen. Ein Element 14 ist ein an sich bekannter Analysator, durch den nur Licht mit einer vorgegebenen Lage der Polarisationsebene hindurchtreten kann, um zu einer' Photozelle 16 zu gelangen. Das Vorliegen von auf diese Weise zur Photozelle 16 gelangten Licht wird durch ein Registriergerät 18 angezeigt. .,

Die abzulesenden Informationen werden mit Hilfe eines Schreibkopfes 1 aufgezeichnet, der eine Wicklung 3 aufweist, der elektrische Impulse gemäß der zu speichernden Informationen von einer nicht dargestellten Impulsquelle zugeführt werden. Ein der Wicklung 3 zugeführter Impuls erzeugt in einem Bereich des Aufzeichnungsträgers 6 ein magnetisches Feld. Durch eine Relativbewegung zwischen dem Aufzeichnungsträger 6 und dem Schreibkopf 1 können eine Vielzahl nebeneinanderliegender magnetisierter Bereiche erzeugt werden. Es ist möglich, die Aufzeichnung auch mit anderen Verfahren durchzuführen, solange einzelne voneinander unterscheidbare Bereiche magnetisiert werden können und diese Magnetisierungen eine binäre Information darstellen.

Fällt der polarisierte Lichtstrahl 12 mit seiner durch den Vektor E₀ wiedergegebenen Lage der Polarisationsebene auf den Speicherträger, so wird an der aus EuO bestehenden Schicht 6 ein Teil davon nach oben reflektiert werden und dabei um den Winkel Φ gedreht. Dieser Winkel wird durch die in der Fig. 1 dargestellten Richtungen der Polarisationsebenen E₀ und E_R gebildet und ist im allgemeinen so klein, daß er mit den dargestellten Mitteln nicht einwandfrei festgestellt werden kann. Ein Teil des polarisierten Strahles 12 tritt in die durchsichtige magnetisierbare Schicht 6 entlang des Weges ρ ein und wird am dichroitischen Spiegel 4 als Strahl q in Richtung auf die dielektrische Schichte reflektiert. Die Polarisationsebene E₀ besteht auf dem Wege q aus zwei

Komponenten, von denen die eine gedreht ist und die andere nicht. Die gedrehte Komponente tritt aus der Oberfläche 6 aus und weist die erste Drehung Θ auf, wobei Θ > Φ ist. Die nicht gedrehte Komponente der Polarisationsebene wird am dielektrischen Film 8 reflektiert und durchquert die durchsichtige magnetisierbare Schicht 6 entlang des Weges p'. Der dichroitische Spiegel reflektiert den Strahl, dessen Polarisationsebene zusätzlich gedreht wurde, entlang des

Weges q'. Dieser Vorgang wiederholt sich so lange, bis der Lichtstrahl das Ende des magnetisierten Bereiches M in der Schicht 6 erreicht.

Bei jeder Durchquerung der Schicht 6 wird der Winkel Θ größer. Bei einem magnetisierten Bereich, der beispielsweise eine Ausdehnung von etwa 25 μΐη hat, wird ein entsprechend ausgebildeter und kollimierter Lichtstrahl die Schicht etwa 20mal durchsetzen, bevor er außerhalb des Wirkungsbereiches des magnetisierten Bereiches gelangt. Wenn bei jeder Durchquerung der magnetisierbaren Schicht ein Energieumsatz stattfindet, der einer Drehung der Polarisationsebene E₀ auf Grund des Faraday-Effektes um 2° entspricht, so wird der endgültige Winkel Θ, um den die ursprüngliche Polarisationsebene E₀ gedreht wurde, etwa 40° betragen. Das sich ergebende Signal wird durch an sich bekannte Mittel, beispielsweise mittels des Analysators 14, der Photozelle 16 und des Registriergerätes 18 ermittelt. Geht man von einer ursprünglichen Intensität I₀ des polarisierten Lichtstrahles 12 aus und nimmt man eine Intensität / des die dielektrische Schicht 8 verlassenden Strahles an, so gilt -=- = e~^a!, wobei α der Ab-

■•0

Sorptionskoeffizient der durchsichtigen magnetisierbaren Schicht 6 und I die Länge des Weges des polarisierten Strahles 12 durch diese Schicht ist. Die durch den Faraday-Effekt bewirkte Drehung um den Winkel Θ in der Schicht 6 wird durch die Gleichung Θ ~ FlM wiedergegeben, wobei F die Verdetkonstante, I die Länge des Weges des Strahles 12 in der Schicht und M die Einheit der Magnetisierung innerhalb der Schicht 6 ist. Ersetzt man den Wert Z

1 F

durch —, so wird Θ ~ — · M. Für die Einheitsmagne-

tisierung M kann die Faraday-Drehung Θ ~ —, die

die Eigenschaft des verwendeten Materials ist, große Werte erreichen. Da Europiumoxyd eine sehr große Verdetkonstante, d. h. ein großes F, und eine relativ kleine Lichtabsorption α aufweist, ist dieses Material besonders geeignet, um den elektrooptischen Effekt der bei der Reflexion des polarisierten Lichtstrahls 12 am magnetischen Material 6 auftritt, zu erhöhen. Die durch den Faraday-Effekt bewirkte Drehung ist so groß, daß die durch den magnetooptischen Kerreffekt erzeugte Drehung daneben praktisch nicht in Erscheinung tritt. Da der durch die erfindungsgemäße Anordnung erzeugte Drehungswinkel sehr groß ist, ergeben sich gegenüber den bekannten Anordnungen eine Reihe von Vorteilen. Beispielsweise kann die der Abtastung dienende Apparatur vereinfacht werden, wobei gleichzeitig die Sicherheit gegen Fehlablesungen stark erhöht wird. Darüber hinaus ist es möglich, die Aufzeichnungsdichte zu erhöhen, und, da die genaue Lage des Aufzeichnungsträgers gegenüber der Abtastanordnung nicht kritisch ist, zu sehr hohen Abtastgeschwindigkeiten zu gelangen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zum Ablesen eines Informationsträgers und Informationsträger mit durch den Magnetisierungszustand in seinen einzelnen Bereichen dargestellten Informationen, die durch einen linear polarisierten Strahl abgetastet werden, dessen Polarisationsebene unter der Wirkung des im jeweils abgetasteten Bereich vorliegenden Magnetisierungszustandes gedreht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die auf einer spiegelnden Fläche aufgebrachte magnetisierbare Schicht durchsichtig ist und eine hohe Verdet-Konstante aufweist und daß der abtastende Strahl unter einem solchen spitzen Winkel und mit einer solchen Lage der Polarisationsebene in die durchsichtige Schicht eintritt, daß er mehrfach zwischen den beiden die Schicht begrenzenden Flächen reflektiert wird, wobei die bei jedem Schichtdurchtritt erfolgenden Drehungen der Polarisationsebene sich summieren und nach Verlassen der Schicht einem einen Analysator enthaltenden Detektor zugeführt werden.

2. Informationsträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem aus neutralem Material bestehenden Träger (2) eine als dichroitischer Spiegel ausgebildete Schicht (4), auf dieser Schicht eine hohe Verdetkonstante aufwei- . ,· sende durchsichtige magnetisierbare Schicht (6) und darauf eine durchsichtige dielektrische Schicht (8) angeordnet ist.

3. Informationsträger nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die eine hohe Verdetkonstante aufweisende durchsichtige rriägnetisierbare Schicht aus Europiumchalcogenid besteht.

4. Informationsträger nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine die hohe Verdetkonstante aufweisende durchsichtige magnetisierbare Schicht aus Europiumoxyd besteht.

'.: 5. Informationsträger nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die eine hohe Verdetkonstante aufweisende durchsichtige magnetisierbare Schicht aus Granat besteht. ;■.;.■■■

6. Anordnung zum optischen Abtasten eines mit magnetischen Aufzeichnungen versehenen Aufzeichnungsträgers nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Lichtquelle (10) zur Erzeugung eines linear polarisierten Lichtstrahles'(12), der '¹SO teilweise an der obersten Grenzfläche des Informationsträgers reflektiert und teilweise die eine hohe Verdetkonstante aufweisende durchsichtige magnetisierbare Schicht (6) unter gleichzeitiger Drehung auf Grund des Faraday-Effektes durchsetzt und in dieser Schicht mehrfach reflektiert wird, und durch eine aus einem Analysator (14), ,. einer Photozelle (16) und einem Registriergerät "' (18) bestehenden Anordnung zur Anzeige des-' ' jenigen Anteils des vom Informationsträger kornmenden Lichtes, dessen Polarisationsebene gegenüber der ursprünglichen Polarisationsebene des Strahles (12) gedreht ist.