DE2108144C3 - Verfahren zur Steuerung des Ablenkwinkels eines monochromatischen Lichtstrahles durch Einwirkung eines variablen magnetischen Gleichfeldes - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei den neueren Studien an dünnen, magnetisierbaren Filmen mit einer Banddomänen-Magnetisierung werden Bitter-Streifen benutzt, die von Kolloiden eines magnetisierbaren Pulvers gebildet werden, das sich an den Domänenwänden sammelt; dabei wird ein variabler Abstand der Banddomänen durch starke, orthogonal rur Filmebene verlaufende Gleichfelder erreicht, wie aus einem Aufsatz von Craik und Tebble: »Ferromagnetism and Ferromagnetic Domains«, Band 4, (1965), Holland Publishing Company, Amsterdam, John Wiley and Sons, Inc., hervorgeht. Diese Lichtablenkflächen tind als optisches Wiedergabesystem im wesentlichen durch zwei Zustände, nämlich ein Minimum und ein Maximum des gebeugten Lichtes beschränkt, wie im Aufsatz von R. J. Spain und H. W. Fuller mit dem Titel: »Stripe Domains in Thin Magnetic Films and Their Application to Magneto-Optical Displays« in der Zeitschrift; »Journal of Applied Physics«, Band 37, Nr. 3, ,{l, März 1966), Seiten 953 bis 959 erläutert ist.

Irii zuletzt genannten Aufsatz ist auch eine Drehung der Magnetisierung im Film erwähnt, was bedeutet, daß die Linien aus Kolloidteilchen und somit auch die Wände der Banddomänen bezüglich der Ebene des einfallenden und gebeugten Lichtes gedreht werden können.

Aus der Zeitschrift: »Journal of Applied Physics«, Band 40, Nr. 6, (Mai 1969), Seiten 2469 bis 2474 ist bekannt, daß der Kerr-Effekt manchmal zum Studium von Domänenformen an dünnen, magnetischen Filmen brauchbar ist In einem solchen Fall werden Filme aus einer Schmelze von 83% Nickel und 17% Eisen in einem Vakuum von 10 ~⁶ Torr in Gegenwart eines gleichförmigen magnetischen Feldes in der Ebene einer auf 200⁰C gehaltenen Glasunterlage bis zu einer Dicke ve 11000 A aufgedampft und zur Steigerung des Kerr-Effektes mit einer Schicht aus Siliciummonoxid überzogen. Für die magneto-optischen Beobachtungen der Magnetisierung wird eine magneto-optische Kamera mit einer elektrooptischen Blende benutzt, während als Lichtquelle ein Rubin-Laser gewählt ist. — Ferner ist eine Reihe Photographien wiedergegeben, die an einem ähnlichen Film in Gegenwart eines impulsförmigen Längsfeldes von 2$ Oersted und eines Gleichfeldes von 0,25 Oersted in der Querrichtung zur Veranschaulichung der Flußumkehr gewonnen sind.

Wenn die Dicke der magnetischen Filme einen gewissen kritischen Wert überschreitet, der seinerseits von der Filmzusammensetzung, von der Art und Temperatur der Unterlage, vom Aufbringungsverfahren und -winkel und von der Aufbringungsgeschwindigkeit abhängt, treten die Banddomänen auf, wie in einem Aufsatz von M. M Hanson u. a. in der Zeitschrift: »Journal of Applied Physics«, Letters, Band 9, (19661, Seite 99, gesagt ist. Der Abstand der Domänenwände oder, anders ausgedrückt, die Breite der Banddomänen liegt, wie man beobachtet hat, im Bereich von 1000 Ä bis 40 000 k.

Die Theorie, gemäß der sich die Magnetisierung nur in Abhängigkeit vom Abstand innerhalb der Filmebene senkrecht zur Bandrichtung, also nicht vom Abstand senkrecht zur Filmebene in der Bandrichtung ändert, hat vorausgesagt, daß die Breite der Banddomänen eine Funktion der Amplitude der (periodischen) Komponente der Magnetisierung senkrecht zur Filmebene ist; siehe z. B. N. Saito in der Zeitschrift: »Journal of Applied Physics Soc. Japan«, Band 19, (1964), Seite 1116. Im selben Aufsatz wird aufgrund experimenteller Ergebnisse berichtet, daß sich die Bandbreite nicht ändern soll, wenn sich die senkrechte Komponente der Magnetisierung durch die Anlegung eines parallel zu den Bändern laufenden Feldes ändert. Diese mangelnde Übereinstimmung ist der Koerzitivkraft der Banddomänen zuzuschreiben.

Aus der deutschen Auslegeschrift 12 83 963 ist ein Verfahren zur steuerbaren Richtungsablenkung optischer Strahlung, insbesondere von Laser-Strahlung bekannt, bei dem die Strahlen schräg durch wenigstens eine von zwei zueinander nicht parallelen Begrenzungsflächen eines Materials mit einem über die Feldstärke steuerbaren Brechungsindex geworfen werden, sie also nicht senkrecht auf diese Begrenzungsfläche einfallen. Die Laser-Strahlung wird deshalb bei diesem Verfahren angewendet, weil sie eine sehr energiereiche, scharf gebündelte, monochromatische Strahlung im Bereich des infraroten oder sichtbaren Lichtes darstellt. Die optischen Strahlen können somit aus ihrer Richtung steuerbar in benachbarte Richtungen bzw, zu benachbart liegenden Plätzen hin in hochfrequenter Folge abgelenkt werden, Wobei eine zerstörende Zerlegung oder Aufspaltung der Strahlung in ordentliche oder außerordentiiche Strahlen entfällt. Den abzulenkenden, scharf gebündelten Strahl monochromatischen, linear polarisierten Lichtes läßt man daher durch das"' bezeichnete Material in einer derartigen Orientierung

"hindurchtreten, die keine Aufspaltung in den ordentlichen und außerordentlichen Strahl zuläßt- Zur Änderung des Wertes des Brechungsindex, der für den durch das Material hindurchtretenden Strahl gültig ist, können sowohl magnetische als auch elektrische Felder herangezogen werden. In diesem Zusammenhang sei auf den Kerr-Effekt aufmerksam gemacht, der dann ausgenutzt wird, wenn z. B. Nitrobenzol im magnetischen Feld doppelbrechend, also durch das angelegte Feld sein Brechungsindex richtungsabhängig wird. Bei to vielen Materialien ist auch eine im feldfreien Zustand vorhandene natürliche Doppelbrechung durch das Feld beeinflußbar.

Bei allen in diesem bekannten Verfahren zur Anwendung kommenden Materialien handelt es sich um magnetisch einheitliche Stoffe, deren Brechungsindex als optische Größe abgeändert und eingestellt wird.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Ablenkwinkel eines monochromatischen Lichtstrahles mit Hilfe spezieller magnetischer Inhomogenitäten des Materials, nämlich der Ban-idorainen analog zu steuern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Zur Steuerung des Rotationswinkels, also der Ablenkung in einer zweiten Dimension können in Weiterbildung der Erfindung die Richtungen des magnetischen Gleichfeldes und des magnetischen Wechselfeldes gemeinsam um die Normale zur Schichtebene um denselben Winkel gedreht werden.

Insbesondere wird durch die Aufprägung des magnetischen Wechselfeldes, das einen kritischen Wert überschreitet, senkrecht zu den Banddomänen deren Koerzitivkraft überwunden, und die Breite der Banddomänen kann sich zu der des niederen Energiezustandes hin entspannen. Auf Grund dieser Erscheinung kann der einfallende Lichtstrahl in zwei Dimensionen anstatt nur in einer abgelenkt werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Es stellt dar.

F i g. 1 einen Grundriß eines magnetischen Filmes, dessen Magnetisierung durch mehrere Banddomänen gegeben ist,

F i g. 2 einen Querschnitt durch den Film der F i g. 1 längs der Linie 2-2,

F i g. 3 eine Auftragung des Verhältnisses der Domänenbreite gegen d°n maximalen Ablenkwinke! für einen Banddomänenfilm,

F i g. 4 eine typische Hystereseschleife eines solchen Filmes.

F i g. 5 ein experimentell ermitteltes Diagramm der Breite der Banddomänen in einem Nickel-Eisen-Film als Funktion der Amplitude eines Gleichfeldes, das parallel zu den Banddomänen aufgeprägt ist, wobei die Größe eines in der zu den Banddomänen senkrechten Ebene oszillierenden Feldes als Parameter benutzt ist,

F i g. 6 die Wirkung der Bitter-Streifen eines Banddomänenfilmes auf einen einfallenden, monochromati- m sehen Lichtstrahl, die

Fig.7a, 7b und 7c bzw, 8a, 8b und 8c die Wirkung eines Banddömänenfilmes mit Faraday- bzw. Kerr-Effekt auf einen senkrecht einfallenden, monochromatic sehen Lichtstrahl,

Fig.9 die Vektorzerlegung für die Rotation der Ebene eines monochromatischen Lichtstrahls, der durch einen Banddomänenfilm mit Kerr-Effekt gedreht wird, Fig. 10 ein Linsensystem für einen Banddomänenftlm mit Faraday-Effekt,

F i g. 11 eine Vorrichtung zur Anlegung der orthogonalen Gleich- und Wechselfelder parallel zur Ebene des Baflddomänenfilmes die

Fig. 12a und 12b die Wirkung des Gerätes nach F i g. Il 1, in dem der Ablenkwinkel eines monochromatischen Lichtstrahles abgeändert wird, der senkrecht auf einen Banddomänenfilm mit Kerr-Effekt einfällt,

Fijr. 13 die Wirkung des Gerätes nach Fig. 11, mit dem der Rotationswinkel eines monochromatischen Lichtstrahls verändert wird, der senkrecht auf einen Banddomänenfilm mit Kerr-Effekt einfällt,

F i g. 14 eine andere Ausführungsform des Gerätes nach Fig. 11 mit einem zusätzlichen Wechselfeld, dasparallel zur Filmebene und zu den Domänenwänden verläuft, und

Fi jf. 15 eine photographische Wiedergabe des Schirmbildes eines Helium-Laserstn»hls, nachdem dieser durch einen Yttrium-Eisen-Grüi.at-Banddomänenfiirn hindurchgegangen ist. Der mittlere Fleck ist der nichta.bgelenkte Strahl, während die beiden äußeren Flecke Beugungspunkte 1. Ordnung darstellen.

Die Breite dder Banddomänen (Fig. 1) hängt von der Austauichkonstante A, der Sättigungsmagnetisierung M₀, der Dicke t und dem Winkel Θ_ο zwischen der Magnetisierung in der Mitte der Domäne und der Filmebene ab. Gemäß dem Aufsatz von N. Saito in der Zeitschrift: »Journal of the Physical Society Japan«, Band 19,(1964), Seite 1116, gilt:

_{d Μ} 2

j Θα

mäÖÄUbä^ÖÄ^VWl + ©„)]

Dieser Winkel Θο hängt stark von der Größe des in der Richtung der durchschnittlichen Magnetisierung angelegten Feldes ab; wenn ein Feld parallel zur letzteren angelegt wird, wird der Winkel 0_O kleiner, und wenn es antiparallel aufgeprägt wird, wird der Winkel Θο großer. In F i g. 3 ist die Beziehung der Banddomänenbreite gegen den maximalen Ablenkwinke! für einen Banddomänenfilm aufgetragen, aus der man orsieht, daß sich die Banddomänenbreite insgesam* um etva 30% ändern läßt, während in der Fig.4 eine typische Hystereseschleife des Gleichfeldes parallel zu den Banddomänen gegen die Funktion sin Θ aufgetragen ist. Die Besonderheiten der Koerzitivkraft der Banddomänen werden in der Weise untersucht, daß ihre Breite in Abhängigkeit von der Stärke des parallel zur Magnetisierung angelegten Feldes mit einem oszillierenden Feld als Parameter gemessen wird. Filme mit fine. Dicke von 2000 bis 32 000 Ä, die mit einer Geschwindigkeit von 20 A/sec bei einem Druck von 5 χ 10~⁶ Torr und Temperaturen der Unterlage von 200 bis 300⁰C aufgedampft sind und aus 82% Ni und 18% Fe bestehen, sind untersucht (Fig.5). Die eine Gruppe Kurven zeigt die sich ändernde 3reite, wenn die Stärke eines Gleichfeldes H\ 1 vermindert wird, und die andere Gruppe KuFven, wenn diese Stärke zunimmt. Wie beachtet sei, fallen diese beiden Gruppen nicht zusammen, weil eiiie gewisse Andeutung einer Hystereseschleife vorhanden ist, Falls das oszillierende Feld Hose= 0 ist, nimmt nfν die Breite in der Nähe von Mi=O etwas zu, während das Feld H\\ abnimmt; aber der Abstand fällt plötzlich bei 80 Oersted ab, wenn das Feld Hu zunimmt. Der Parameter ist als kritisches, oszillierendes Feld, nämlich als kleinstes Feld angegeben, das

die Bänder in die Richtung des oszillierenden Feldes dreht, wenn das Feld Wn=O ist. Bei einem größeren Feld Mi kann ein stärkeres oszillierendes Feld verwendet werden. Falls das oszillierende Feld für das mitwirkende Feld H\\ zu stark ist, wird die regelmäßige Bandverteilung gestört, so daß keine Breite beobachtet werden kann. Aus diesem Grund kann ein Teil der Kurve H_osc=\,5 H_cr. in dem das Feld Mi zu klein ist, nicht erhalten werden. Die ah den verschiedenen Filmen gewonnenen Ergebnisse zeigen, daß die den Banddomänen zugeordnete Koerzitivkraft mit der Filmdicke zunimmt, mit steigender Temperatur der Unterlage während des Aufbringens abnimmt und keine erkennbare Beziehung zu der gewöhnlichen Koerzitivkraft H₁ hat.

Die Richtung der Wände 14 der Banddomänen 12a, 126 (Fig. 1) kann auch ständig geändert werden; die Banddomänen werden in die Richtung eines großen angelegten Feldes parallel zur Ebene des Filmes 10 gelegt. Somit bestimmt die Größe des angelegten Feldes die Banddomänenbreite, während der Winkel des aufgeprägten Feldes die Richtung der Banddomänen und folglich die Achse 16 der F i g. 1 festlegt.

In der Fig.6 ist die Wirkung der Bitter-Streifen des Filmes 10 auf einen einfallenden, monochromatischen Lichtstrahl 40 wiedergegeben. Ein von einem solchen Beugungsgitter abgelenkter Lichtstrahl 42 kann in zumindest zweifacher Weise beeinflußt sein. Ein Ablenkungswinkel Φ/ des Lichtstrahls 42 gegenüber einer Achse 46 senkrecht zur Oberfläche des Filmes 10 jo kann dadurch abgeändert werden, daß die Banddomänenbreite d(F i g. 1 und 6) verändert wird; die Lage des abgelenkten Lichtstrahls 42 kann auch um 360° dadurch gedreht werden, daß die Orientierung der Banddomänen oder des Beugungsgitters um die Achse 46 verändert wird.

Die Banddomänen 12a, i2b verfügen über eine Koerzitivkraft Hc, die Abstandsänderungen zwischen ihnen zu verhindern sucht. Daher muß diese Koerzitivkraft mit dem oszillierenden Feld überwunden werden, das etwa orthogonal zur durchschnittlichen Magnetisie S(i> — ¹^'' —nk

^f ~ d d · cos Φ,

6328

3650 ■ 0,26

-hd

6,67

ίίφ_τ = 6,67'4f-'

Wie aus den vorhergehenden Gl ichungen erkennbar ist. bewirkt eine Änderung des At>standes d um 10% eine Änderung des Winkels tfv von 0,67 Bogeneinheiten oder ±33,4°. Da der Domänenabstand d ständig in einem Bereich von etwa 30% verändert werden kann, kann der Lichtstrahl in einem sehr weiten Winkelbereich abgelenkt werden. Der Wirkungsgrad eines kolloidalen Beugungsgitters 44 ni>ch Fig.6 wird mit 12% gemessen, wie aus einem Aufsatz von E. U. Cohler u.a. in der Zeitschrift: »Journal of Applied Physics«, Band 37, (1966), Seiten 27 bis 38. zu .rfahren ist, während die Breite des gebeugten Lichtstrahls zu 2,7" zwischen den 10%-Intensitätspunkten und /u 1" zwischen den 50%-lntensitätspunkten bestimmt wird. Die Geschwindigkeit, mit der ein solches kolloidales Gitter 44 geschaltet werden kann, ist, wie man annimmt, ziemlich groß, da mit der Ausbildung des GiI ers die magnetisierbaren Teilchen des Kolloids ständig einem starken Magnetfeld aus den Banddomänen ausgesetzt sind, und der Abstand, um den sich ein solches magnetisches Teilchen bewegen muß, maximal 20O0 Ä beträgt.

Zu der zweiten Art Beugungsgitter gehören Banddomänen und parallele magnetische Domänen in Filmen mit einem hohen Faraday-Rotatic nskoeffizienten und geringer Absorption. Materialien wie die Übergangsmetalle (Eisen, Nickel), binäre Legierungen (MnBi), Granate und Perowskitie (YFeGi anal; GdFeGranat; RbNiF₃), Trihalogenide (CrCl₃, CrBr j) und Chalcogenide (EuO, EuSe) usw. weisen eine hohe Faraday-Rotation auf und besitzen bei gewissen Wellenlängen, die in

Fling ill ViCi" i-itiCiic ucS i tiiuCä t\j üiiu civyÖ SCiir\i Cv.ni /.ü

den Domänenwänden 14 gerichtet ist Dieses oszillierende Feld dreht die Magnetisierung der Banddomänen 12a, 126 hin und her und bringt sie dabei in den niedrigsten Energiezustand. Bei Anwesenheit eines solchen Feldes ändern sich der Abstand der Banddomänen und dementsprechend die Ablenkung des Lichtstrahls.

Das Maß der Ablenkung, das bei einer Änderung des Abstandes d der Banddomänenbreite zu erwarten ist kann, wie folgt berechnet werden, wenn λ die Wellenlänge des Lichtes und Φ[ der Winkel zwischen dem Maximum des abgelenkten Lichtes und der Normalen der Ebene ist. Das Maximum der abgelenkten Amplitude tritt auf, wenn

d (sin Φ, + sin Φ/) = η ?..

Für π = 1, Λ = 6328 Ä, Φ_χ = 50°, Φ, = 75° gilt: 6328 A

d =

0,966 + 0,766

= 3650Ä.

Weiterhin ist: sin Φ, = —/. —sin Φ- Bei konstant™ 0_igilt: ^a

-n . fid ζο₅Φ_τ-Φ_ί = -J-'-'-J--

einigen rauen titciii im aiviuuaicii i'Ciciuii liegen, einen niedrigen optischen Absorptionskoeffizienten. Wenn ein monochromatischer, polarisierter Lichtstrahl auf den Banddomänenfilm 10 der F i g.! einfällt der aus den zuvor genannten Materialien besteht wird die Polarisationsebene des Lichtstrahls, der durch die Banddomänen hindurchgeht, deren Magnetisierung als Vektor 20a in Fig.2 gezeigt ist in der betreffenden Richtung z. B. gegen den Uhrzeigersinn gedreht, während d^;e des Lichtstrahls, der durch die Domänen mit der entgegengesetzten Magnetisierungsrichtung hindurchfällt (Vektor 2ObJ₁ in der entgegengesetzten Richtung gedreht wird. Falls ein optischer Analysator auf der anderen Seite des Filmes 10 angebracht und so eingestellt sein würde, daß das Licht durch ungeradzahlige Domänen, also jede zweite Banddomäne blockiert wird, wäre das Ergebnis ein vielspaitiges Transmissions-Beugungsgitter. Der Lichtpunkt erster Ordnung kann dann durch eine Änderung des Abstandes und der Richtung der Banddomänen abgelenkt werden. Tatsächlich ist der Analysator nicht notwendig, weil das von den geradzahligen Banddomänen hindurchgelassene Licht einen anderen Polarisationswinkel als das der ungeradzahligen Banddomänen aufweist, so daß bei einem Beugungswinkel erster Ordnung, bei dem die Wegunterschiede zwischen dem Licht aus benachbarten Banddomänen eine halbe Wellenlänge A/2 betragen, das

Licht nicht vollständig durch Interferenz ausgelöscht wird; Wenn die Amplitude des von jeder Banddornäne fiindurchgelassetien Lichtes Vor der Interferenz mit dem Licht aus einer benachbarten Banddornäne ra ist, und Wenn der Drehwinkel der Polarisationsebene +ß in den geradzahligen Domänen und **j3 in den ungeradzahli* gen Domänen beträgt, kann die Amplitude des hinäufshgelasseheri Lichtes nach der Interferenz durch die Gleichung ro > sin β wiedergegeben Werden. In gleicher Weise kann ein Refiexionsbeugungsgitter unter Ausnutzung des Kerr-Effektes konstruiert werden. Sogar Filme ohne Banddomänen können verwendet werden, falls sie eine gleichförmige, eng gepackte, parallele Domänenstruktur aufweisen, wenn die Magnetisierung in der Filmebene, aber antiparallel in benachbarten Banddomänen verläuft und der Lichtstrahl unter einem Winkel zur Senkrechten des Filmes einfällt.

Ein Reflexionsgitter kann auch in der Weise konstruiert werden, daß ein Material mit Faraday-Effekt und ein Spiegel benutzt werden. Wenn die eine Fläche des Banddomänenfilmes mit Faraday-Effekt von einem Spiegel überzogen ist, wird das durch jedes Band hindurchgehende Licht von dem Spiegel reflektiert und aus dem Film zurückgeworfen, wodurch es zweimal der Faraday-Rotation unterliegt Andererseits kann auch eine Kombination aus einem metallischen Banddomänenfilm mit guter Reflexionsfähigkeit, aber kleinem Kerr-Koeffizienten mit einem magnetisch weicheren Material ohne Banddomänen, aber gutem Faraday-Effekt verwendet werden. Die Banddomänen des reflektierenden Filmes induzieren geschlossene Flußwege in dem Material mit Faraday-Effekt, das die notwendige, periodische Faraday-Rotation für die Lichtablenkung liefert

Zahlreiche Materialien stehen für diese Zwecke zur Verfügung. Banddomänen beobachtet man an Nickel, Nickeleisen (NiFe), Manganwismut (MnBi) YFeGranat und müssen zumindest theoretisch in allen Stoffen auftreten, die zu Beginn genannt wurden. Die Güteziffer dieser Stoffe wird als das zweifache Verhältnis der

ίο

15

20

25

30

35

40

uy ΟΐΐΙιΐΟΐϊ JC

Absorption in neper/cm definiert Für Permalloy ist diese Ziffer 0,4 bei einer Wellenlänge A=5000 A, für Nickel 3,4 bei A=40 000 A, für Manganwismut (MnBi) 3,2 bei A = 7500 A, für Yttrium-Eisen-Granat 6900 bei A= 12 000 A, für Chromjodid (CrJ₃) 53 bei A= 10 000 A und einer Temperatur von 13° K, für CrBr₃ 23 bei A = 6600 A und 8" K und für EuSe 7300 bei A=7550 A und 4,2° K. Ein Spiegel für einen Laserstrahl kann z. B. durch einen Banddomänenfilm ersetzt werden; das Ergebnis ist ein Laserstrahl mit einer hohen Intensität dessen Richtung durch ein Magnetfeld einstellbar ist Dasselbe Resultat kann man erhalten, wenn ein Banddomänenfilm mit Faraday-Effekt zwischen einen Laserstrahl reflektierenden Spiegeln eingefügt wird.

In den F i g. 7a, 7b und 7c bzw. 8a, 8b und 8c ist die Wirkung eines Banddomänenfilms mit Faraday- bzw. Kerr-Effekt auf einen senkrecht einfallenden, polarisierten, monochromatischen Lichtstrahl veranschaulicht eo Gemäß F i g. 7a wird ein einfallender Lichtstrahl 50 mit einer aufwärts gerichteten Polarisation 51 von einer antiparallelen Magnetisierung 52 einer Banddomäne 54 mit Faraday-Effekt beeinflußt, wodurch ein hindurchgelassener Lichtstrahl 56 eine gegen den Uhrzeigersinn gedrehte Polarisationsebene 57 erhält In Fi g. 7b wird ein einfallender Lichtstrahl 60 mit einer Polarisation 61 durch eine parallele Magnetisierung 62 einer Banddomäne 64 mit Faraday-Effekt zu einer Drehung im Uhrzeigersinn Veranlaßt, wie an einem austretenden Lichtstrahl 66 mit einer Polarisation 67 erkennbar ist. In Fig.8a ist ein einfallender Lichtstrahl 70 mit einer Polarisation 71 zu sehen, der durch eine antiparallele Magnetisierung 72 einer Banddömärie 74 mit KerpEffekt zu einer Reflexion veranläßt wird, wie als Lichtstrahl 76 mit einer gegen den Uhrzeigersinn gedrehten Polarisation 77 angegeben ist Gemäß Fig,8b wird ein einfällender Lichtstrahl 80 mit einer Polarisation 81 durch eine parallele Magnetisierung 82 einer Banddomäne 84 mit Kerr-Effekt in einen reflektierten Lichtstrahl 86 überführt, dessen Polarisation 87 im Uhrzeigersinn gedreht ist.

Wie die Fig. 7c zeigt, wird ein einfallender Lichtstrahl 90 mit einer Polarisation 91 von einem Film 92 aus mehreren benachbarten, abwechselnd parallel/antiparallel magnetisierten Banddomänen mit Faraday-Effekt derart beeinflußt, daß ein Lichtstrahl 98 erster Ordnung aus zwei benachbarten, abwechselnd im/gegen den Uhrzeigersinn gedrehten Komponenten 93, 94 austritt, der eine nach rechts gedrehte Polarisation 99 aufweist, wenn sein Ablenkwinkel zur Senkrechten des Filmes 92 eine solche Größe besitzt, daß die Längendifferenz der Komponenten einer halben Wellenlänge A/2 des Lichtes der Komponenten 93,94 entspricht

F i g. 8c zeigt, wie ein einfallender Lichtstrahl 100 mit einer nach oben gerichteten Polarisation 101 von einem Film 102 aus mehreren benachbarten, abwechselnd parallel/antiparallel magnetisierten Banddomänen mit Kerr-Effekt reflektiert wird, so daß ein Lichtstrahl 108 erster Ordnung mit mehreren benachbarten, im/gegen den Uhrzeigersinn gedrehten Komponenten 103, 104 mit einer nach rechts verlaufenden Polarisation 109 entsteht, wenn der Ablenkwinke! des Strahls 108 gegenüber der Senkrechten zur Ebene des Films eine solche Größe hat daß die Längendifferenz der Komponenten einer halben Wellenlänge A/2 des Strahls 108 entspricht

F i g. 9 zeigt die Vektorauflösung bei der Rotation der Polarisationsebene eines monochromatischen, polariaici teil ι_·Μ~ιΊΙάίι m'iia, Vvciiii uieac uui^ii ciiicil Danuuoffla- nenfilm mit Faraday- oder Kerr-Effekt bewirkt wird, wie in Verbindung mit den Fig.7a —7c und 8a—8c erläutert ist Wenn die Polarisation der benachbarten, reflektierten oder hindurchgelassenen Lichtstrahlkomponenten im Uhrzeigersinn, wie der Vektor 110 zeigt oder gegen den Uhrzeigersinn gedreht ist wie der Vektor 112 darstellt werden diese Vektoren voneinander vektoriell subtrahiert, wodurch der nach rechts verlaufende Vektor 114 entsteht der in der F i g. 7c bzw. 8c als Vektor 99 bzw. 109 angegeben ist.

In Fig. 10 ist ein Linsensystem wiedergegeben, das für einen BanddomänenfUm mit Faraday-Effekt verwendet werden kann. In diesem wird ein senkrecht einfallender Lichtstrahl 120 mit einer nach oben gerichteten Polarisation 121 durch einen Banddomänenfilm 122 aus mehreren benachbarten, entgegengesetzt magnetisierten Banddomänen mit Faraday-Effekt zu einer Linse 124 hindurchgelassen. Der von dem Film 122 hindurchgelassene Lichtstrahl ist gespalten oder in Komponenten zerlegt nämlich in die nach oben gerichteten Bildkomponenten erster Ordnung, in die nach unten gerichteten Bildkomponenten erster Ordnung und in geradlinige Bildkomponenten nullter Ordnung; die Linse 124 fokussiert diese Komponenten auf Punkte 126, 128, 130 in einer Ebene 132, die senkrecht zur Achse des Lichtstrahls 120 verläuft

Dadurch, daß der Abstand der Banddomänenwände des Filmes 122 verändert wird, kann der Ablenkwinkel des hindurchgelassenen Lichtstrahles in der gewünschten Weise eingestellt werden, während durch eine Drehung der Magnetisierung der Banddomänen des Filmes um die Achse des Lichtstrahles 120 der Rotationswinkel des hindurchgelassdnen Lichtstrahls abgeändert werden kann. Infolge dieser Änderung des Ablenkwinkels und des Rotationswinkels können die Punkte 126, 128 und 130 praktisch in jede Position der zweidimensionalen Ebene 132 verschoben werden. Diese Änderung des Ablenkwinkels und des Rotationswinkels ist ein Merkmal der Erfindung, das in Verbindung mit den Fig. 11,12a. 12b und 13 näher erklärt sei.

In Fig. 11 ist ein Gerät zur Aufprägung der orthogonalen Wechsel- und Gleichfelder parallel 2:ur Ebene eines Banddomänenfilmes 140 zu sehen, der dem PiIm 10 der Fig. 1 entspricht. In der Filmebene liegen zwei orthogonale Achsen 142, 144, von denen die eine 142 parallel zu Banddomänenwänden 146 orientiert ist Über dem Film 140 befindet sich ein Joch 148, das um eine Achse senkrecht zur Ebene des Filmes 140 drehbar ist, welche durch den Schnittpunkt der Achsen 142,144 in der Filmebene hindurchgeht; auf diesen Achsen sind die folgenden Gegenstände montiert: Gleichfeldspulen 150, 152 und eine zugehörige Treibsignalquelle 154, Wechselfeldspulen 160 und 162 und eine zugehörige Treibsignalquelle 164. Wenn der magnetische Film 140 durch ein Gleichfeld parallel zur oder in der Filmebene und parallel oder antiparallel zur Magnetisierung der Banddomänen beaufschlagt wird, wird die Banddomänenbreite d verändert; wenn das angelegte Gleichfeld parallel zur Magnetisierung verläuft, nimmt die Banddomänenbreite d ab; wenn es antiparallel ist wird diese Breite d größer. Die Banddomänen haben jedoch eine Koerzitivkraft die diese Änderungen der Breite d zu verhindern sucht Daher muß diese Koerzitivkraft mit einem oszillierenden Wechselfeld überwunden werden, das in der Filmebene senkrecht zu den Banddomänenwänden und dementsprechend senkrecht zur durchschnittlichen Magnetisierung gerichtet ist

in den Fig. i2a und i2b ist die Wirkungsweise des Gerätes nach F i g. 11 bei der Abänderung des .Ablenkwinkels D eines monochromatischen Lichtstrahls anschaulich gemacht der senkrecht zu einem Film 170 mit Kerr-Effekt einfällt Ein Lichtstrahl 172, der aus der Quelle 174 längs der Z-Achse austritt wird vom Film 170 um den Winkel D in der KZ-Ebene in Abhängigkeit von einem größeren oder geringeren Domänenabstand (Fig. 12a bzw. 12b) abgelenkt und verläßt das Gerät als Lichtstrahl 176. Der Ablenkwinkel D ist auch eine Funktion der Polung und Stärke des Gleichfeldes, das längs der X-Achse aufgeprägt wird. Dieses wird durch die Orientierung der XY-Achsen der Fig. 12a und 12b in räumlicher Übereinstimmung mit den Achsen 144 und 142 der F i g. 11 erreicht

Zu einer weiteren Einwirkung auf den senkrecht einfallenden Lichtstrahl gehört eine Drehung der Achsen 144 und 142 der F i g. 11 bezüglich des Joches 148 und dementsprechend zu den orthogonalen Gleich- und Wechseltreibfeldern. Bei diesem Vorgang wird der austretende, abgelenkte Lichtstrahl gegenüber der Richtung in der KZ-Ebene (F i g. 12a und 12b) in einem unbestimmten Winkel zwischen 0° und 360° um die Z-Achse gedreht In F i g. 12 ist die Wirkung des Gerätes nach F i g. 11 anschaulich gemacht, wenn der Rotationswinkel eines monochromatischen Lichtstrahls, der senkrecht zum Film 170 mit Kerr-Effekt einfällt geändert wird.

Für den Ablenkungs-/Drehvorgang werden die Achsen 144,142 der Fig. 11 um einen Rotationswinkel R aus der räumlichen Übereinstimmung mit den XK-Achsen der Fig. 13 herausgedreht. Nun wird das Gleichfeld auf den Drehwinkel R bezüglich der ursprünglichen, durchschnittlichen Magnetisierung und folglich der Banddomänenwände 146 (Fig. 11) eingestellt, wodurch sich die durchschnittliche Magnetisierung und dementsprechend auch die Banddomänenwände 146 um den Drehwinkel R drehen. Dieser Arbeitsvorgang kommt bei der Ausführungsform nach F i g. 11 dadurch zur Ausführung, daß bloß das Gleichfeld der Spulen 150, 152 und das dazu orthogonale Wechselfeld der Spulen 160,162 bezüglich des Filmes 140 um die Achse 142 bzw. 144 im Winkel R gedreht werden. Ein Lichtstrahl 172, der von der Quelle 174 aus längs der Z-Achse einfällt, wird um den Ablenkwinkel D abgelenkt, der in der KZ-Ebene gemessen ist und um einen Drehwinkel R gedreht, der von der KZ-Ebene aus um die Z-Achse festgelegt ist.

In der Praxis wird ein gegebenes Feld elektrisch in der Weise gedreht daß das Vorzeichen und die Größe seiner beiden orthogonalen Komponenten eingestellt werden. Bei der Konstruktion, bei der ein Film mit Kerr- oder Faraday-Effekt und ein Spiegel angewendet werden.wird das Feld am leichtesten durch bandförmige Leitungen hinter dem Film aufgebaut

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung (Fig. 14) wird das Joch 148 der Fig. 11 90° um die Achse 144 gedreht, so daß eine Achse 143 nun orthogonal auf der Ebene des Banddomänenfilms 140 zu stehen kommt. In F i g. 14 ist das Gerät der F i g. 11 um eine Achse gedreht die in der Ebene des Banddomänenfilms 140 orthogonal zur Magnetisierung der Banddomänen 146 verläuft damit von den Wechselfeldspulen 160 und 162 und der zugehörigen Treibsignalquelle 164 ein Wechselfeld längs der Achse 144 aufgeprägt wird, die orthogonal zu den Banddomänenwänden 146 des Filmes 140 und parallel zu dessen Ebene verläuft; durch die Gleichfeldspulen 150 und 152 und die zugehörige Treibsignaiqueiie i54 entsteht ein Gieichfeid iängs der Achse 143, die senkrecht auf der Ebene des Banddomänenfilmes 140 steht Fernerhin sind eine zusätzliche Gleichfeldspule 170 und eine zugehörige Treibsignalquelle 172 vorgesehen, von der ein Gleichfeld parallel zu den Banddomänenwänden 146 des Filmes 140 und parallel zu dessen Ebene aufgebaut wird.

Zum Betrieb des Gerätes der Fig. 14 wird das Wechselfeld dem Banddomänenfilm 140 aufgeprägt: Um die Banddomänenbreite d za verändern, rufen die Gleichfeldspulen 150 und 152 das zugehörige Gleichfeld der einen oder anderen Polung senkrecht zur Filmebene hervor; um den Drehwinkel der Banddomänenwände 146 zu verändern, wird die Gleichfeldspule 170 um die Achse 143 gedreht

In Fig. 15 sind ein Lichtfleck nullter Ordnung und zwei Beugungspunkte 1. Ordnung gezeigt die sich dadurch ergeben, daß ein Helium-Neon-Laserstrahl durch einen Banddomänenfilm aus YFeGranat hindurchscheint Wenn die magnetischen Felder dem Film aufgeprägt werden, kann der Lichtfleck erster Ordnung in einem Kreis, aus diesem heraus und rund um ihn herum bewegt werden. Der Lichtfleck nuilter Ordnung Ljiciut üncLLrgeienKu ττ €nn uie ncuuge * iimuiCne unu Wellenlänge gewählt sind, verschwindet der mittlere Fleck, und das gesamte Licht erscheint in dor ersten Ordnung.

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In dem zuvor durch Ausführungsbeispiele erläuterten, magneto^opiischen System werden die ßanddomänen eines magnetischen Filmes als Beugungsgitter verwendet Der Ablenkwinkel des Lichtes gegenüber der Filmebene verändert sich in zwei Dimensionen, wenn der Abstand und die Orientierung der Banddomänen verändert werden. Der Wandabstand wird entsprechend der Stärke eines Gleichfeldes in der Filmebene parallel zu den Banddomänen oder senkrecht zur Filmebene eingestellt, Die Orientierung der Banddomänen hängt von der Richtung des Gleichfeldes in der Filmebene ab. Der Hysteresiseffekt wird durch ein oszillierendes Feld senkrecht ZU den Banddomänon überwunden.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Steuerung des Ablenkwinkels eines monochromatischen Lichtstrahles durch Einwirkung eines variablen magnetischen Gleichfeldes auf eine dünne ferromagnetische Schicht, die infolge ihrer Magnetisierung mehrere Banddomänen einheitlicher Br-eite mit jeweils einer von zwei einander abwechselnden, unterschiedlichen Magnetisierungsrichtungen enthält, die durch parallel zu einer Achse in der Schichtebene orientierte Domänenwände voneinander getrennt sind, wobei das magnetische Gleichfeld in einer Richtung angelegt wird, deren Projektion in die Schichtebene parallel zur Achse fällt, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetische Gleichfeld und gleichzeitig ein magnetisches Wechselfeld in einer zur Schichtebene parallelen, zur Achse senkrechten Richtung an die Schicht abgelegt werden, und daß zur analogen Steuerung des Betrages der Winkelablenkung des Lichtstrahles die Stärke und/oder Polung des magnetischen Gleichfeldes kontinuierlich verändert wird (werden).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung Jes Rotationswinkels, also der Ablenkung in einer zweiten Dimension, die Richtungen des magnetischen Gleichfeldes und des magnetischen Wechselfeldes gemeinsam um die Normale zur Schichtebene um denselben Winkel gedreht werfen.

3. Verfahren nach ^nspnr-h 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß d=is magnetische Gleichfeld durch Überlagerung eines para''-ίΊ zur Schichtebene und eines zu dieser Schichtebene senkrecht orientierten Gleichfeldes erzeugt wird.