DE2226198A1 - Anordnung zum zerstörungsfreien Auslesen von Bläschendomänen-Speichervorrichtungen - Google Patents

Description

Böblingen, 25. Mai 1972 bu-we

Anmelderin: International Business Machines

Corporation, Armonk, N.Y. 10504

Amtliches Aktenzeichen: Neuanmeldung Aktenzeichen der Anmelderin: YO 970 035

Anordnung zum zerstörungsfreien Auslesen von Bläschendomänen-Speichervorrichtungen

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum zerstörungsfreien Auslesen von Bläschendomänen-Speichervorrichtungen, die zur Stabilisierung von magnetischen Bläschendomänen vormagnetisierte Schichten enthalten, mit Hilfe von Laserstrahlen.

Es sind viele magnetisierbare Substanzen bekannt, wie Orthoferrite, Magnetoplumbite und Granate, die geeignet sind, unter entsprechenden Voraussetzungen magnetische Bläschendomänen in Form von zylindrischen Einzelwanddomänen zu unterhalten. Bekanntlich bilden diese Domänen in sich geschlossene Bezirke innerhalb der magnetisierbaren Substanz, wobei jeweils ihre Achse der leichten Magnetisierbarkeit als Vektor entgegengesetzt gerichtet ist zur Magnetisierung des sie umgebenden Mediums. Es ist nun eine Vielzahl von Möglichkeiten angegeben worden, um diese zylindrischen Domänen in dieser magnetisierbaren Schicht von einer Stelle auf die andere zu verschieben bzw, weiterzuleiten. Hierzu dienen Leiterschleifen in entsprechender Anordnung oder auch Permalloystreifen, die mit einem in der Eben© der magnetisierbaren Schicht sich drehendem Magnetfeld zusammenwirken. Mit Hilfe solcher Anordnungen können nun Speichervorrichtungen bereitgestellt werden, die sehr größe Speicherdichten zulassen. Zum Auslesen dieser Speichervorrichtungen lassen sich optische Verfahren anwenden t die die ü'atsache ausnutzen, daß der Magnetisierungsvektor der zylindrischen Einaelwaßdäomänen entgegengesetzt zu dem des umgebenden Materials gerichtet ist. Wie bekannt wird hierzu

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der Faraday- oder Kerr-Effekt ausgenutzt. Zur Ausnutzung des Faraday-Effekts wird ein polarisierter Lichtstrahl durch das die Bläschendomäne enthaltende magnetische Material gesandt. Ist im Strahlengang keine zylindrische Bläschendomäne vorhandenr dann verursacht die Magnetisierung des magnetischen Materials die Drehung der Polarisationsrichtung des Strahls in eine erste Richtung. Tritt jedoch eine zylindrische Bläschendomäne auf, dann dreht zwar der Magnetisierungsvektor der Bläschendomäne die Polarisationsrichtung des Lichtes um den gleichen Betrag aber in entgegengesetzter Richtung. Das bedeutet, daß das aus dem magnetischen Material austretende Licht eine von zwei möglichen Polarisationsrichtungen besitzen kann.

Wird nun ein Polarisator als Analysator verwendet, dann kann bei entsprechender Anordnung das Licht in einer Polarisationsrichtung durch den Analysator hindurchgelangen/ wohingegen der Lichtstrahl in der anderen Polarisationsrichtung am Durchgang verhindert wird. Im Falle der Durchstrahlung des magnetischen Materials, fällt der Lichtstrahl auf einen Detektor ein, wie z.B. eine Photodiode, um auf diese Weise das Auftreten einer zylindrischen Bläschendomäne anzeigen zu können.

Eine Anordnung, die den Kerr-Effekt ausnutzt, entspricht im wesentlichen dieser Anordnung, doch mit dem Unterschied, daß das polarisierte Licht durch das magnetische Material reflektiert und nicht hindurchgelassen wird.

Im IBM Technical Disclosure Bulletin, Band 13, Nr. 1, Juni 1970, auf den Seiten 147 und 148, ist als Quelle einer elektromagnetischen Strahlung zum Auslesen zylindrischer Bläschendomänenspeichervorrichtungen ein Laser vorgeschlagen. Hierzu dienen Gas- oder Festkörperlaser, die bei Raumtemperatur im Dauerstrich oder jedenfalls mit hohem Taktverhältnis betrieben werden können.

Schwierigkeiten hierbei entstehen jedoch bei Auswahl eines geeigneten Detektors als Auslesevorrichtung. Hierzu sind bisher photo-

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elektrische Detektoren, Festkörperphotodioden, Lawinen-Photodioden und photoleitende Detektoren angewendet worden. Die Auswahl dieser Detektoren läuft darauf hinaus, gewisse optimale Eigenschaften eines Detektors den Vorzug gegenüber- anderen Eigenschaften zu geben. So zeigen z.B. Lawinen-Photodioden Eigenschaften, die für erhöhte Empfindlichkeit und erhöhtes Signal-Rauschverhältnis durchaus wünschenswert sind, jedoch bedürfen Detektoren dieser Art einer relativ hohen Betriebsspannung, wobei hinzu kommt, daß der hierin stattfindende Vervielfachungsprozeß selbst nachteilige Wirkung auf das Signal-Rauschverhältnis ausübt. Andere Detektoren, bei denen ein schnelles Ansprechen mit hohem Wirkungsgrad verbunden ist, erfordern jedoch in nachteiliger Weise, daß der Detektor bei relativ niedriger Temperatur betrieben wird, oder aber es liegen keine inhärenten Verstärkungseigenschaften vor. Ein Betrieb bei relativ niederer Temperatur ist sehr aufwendig und kann auch in manchen Fällen eine Benutzung verbieten, wo der Detektor an sich angewendet werden sollte. Mit anderen Worten, Hochgeschwindigkeitsdetektoren lassen sich nur einsetzen auf Kosten anderer an sich wünschenswerter Eigenschaften und Vorteile.

Abgesehen von den oben angegebenen Nachteilen ergeben sich mit den beschriebenen Detektoren Probleme, wenn hohe Speicherdichten angestrebt werden. So ist z.B. bei Mehrfacherfassung durch eine einzelne Lichtquelle das Problem der Ausrichtung gegeben, da unter verschiedenen Winkeln ausgelesen werden muß. Hierbei sind nicht zuletzt die geometrischen Abmessungen der erforderlichen Apparatur eine Erschwerung oder gar ein Hindernis. Werden Vielfachs trahlungsquellen benutzt, dann ergeben sich Temperaturprobleme, so daß Wärmeableitungsmaßnahmen oder Kühlanlagen erforderlich werden. In Systemen dieser Art läßt sich eine Mindestgröße der Detektoren nicht unterschreiten, da eine minimale Empfindlichkeit gefordert wird.

Die geometrischen Abmessungen sowohl der Quelle als auch des Detektors sowie der· Durchmesser des Strahls werden dabei umso kritischer, je mehr der Durchmesser der zylindrischen Bläschen-

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domänen reduziert wird. Die Abmessungen der Bläschendomänen legen die Bläschendomänendichte fest und damit die Speicherkapazität der Gesamtspeicheranordnung. Das bedeutet, daß letztlich die geometrischen Abmessungen des Detektors den begrenzenden Faktor für die Gesamtspeichervorrichtung darstellen.

Zur Überwindung der oben genannten Nachteile liegt als Aufgabe der Erfindung zugrunde, eine Bläschendomänenspeichervorrichtung zu schaffen, deren AusIeseanordnung es gestattet, hohe Speicherdichten anzuwenden, wobei hohe Ansprechempfindlichkeit sowie Ansprechgeschwindigkeiten, niedriger Leistungsbedarf und Betrieb bei Raumtemperatur möglich sein sollen; außerdem sollen die erforderlichen Betriebsspannungen gering und gute Signalrauschverhältnisse während der Betriebsdauer aufrechterhalten werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß als Strahlungsquelle ein erster entweder oberhalb oder geringfügig unterhalb der Schwelleninversion betriebener Diodenlaser dient, dessen Strahlen nach Auftreffen auf die magnetische Bläschendomänen enthaltende, vormagnetisierte Schicht auf einen zweiten unterhalb der Schwelleninversion betriebenen Diodenlaser einfallen, dessen Ebene des PH-Übergangs mit der Schwingungsebene des durch eine Bläschendomäne in seiner Polarisationsrichtung gedrehten Strahls zusammenfällt, der durch Güteschaltung mindestens des zweiten Diodenlasers induzierte Emission als Anzeige für gespeicherte Information herbeiführt.

Die Wirkungsweise der Anordnung ist dabei unabhängig davon, ob der Kerr-Effekt oder aber der Faraday-Effekt ausgenutzt wird. Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Anordnung läßt sich in vorteilhafter Weise verbessern, wenn zu beiden Seiten der die Bläschendomänen enthaltenden magnetisierbaren Schicht Polarisatoren angewendet werden, deren Polarisationsrichtung der der gewünschten Strahlen entsprechen. Die beiden auf jeder Seite der magnetisierbaren Schicht angeordneten Diodenlaser bilden dabei gewissermaßen einen einzigen Laserresonator.

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In einer ersten Verfahrensweise sind nun gemäß der Erfindung beide Diodenlaser geringfügig unterhalb ihrer Schwelleninversion, vorgespannt. Das bedeutet/ daß beide Diodenlager eine spontane Emissions strahlung aussenden, die bereits bis zu einem gewissen Grad polarisiert ist. Um diese Strahlen schärfer zu bündeln, können in vorteilhafter Weise Sammellinsen auf den Abstrahlungsflächen der Diodenlaser angebracht werden. Auf jeden Fall wird bei Durchgang durch einen vorgeschalteten Polarisator die spontane Emissionsstrahlung in hohem Grade polarisiert, so daß beim Durchgang durch die magnetisierbare Schicht unter Abwesenheit einer zylindrischen Bläschendomäne der zweite Polarisator erreicht wird, der dann aufgrund seiner anderen Polarisationsrichtung jedoch den weiteren Strahldurchgang sperrt. Befindet sich aber nun im Strahlengang eine zylindrische Bläschendomäne, dann wird die Polarisationsrichtung des durchgehenden Strahls gedreht, so daß dieser nun durch den zweiten Polarisator hindurch auf den zweiten Diodenlaser gelangen kann. Dieser Strahlendurchgang findet aber nun in beiden Richtungen statt, so daß an den PN-übergängen beider Diodenlaser infolge Lichteinstrahlung jeweils erhöhte Leistung zur Verfügung steht, so daß die Schwellenleistungen überschritten werden. Dieser übergang zu induzierter Emission ruft eine sehr hohe Verstärkung hervor, die das Signal-Rauschverhältnis ganz beträchtlich erhöht und damit auch die Empfindlichkeit.

Die vormagnetisierte Schicht wirkt als Güteschalter, indem ein optischer Resonator bereitgestellt wird, wenn eine zylindrische Bläschendomäne im Strahlengang beider Diodenlaser auftritt. Anders ausgedrückt, der optische Resonator, bestehend aus den beiden Diodenlasern, ist normalerweise durch die vormagnetisierte Schicht unterbrochen und tritt nur dann in Erscheinung, wenn eine Bläschendomäne in den Strahlengang gelangt. Da die Laser nur dann zu induzierter Emission angeregt werden, wenn eine zylindrische Bläschendomäne festgestellt wird, sind sehr viel höhere Taktverhältnisse zum Betrieb der Laser möglich, ohne daß sich Temperaturprobleme und damit besonderer Kühlungsaufwand ergeben.

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Bei einer anderen Betriebsweise gibt der eine Diodenlaser bereits induzierte Emissionsstrahlung ab und führt eine Schwellenüberschreitung beim zweiten Diodenlaser herbei, wenn eine Bläschendomäne im Strahlengang auftritt.

In beiden Fällen wird also beim Feststellen einer Bläschendomäne beispielsweise als binäre Eins ein erhöhter Strombedarf bei den Diodenlasern festgestellt, der dann zur Anzeige bzw. Registrierung der binären Eins dienen kann. Ergibt sich in der Sollzeit kein erhöhter Strom, wird eine binäre Null angezeigt bzw. registriert.

Die Anwendung von Halbleiterlasern sowohl als Lichtquelle als auch als Lichtdetektoren gestatten eine hohe Packungsdichte der Speicheranordnung. Diese hohe Packungsdichte, wobei dann die PN-Übergänge der Laser dicht aufeinanderfolgen, ist unter scharfer Strahlbündelung möglich und gestattet die Bereitstellung sehr schmaler zylindrischer Bläschendomänen.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der unten aufgeführten Zeichnungen, und aus den Patentansprüchen.

Es zeigen:

Fig. 1 . den Gesamtaufbau eines Ausführungsbeispiels der

Erfindung in schematischer Darstellung,

Fig. 2 eine Speichervorrichtung unter Anwendung der

Erfindung,

Fig. 3 eine Speichervorrichtung für zylindrische Blas-

chendomänen, bei der die Erfindung zum Auslesen Verwendung findet,

Fig. 4 Orientierung und Lage der Diodenlaser im

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- 7 Zusammenwirken mit der erfindungsgemäßen Anordnung,

Fig. 5 Orientierung und Lage der Diodenlaser in einem

abgewandelten AusfUhrungsbeispiel der Erfindung.

Die magnetisierbare Schicht 101 in Fig. 1 ist derart gewählt/ daß sich hierin magnetische zylindrische Einzelwalldomänen aufbauen und halten können. Beispiele für solche Magnetmaterialien sind Seltene-Erden-Orthoferrite, Granate und Magnetoplumbite. Zylindrische Bläschendomänen wie die Domäne 102 werden in der Magnetschicht 101 durch Anlegen eines Vormagnetisierungs- bzw. Stabilisierungsfeldes H , das senkrecht zur Ebene der magnetisierbaren Schicht 101 ausgerichtet ist (Pfeil 131) aufrechterhalten. Obgleich die Magnetfeldquelle hier durch eine unterbrochene Windung 133 einer Spulenwicklung angedeutet ist, kann ebenso auch die magnetisierbare Schicht 101 durch einen permanenten Magneten vormagnetisiert sein. Die Magnetschicht 101 ist. durch einen Vektor der Achse der leichten Magnetisierbarkeit 113 ausgezeichnet, der ebenfalls senkrecht zur Ebene dieser Magnetschicht ausgerichtet ist. Die in der Magnetschicht 101 existierenden zylindrischen Bläschendomänen zeichnen sich dadurch aus, daß die Richtung ihrer Achse der leichten Magnetisierbarkeit entgegengesetzt zu der der magnetischen Schicht 101 ausgerichtet ist. Für Einzelheiten der Theorie zylindrischer Einzelwalldomänen wird auf die Literaturstelle: "Application of Orthoferrites to Domain-Wall Devices", Bobeck und andere in "IEEE-Transactions on Magnetics¹,' Band MAG-5, Nr. 3, September 1969, Seiten 544 bis 553 verwiesen. Das Gebiet, in dem das Auftreten zylindrischer Bläschendomänen festgestellt werden soll, ist der Abfragebereich 111 der magnetisierbaren Schicht 101. Im Strahlengang zum Abfragebereich 111 sind rechts und links von der magnetisierbaren Schicht 101 die Polarisatoren 103 und 1O5 angeordnet. Die Polarisationswinkel der Polarisatoren 103 und 105 sind dabei zueinander so orientiert, daß sich ein speziell vorgegebener relativer Winkel hierzwischen ergibt. Dieser relative Winkel ergibt sich aus dem Betrag, um den ein

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polarisierter Lichtstrahl beim Durchstrahlen der Magnetschicht 101 in vorgegebener Richtung gedreht wird; er ist so eingestellt, daß sich ein optimales Signal-Rauschverhältnis ergibt. Er ist zumindest gleich dem zweifachen Betrag des Winkels der magnetooptischen Drehung. Die Polarisatoren 103 und 105 sind so eingestellt, daß der gedrehte polarisierte Lichtstrahl 129 durch die Polarisatoren 103 und 105 nach Beeinflussung durch die magnetisierbare Schicht 101 nur dann hindurchgelangen kann, wenn eine Bläschendomäne 102 im Abfragebereich 111 auftritt. Es soll hier hervorgehoben werden, daß die Polarisatoren 103 und 105 lediglich zur Verbesserung der Wirkungsweise der Anordnung dienen, jedoch nicht notwendigerweise zu ihrem Betrieb erforderlich sind. Der Grund hierfür liegt darin, daß Diodenlaser im allgemeinen schon partiell polarisiertes Licht abstrahlen und außerdem nachgewiesenermaßen die Fähigkeit besitzen, Licht bestimmten Polarisationswinkels der auf den jeweiligen PN-Übergang einfallenden Laserstrahlung auszufiltern.

Demgemäß sind Diodenlaser 107 und 109 ebenfalls im Strahlengang zu beiden Seiten der magnetisierbaren Schicht 101 außerhalb der Polarisatoren 103 und 105 angeordnet. Der PN-Übergang des Diodenlasers 107 ist dabei parallel zum Polarisationswinkel des Polarisators 103 und der PN-Übergang 125 des Diodenlasers 109 parallel zum Polarisationswinkel des Polarisators 105 ausgerichtet. Der Diodenlaser 107 liegt am Steuer- und Feststellungsschaltkreis 119, wohingegen der Diodenlaser 109 mit dem Steuer- und Feststellungschaltkreis 121 verbunden ist. Die Steuer- und Feststellungsschaltkreise 119 und 129 besitzen gleichen Aufbau und führen gleiche Aufgaben durch, indem sie die erforderlichen Betriebsparameter für die beiden Diodenlaser 107 und 109 bereitstellen. Die Steuer- und Feststellungsschaltkreise 119 und 121 enthalten zusätzlich Schaltkreise zur Anzeige, wenn die Diodenlaser 107 und 109 im angeregten Zustand sind.

Zur Bereitstellung der Betriebsparameter liefern die Steuer- und Feststellungsschaltkreise 119 und 121 entsprechende Gleichspan-

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mangen. Da Diodenlaser hierbei Verwendung finden, ist der Leistungs- und Spannungsbedarf entsprechend gering. Der Feststellungsschaltkreis kann verschiedenen Aufbau besitzen. Er läßt sich z.B. so aufbauen, daß jede Änderung des Stromes der Betriebsspannungsquelle des jeweiligen Lasers festgestellt wird, um so anzuzeigen, daß der betreffende Laser angeregt ist.

Das Problem der Strahldivergenz, das dem Diodenlaser eigentümlich ist, wird durch Anwendung der Linsen 135 und 137 im Strahlengang herabgesetzt. Die Linsen 135 und 137 sind dabei jeweils auf der Abstrahlfläche der Diodenlaser direkt aufgesetzt. Neben üblichen Linsenarten lassen sich dabei auch Fieberoptiklinsen verwenden.

Fig. 2 zeigt die in Fig. 1 dargestellte Grundanordnung in einer Ausführung als Speichereinrichtung. Die magnetisierbar Schicht 101 wird durch ein entsprechendes Plättchen dargestellt, das natürlich zur Aufrechterhaltung von zylindrischen Bläschendomänen geeignet sein muß. Auf der Oberfläche des Plättchens 101 sind in an sich bekannter Weise die Leiterstreifenanordnungen aufgebracht, die zur Weiterleitung von Bläschendomänen dienen. Nur als Beispiel sind hier die T- in Abwechslung mit den I-förmigen Streifen 203 gezeigt. Diese Leiterschleifen 203 wirken mit dem Weiterleitungsfeld H, angedeutet durch die Pfeilanordnung 211 und hervorgerufen durch die Fortpflanzungsquelle 213, zusammen. Die Leiterstreifen können, wie bereits gesagt, in jeder beliebigen Anordnung zur Weiterleitung von Bläschendomänen angeordnet sein und bestehen in üblicher Weise aus Permalloystreifen. Alle hierzu gebräuchlichen Streifenmuster benötigen ein rotierendes Magnetfeld H, um die Bläschendomänen weiterleiten zu können. Im vorliegenden Falle ist der aus den Leiterstreifen 203 bestehende Weiter leitungspf ad so eingerichtet, daß die zylindrischen Bläschendomänen in den Abfragebereich 111 des Plättchens 101 geleitet werden, um ihr Auftreten feststellen zu können. Die die Weiterleitungspfade bildenden Leiterstreifen 203 stellen im Zusammenwirken mit dem Weiterleitungsfeld 211 die Weiterleitungsmittel dar. Es

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wird darauf hingewiesen, daß die hier verwendeten Permalloymuster nicht direkt auf die Oberfläche des Plättchens 101 aufgedruckt zu werden brauchen, sondern auch auf gesonderten Substraten aufgebracht sein können, deren entsprechende Oberfläche dann in enge Berührung mit der Oberfläche des Plättchens 101 gebracht werden.

Die Polarisatoren 103 und 105 sind zu beiden Seiten des Plättchens 101 angebracht, indem darauf geachtet wird, daß ihre Polarisierungsachsen im entsprechend vorgegebenen relativen Winkel zueinander stehen. Dieser relative Winkel ist zweimal so groß wie der Winkel, um welchen das polarisierte Licht beim Durchgang durch das Plättchen 101 gedreht wird. Unter der Einwirkung des Faraday-Effekts bestimmt sich die Größe des Winkels nach der Höhe der Magnetisierung des magnetisierbaren Materials im Plättchen 101, wobei die Drehrichtung durch die Richtung des Magnetisierungsvektors im Abfragebereich 111 festgelegt ist. Das bedeutet, daß die Polarisationsachsen der Polarisatoren 103 und 105 derart orientiert sein müssen, daß, wenn eine zylindrische Domäne im Abfragebereich 111 auftritt, das durch den Polarisator 103 und das Plättchen 101 hindurchgelangte Licht aufgrund des Magnetisierungsvektors der dort auftretenden zylindrischen Domäne in seiner Polarisation in vorgegebener Richtung und um einen vorgegebenen Betrag gedreht wird, bevor es auf den Polarisator auftrifft. Der Polarisator 105 muß also derart orientiert sein, daß ein Lichtstrahl mit einer Polarisation, die durch das Auftreten einer zylindrischen Bläschendomäne bedingt ist, hindurchgelassen werden kann. Tritt andererseits aber keine Bläschendomäne im Abfragebereich 111 auf, dann wird das durch den Polarisator 103 polarisierte Licht in die andere Richtung gedreht, wenn die Magnetschicht 101 durchstrahlt wird. Da der Polarisationswinkel des Polarisators 105 nicht der gleiche ist wie der Polarisationswinkel des einfallenden Lichtes, wirkt der Polarisator 105 als Sperre für die einfallende Lichtstrahlung.

Die Diodenlaseranordnungen 202 und 2O4 befinden sich zu bei-

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den Seiten des Magnetplättchens 101 und der Polarisatoren 103 und 105. Jeweils mehrere Diodenlaser dienen zum Aufbau der Diodenlaseranordnungen 202 und 204. Die Diodenlaseranordnung 202 ist dabei so orientiert, daß der jeweilige übergang in den Lasern parallel zum Polarisationswinkel des Polarisators 103 ausgerichtet ist. In gleicher Weise sind die übergänge in der Diodenlaseranordnung 204 parallel zum Polarisationswinkel des Polarisators 105 ausgerichtet. Jedem einzelnen Laser in der Anordnung 202 liegt jeweils ein Diodenlaser in der Anordnung 204 gegenüber. D.h., jeder Diodenlaser in der Anordnung 202 wirkt mit einem Diodenlaser in der Anordnung 204 zusammen, wobei die Durchdringungszone im Magnetplättchen 101, die im Strahlengang zwischen den beiden Diodenlasern liegt, dem Abfragebereich 111 entspricht. Dies bedeutet weiterhin, daß jedes derartige Diodenlaserpaar einen relativen Winkel zwischen den beiden übergängen besitzt, der gleich dem relativen Winkel"zwischen den Achsen der Polarisatoren 103 und 105 sein muß.

Obgleich, wie oben angedeutet, die Polarisatoren 103 und 105 für die Betriebsweise" an sich nicht erforderlich sind, wird aber die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Anordnung wesentlich verbessert, wobei darüber hinaus kein nennenswerter zusätzlicher Raumbedarf erforderlich ist, da die Polarisatoren sehr dünn sind. Die Anwendung der Polarisatoren gestattet weiterhin, daß keine relative Winkel zwischen den übergängen der Laseranordnungen und 204 erforderlich sind.

Die Betriebsweise der in Fig. 2 gezeigten Anordnung und die hierfür gewählten Diodenlaser sind maßgebend für den Grad und die Art der erforderlichen Kühlung. Neuere Entwicklungen bezüglich vielgestaltiger Diodenlaser die im Dauerstrich bei Raumtemperatur betrieben werden, gestatten den Aufbau der in Fig. 2 gezeigten Anordnung mit minimalen,Kühlungserfordernissen.

Die Diodenlaser der Anordnung 202 brauchen nicht vom glei-

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chen Typ wie die der Anordnung 204 zu sein; jedoch ist zu berücksichtigen, daß, wenn die Diodenlaser beider Anordnungen und 204 den gleichen Halbleiter verwenden, eine maximale Empfindlichkeit zu erhalten ist. Dies beruht auf den einander angepaßten Wellenlängeneigenschaften der Diodenlaser, da keine nennenswerte Änderung der Wellenlänge beim Durchgang des polarisierten Lichtes durch das Magnetplättchen 101 zu verzeichnen ist. Darüber hinaus läßt sich die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Anordnung noch verbessern, wenn die auf bestimmten Wellenlängen betriebenen Halbleiter der Substanz des Magnetplättchens 101 entsprechend angepaßt werden. So sind z.B. Galliumarsenid-Diodenlaser speziell für das Zusammenwirken mit magnetischem Orthoferritmaterial geeignet.

Die in Fig. 2 gezeigten Abstandshalter 205 und 207 können neben der Funktion als Halterung und Gewährleistung der mechanischen Stabilität Mittel zur Erzeugung des Stabilisierungsfeldes H

und/oder des Ausbreitungsfeldes H enthalten. Die Anwendung der Abstandshalter 205 und 207 gestattet fernerhin, daß Speichereinheiten gemäß der Erfindung übereinander stapelbar sind. Eine kompakte Stapelung dieser Art läßt Speichersysteme mit relativ hoher Dichte zu, wobei ohne weiteres auch noch zusätzliche Informationsverarbeitungsmöglichkeiten vorgesehen werden können.

In der Anordnung nach Fig. 3 wird die Weiterleitungspfadanordnung für Bläschendomänen in der Magnetschicht schematisch gezeigt. Hierbei ist jeder Weiterleitungspfad 203 in geschlossener Schleifenkonfiguration gezeigt. Die zylindrischen Bläschendomänen werden dabei durch die Bläschendomänengeneratoren 305 erzeugt und mit Hilfe der Eingabevorrichtungen 303 in die geschlossenen Schleifen eingebracht. Ein Beispiel für einen Bläschendomänengenerator stellt eine weichmagnetische Permalloyscheibe dar, deren Wirkungsweise im US-Patent 3 555 527 beschrieben ist. Auf dieser Scheibe befindet sich dauernd eine Bläschendomäne, die bei Drehung des Weiterleitungsfeldes H längs des Randes dieser Scheibe wandert. Diese Bläschendomäne steht andererseits aber

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auch unter der Wirkung der Anziehungskraft des Weiterleitungspfades 203, so daß hierdurch die Domäne auseinandergezogen wird. Sind die Auseinanderziehungskräfte stark genug, dann teilt sich die Bläschendomäne in zwei einzelne Bläschendomänen, wovon eine auf der Permalloyscheibe bleibt, wohingegen die andere längs des Weiterleitungspfades 203 in bekannter Weise weitergeleitet wird. Um nun eine Bläschendomäne zu irgendeinem gewünschten Zeitpunkt unter Anwendung dieser Techik einzugeben, wird die Scheibe relativ zum Weiterleitungspfad 203 so eingestellt, daß die Anziehungskräfte des Weiterleitungspfades 203 etwas geringer sind, als es für die Teilung einer Bläschendomäne an sich erforderlich ist. Der durch eine Leiterschleife fließende elektrische Strom, wobei die Leiterschleife zwischen der Permalloyscheibe und dem Weiterleitungspfad 203 angeordnet ist, verursacht ein zusätzliches Magnetfeld, das sich mit dem Fortpflanzungsfeld H kombiniert, um so die Bläschendomänenteilung zu bewirken. Damit ist die Eingabe einer Bläschendomäne in den Weiterleitungspfad 203, oder anders ausgedrückt das Einschreiben des Speichers, vollzogen.

Das Vormagnetisierungsfeld H , das senkrecht zur Ebene des Magnet-

plättchens 101 ausgerichtet ist, stabilisiert in an sich bekannter Weise die zylindrischen Bläschendomänen im Magnetplättchen 101. Das Fortpflanzungsfeld H, dessen Richtung parallel zur Magnetplättchenoberfläche verläuft und sich mit einer speziellen Frequenz dreht, veranlaßt die zylindrischen Bläschendomänen, sich in Richtung des Pfeiles 309 weiteraubewegen. Die zylindrischen Bläschendomänen J02 gelangen schließlich durch den Abfragebereich 111 und keh-ren dann um in Richtung des Pfeiles 307. Soll jedoch die Information in den geschlossenen Schleifen gelöscht werden, dann werden die Blaschendomänen-Löseher 301 zur Wirkung gebracht, Ein solcher Bläschendoinänen-Löscher läßt sich beispielsweise durch eine LeiterschLeife realisieren. Tritt eine zur LÖHühiuvj bestimmte Bläüchendomäne 102 in eine solche htii. ι eJHChitiiffi ein, dann wird ein elektrischer Impuls durch diese Lei Li;rtjchLeLfe übertragen, indem somit das Stabilisierungsfeld

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im Bereich dieser Leiterschleife wesentlich erhöht wird und zwar so, daß die Domäne zusammenbricht. Treten die Löscher nicht in Funktion, dann zirkulieren die zylindrischen Bläschendomänen kontinuierlich durch die geschlossenen Schleifen der Weiterleitungspfade.

Jeder geschlossene Weiterleitungspfad stellt eine Speicherzone für eine spezielle Anzahl von Bits dar, und zwar abhängig von der maximalen Bitzahl, die in einem geschlossenen Pfad zirkulieren kann. Da jede geschlossene Weiterlextungsschleife unabhängig von den anderen Schleifen auf dem Magnetchip 101 wirkt, lassen sich die nicht verwendeten geschlossenen Wexterleitungspfade außer Betrieb setzen, ohne daß die Betriebsweise der benutzten Weiterleitungsschleifen beeinträchtigt wird. Das Auftreten und Nichtauftreten zylindrischer Bläschendomänen 102 im Abfragebereich 111 wird durch eine in Fiy. 2 gezeigte Anordnung festgestellt, die mit dem Bläschendoiuänanfluß synchronisiert ist, in dem die gespeicherte Information in nicht zerstörender Weise ausgelesen wird.

In Fig. 4 ist in schematischer Weise eine Feststellungs^elle dargestellt, aus der die verschiedenen Beschichtungen, die auf den Dioden Lasern 107 und 109 in Fig. 1 erforderlich .si-rul, h-r vorgehen. Diese eifordfi l.i ah en h'o.'ii.hichtiinjen auf dec. Dioden l.ü;>tirn 107 bzw. 109 bestimmen sich n&cl· der F^-trie'bsv/clfiiJ, d.U; jo.vi-Lls angewendet werden soll. Im bavorsu jfcrn Aus führungen; L «p.u). wLrken die Diodenlaser 107 und 109 alü eine -innige Lnsi.-. ? uuiheLt, indem zunächst beide unterhalb ihrer Laserschv,alienwert:α zu spout .mer Emission vorgespannt sind. Bei einer solchen Betr). c;<>;;Wi. u,tj »ind Antireflexüberzüge 409 und 411 erforderlich, um Elet'LexioriiiVLrkurigen innerhalb der einzelnen Laser auf einem minimalen Wort zu halten, Siliciummonoxid stellt eine typische Substanz dar, die als Antireflexüberzug dienen kann. Anderseits dienen reflektierende Überzüge 401 und 403 zum Herbeiführen einer Laserwirkung im ,Zusammenwirken mit dem dazwischenliegenden optischen Resonator. Im allgemeinen wird Aluminium als reflektierender über?ag verwendet.

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Da die reflektierenden Beschichtungen 401 und 403 üblicherweise metallischer Natur sind/ müssen fernerhin elektrisch isolierende Schichten 405 und 407 vorgesehen werden, die zwischen den reflektierenden Beschichtungen 401 und 403 und den entsprechenden Oberflächen der Diodenlaser 107 und 109 liegen. Auch hier wiederum dient Siliciummonoxid als Schicht zur Gewährleistung der elektrischen Isolierung.

Da die Abstrahlungen der Diodenlaser divergieren, sind weiterhin Konvergenzlinsen 413 und 415 an den Strahlungsenden der Diodenlaser 107 und 109 angeordnet. Diese Konvergenzlinsen 413 und 415 verbessern die Wirkungsweise der erfxndungsgemäßen Anordnung, indem sie eine viel größere Packungsdichte der Diodenlaser in den Anordnungen 202 und 204 zulassen.

In Fig. 5 wird schematisch eine Feststellungszelle gezeigt, die die verschiedenen Schichtungen auf den Diodenlasern 501 und 503 zeigt, und zwar wenn eine andere Betriebsweise als oben beschrieben angewendet werden soll. In dieser andersartigen Betriebsweise 'arbeitet der Diodenlaser 501 in Dauerstrich oder bei Impulsbetrieb, indem er unter induzierter Emission als kohärente Strahlungsquelle wirkt. Auch hier wiederum ist der Diodenlaser 503 geringfügig unterhalb seines Schwellenwertes zur Herbeiführung der Laserwirkung vorbereitet, um so als Detektor für polarisierte kohärente Strahlung dienen zu können. Der Quellenlaser 501 benötigt einen reflektierenden Endüberzug 505, der vom Halbleiter durch eine elektrisch isolierende Schicht 509 getrennt ist. Wie vorher erwähnt, kann dieser elektrische Isolator 509 aus Siliciummonoxid bestehen. Der Detektordiodenlaser 503 benötigt in gleicher Weise einen reflektierenden Endüberzug 507, der ebenfalls durch eine elektrisch isolierende Schicht 521 vom Halbleiter getrennt ist. Da der Diodenlaser 503 als Detektor betrieben wird, ist außerdem ein nicht reflektierender überzug 511 erforderlich. Weiterhin können wie vorhin Konvergenzlinsen 513 und 515 angewendet werden, um die Strahldivergenz zwischen der Laserquelle 501 und dem Laserdetektor 503 herabzusetzen.

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Die Siliciununonoxidbeschichtung für den Antireflexbelag und die Isolation können im übrigen in einem Arbeitsgang aufgebracht werden, wobei unter Umständen und je nach Verfahren bestimmte Oberflächenbereiche durch Ätzen wieder freigelegt werden können.

Zur Erläuterung der Betriebsweise wird auf Fig. 3 zurückgegriffen, bei der zylindrische Bläschendomänen 102 durch den Bläschendomänengenerator 305 erzeugt werden und mit Hilfe der Eingabevorrichtung 303 in die geschlossenen Weiterleitungsschleifen 203 eingegeben werden. Das Stabilisierungsfeld H (131) gewährleistet dabei die Beibehaltung der zylindrischen Bläschendomänen 102 im Magnetplättchen 101. Das sich drehende Fortpflanzungsfeld H (211) veranlaßt, daß sich die zylindrischen Bläschendomänen längs der geschlossenen Weiterleitungspfade 203 bewegen, und zwar mit einer Frequenz, die durch die Drehungsfrequenz des Magnetfeldes H festgelegt ist. Ist dann, wie bereits gesagt, die Bläschendomänenfeststellungseinrichtung mit der Umlaufgeschwindigkeit der zylindrischen Bläschendomänen synchronisiert, dann läßt sich das Auftreten oder Nichtauftreten von zylindrischen Bläschendomänen 102 zu einem gegebenen Zeitpunkt und an vorgegebener Stelle, nämlich dem Abfragebereich 111, feststellen, so daß hiermit ein abfragbarer dynamischer Speicher bereitgestellt wird, bei dem das Muster der serienweise umlaufenden zylindrischen Bläschendomänen der gespeicherten Information entspricht. So läßt sich z. B. festlegen, daß das Auftreten einer zylindrischen Bläschendomäne 102 im Abfragebereich 111 für einen gegebenen Zeitpukt eine binäre 1 darstellt und das Fehlen einer zylindrischen Bläschendomäne im Abfragebereich 111 zum gleichen Zeitpunkt die binäre 0 bedeutet.

In bevorzugter Betriebsweise sind die Diodenlaser der Anordnungen 202 und 204 in Fig. 2 geringfügig unterhalb ihrer Laserschwellenwerte vorbereitet. Bei Lichtemission von einem der sich einander gegenüberliegenden Lasern werden die abgegebenen Strahlen durch die Polarisatoren 103 und 105 stark polarisiert und gelangen durch das Magnetplättchen 101. Tritt zu diesem Zeitpunkt keine

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zylindrische Bläschendomäne 102 im Abfragebereich 111 auf, dann wird die polarisierte Strahlung in vorgebener Richtung um einen bestimmten.Winkel gedreht, je nachdem wie Richtung und Größe des Magnetisierungsvektors des Mägnetplättchens 101 es zulassen. Nach erfolgter Drehung durch das Magnetplättchen 101 fällt die polarisierte Strahlung auf den Polarisator 103 bzw. 105 ein, der dann als Sperre für diese Strahlung wirkt. D.h. eine binäre 0 ist festgestellt. Ist jedoch eine zylindrische Bläschendomäne 102 in den Abfragebereich 111 gelangt, dann wird die polarisierte Strahlung um den gleichen Winkel aber in entgegengesetzter Richtung gedreht. Nach Durchgang durch das magnetische Plättchen 101 fällt die polarisierte Strahlung auf den Polarisator 103 bzw. 105 ein. Infolge der Winkelbeziehung zwischen den, Polarisatoren zueinander wird diese Strahlung dann hindurchgelassen und trifft auf die Übergänge der gegenüberliegenden Diodenlasejc in den Anordnungen 202 und 204 auf. Diese an den Übergängen der betroffenen Diodenlaser auftretende zusätzliche Energie hat die Erzeugung von Loch-Elektronenpaaren zur Folge, so daß beide Laser zur Abgabe der Laserstrahlung angeregt werden. Diese Zustandsänderung der Diodenlaser hat eine entsprechende Stromänderung in deren Versorgungseinrichtung zur Folge. Bei Feststellung einer solchen Stromänderung wird dann das Auftreten einer binären 1 angezeigt.

Bei einer anderen Betriebsweise wirkt die Diodenlaseranordnung als Quelle und die Diodenlaseranordnung 204 als Detektor. Bei dieser Betriebsweise werden die Diodenlaser in der Quelle 202 entweder gepulst oder in Dauerstrich betrieben. Ihre Gegenstücke in der Detektoranordnung 204 sind geringfügig unterhalb ihres jeweiligen Laserschwellenwertes vorbereitet. In gleicher Weise wie oben beschrieben werden dann die Laser in der Detektoranordnung 204 in ihren Laserzustand nur dann gepumpt, wenn jeweils eine zylindrische Bläschendomäne 102 im betreffenden Abfragebereich 111 auftritt.

Während die oben beschriebenen Betriebsweisen der erfindungsgemäßen Anordnung berücksichtigen, daß Diodenlaser beim Auftreten

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einer Einzelwanddomäne im Abfragebereich 111 in den Laserzustand gepumpt werden, kann auch ohne weiteres die entgegengesetzte Situation existieren, wobei lediglich zu fordern ist, daß der relative Winkel zwischen den Diodenlaserübergängen und der relative Winkel zwischen den Polarisationswinkeln der Polarisatoren 103 und 105 entsprechend angepaßt wird. Weiterhin ist darauf hingewiesen, daß zwar die erfindungsgemäße Anordnung und die Betriebsweise unter Anwendung des Faraday-Effekts beschrieben sind, die Erfindung ohne weiteres auch unter Ausnutzung des Kerr-Effektes betrieben werden kann. Im letzteren Falle würde dann die polarisierte Strahlung vom Magnetplättchen 101 reflektiert anstatt hindurchgelassen .

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Anordnung liegen auf der Hand, nämlich einmal die Bereitstellung hoher Packungsdichten bei Speicheranordnungen und zum anderen große Empfindlichkeit bei geringem Leistungsbedarf. Fernerhin verbessert der mit Diodenlasern verbundene hohe Gewinn das Signal-Rauschverhältnis des Systems bei Anwendung ähnlich verbesserter Speicherabfrage.

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Claims (10)

1. PATENTANSPRÜCHE

   Anordnung zum zerstörungsfreien Auslesen von Bläschendomänen-Speichervorrichtungen, die zur Stabilisierung von magnetischen Bläschendomänen vormagnetisierte Schichten enthalten, mit Hilfe von Laserstrahlen, dadurch gekennzeichnet, daß als Strahlungsquelle ein erster entweder oberhalb oder geringfügig unterhalb der Schwelleninversion betriebener Diodenlaser (107) dient/ dessen Strahlen nach Auftreffen auf die magnetische Bläschendomänen (102) enthaltende, vormagnetisierte Schicht (101) auf einen zweiten, unterhalb der Schwelleninversion betriebenen Diodenlaser (109) einfallen, dessen Ebene des PN-Übergangs (125) mit der Schwingungsebene des durch eine Bläschendomäne (102) in seiner Polarisationsrichtung gedrehten Strahls zusammenfällt, der durch Güteschaltung mindestens des zweiten Diodenlasers (109) induzierte Emission als Anzeige für gespeicherte Information herbeiführt.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Diodenlaser (107, 109) an den senkrecht zu den PN-übergangsebenen stehenden, der vormagnetxsierten Schicht

   (101) abgewandten Endflächen mit Reflexionsbelägen (401, 403) und an den senkrecht zu PN-Übergangsebenen stehenden jedoch der vormagnetisierten Schicht (101) zugewandten Endflächen mit Sammellinsen (413, 415) bedeckt sind.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammellinsen (413, 415) jeweils auf einem auf der betreffenden Diodenfläche aufliegenden Antireflexbelag (409, 411) angebracht sind.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammellinse (515) des zweiten als Detektor wirkenden Diodenlasers (503) auf einen auf der Diodenfläche auflie-

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   -20-genden Antireflexbelag (511) angebracht ist.
5. 5. Anordnung nach Anspruch 2 bis Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflexionsbeläge (401, 403) aus Aluminium und sowohl die zwischen Reflexionsbelägen (401, 403) und Diodenlaserflachen liegenden Isolationsschichten (405, 407) als auch die Antireflexbeläge (409, 411) aus Siliciummonoxid bestehen.
6. 6. Anordnung mindestens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Linsen (413, 415) zusätzlich als Polarisatoren ausgebildet sind bzw. daß Polarisatoren (103, 105) auf den Linsen aufgebracht sind.
7. 7. Anordnung mindestens nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß beim Durchstrahlungsverfahren der vormagnetisierten Schicht (101) im Strahlengang auf beiden Seiten der vormagnetisierten Schicht (101) Polarisator en (103, 105) angeordnet sind.
8. 8. Anordnung mindestens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vormagnetisierte Schicht (101) eine Vielzahl von geschlossenen Schleifen (203), bestehend aus jeweils einem Bläschendomänen-Weiterleitungspfad, zur Informationsspeicherung besitzt.
9. 9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Weiterleitungspfad (203) ein Abfragebereich (111) zugeordnet ist, der im Strahlengang zwischen jeweils beiden zugeordneten Diodenlasern (107, 109) liegt.
10. 10. Anordnung mindestens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Feststellungsschaltkreise (119, 121) den Diodenlasern (107, 109) zur Anzeige und Registrierung zugeordnet sind.

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