RU1813217C

RU1813217C - Device for visualization and topography of spatially nonuniform magnetic field

Info

Publication number: RU1813217C
Authority: RU
Inventors: Михаил Владимирович Логунов; Владимир Васильевич Рандошкин
Original assignee: М;В.Логунов и В.В.Рандошкин
Priority date: 1991-05-28
Filing date: 1991-05-28
Publication date: 1993-04-30

Abstract

Использование: прикладна магнитооптика , воспроизведение информации с помощью оптических средств. Сущность изобретени : излучение источника света 1 проходит пол ризатор 2, доменосодержа- щую пленку 4. анализатор 5 и поступает в блок 6 регистрации. Доменосодержаща пленка 4 магнитосв зана с магнитным блоком 3, выполненным в виде источника переменного и/или импульсного магнитного пол , направленного вдоль оси легкого намагничивани доменосодержащей пленки. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.Usage: applied magneto-optics, reproduction of information using optical means. SUMMARY OF THE INVENTION: The radiation from a light source 1 passes through a polarizer 2, a domain-containing film 4. An analyzer 5, and enters the recording unit 6. The domain-containing film 4 is magnetically coupled to a magnetic unit 3 made in the form of a source of alternating and / or pulsed magnetic field directed along the axis of easy magnetization of the domain-containing film. 5 cp f-ly, 4 ill.

Description

СлЭSLE

юYu

WH1WH1

ЕЕПEEA

JJ

АAND

Фиъ.1Fi.1

Изобретение относитс к области прикладной магнитооптики, в частности к устройствам воспроизведени с помощью магнитных средств, и может быть использовано при вы влении фальшивых денежных купюр, казначейских билетов, ценных бумаг , кредитных карточек, в которых информаци записана с помощью покрытий , содержащих частицы магнитного материала , а также при вы влении дефектов в издели х из стали и других магнитных материалоа.The invention relates to the field of applied magneto-optics, in particular to devices for reproducing by magnetic means, and can be used to identify counterfeit banknotes, treasury bills, securities, credit cards in which information is recorded using coatings containing particles of magnetic material, as well as in the detection of defects in products made of steel and other magnetic materials.

Цель изобретени - повышение чувствительности и расширение спектра пространственных частот при визуализации и телеграфировании, а также расширение диапазона напр женностей топографируемо- го магнитного пол и вы вление дефектов в магнитных материалах и элементах.The purpose of the invention is to increase the sensitivity and expansion of the spatial frequency spectrum during visualization and telegraphy, as well as expanding the range of strengths of the topographic magnetic field and detecting defects in magnetic materials and elements.

Изобретение по сн етс чертежами приведенными на фиг.1-5.The invention is illustrated in the drawings of Figures 1-5.

На фиг.1 изображено устройство, содержащее источник света 1, пол ризатор 2, блок переменного и/или импульсного магнитного пол 3, доменосодержащую прозрачную пленку 4, анализатор 5 и блок регистрации 6; на фиг.2 - магнитный блок, содержащий кроме источника переменного магнитного пол 3 также источник посто нного магнитного пол 7; на фиг.З - устройство , работающее в режиме на отражение (как пол ризационный микроскоп), что обеспечиваетс использованием светоделител 8. На фиг.4 показано устройство с фотоэлектрической регистрацией, содержащее фотодетектор 9 и двухкоординатный регистратор (самописец) 10, а также линзы 11 и 12, блок сканировани излучени источника света 13 и блок управлени сканированием 14.Fig. 1 shows a device comprising a light source 1, a polarizer 2, an AC and / or pulsed magnetic field 3, a domain-containing transparent film 4, an analyzer 5, and a recording unit 6; Fig. 2 - a magnetic unit containing, in addition to a source of alternating magnetic field 3, also a source of a constant magnetic field 7; in Fig.3 - a device operating in reflection mode (like a polarizing microscope), which is provided by using a beam splitter 8. Fig. 4 shows a photoelectric detection device containing a photo detector 9 and a two-coordinate recorder (recorder) 10, as well as lenses 11 and 12, a radiation scanning unit of the light source 13 and a scanning control unit 14.

Устройство работает следующим образом , Свет от источника света 1 последовательно проходит через пол ризатор 2, доменосодержащую пленку 4, анализатор 5 и попадает на блок регистрации 6. Доменна структура в пленке 4 визуализируетс с помощью магнитооптического эффекта Фа- раде . В отсутствие магнитных полей в пленке 4 реализуетс лабиринтна доменна структура. Доменосодержащую пленку 4 помещают в визуализируемое пространственно-неоднородное магнитное поле. Это поле создает локальные магнитостатиче- ские мы, на которых закрепл ютс доменные стенки в пленке 4. Приложение переменного и/или импульсного магнитного пол от блока 3, направленного вдоль оси легкого намагничивани доменосодержа- щей пленки 4, вызывает движение незакрепленных доменных стенок. Если врем The device operates as follows. The light from the light source 1 passes sequentially through the polarizer 2, the domain-containing film 4, the analyzer 5, and enters the registration unit 6. The domain structure in the film 4 is visualized using the magneto-optical Farade effect. In the absence of magnetic fields in the film 4, a labyrinthine domain structure is realized. The domain-containing film 4 is placed in a visualized spatially inhomogeneous magnetic field. This field creates local magnetostatic webs on which the domain walls in film 4 are fixed. The application of an alternating and / or pulsed magnetic field from block 3, directed along the axis of easy magnetization of the domain-containing film 4, causes the motion of the loose domain walls. If time

наблюдени много больше периода переменного и/или импульсного магнитного пол , то изображение незакрепленных доменных стенок практически полностьюobservation is much longer than the period of the alternating and / or pulsed magnetic field, then the image of loose domain walls is almost completely

размываетс (занимаема ими область выгл дит как серый фон), тогда как в области, где локализованы магнитостатические мы, наблюдаетс доменна структура. Приложение посто нного магнитного пол с помощью блока 7 приводит к увеличению амплитуды колебаний доменных стенок вследствие разрежени невыгодно намагниченных доменов, что обеспечивает повышение чувствительности, Приложениеit is blurred (the region they occupy looks like a gray background), while in the region where the magnetostatic we are localized, a domain structure is observed. The application of a constant magnetic field using block 7 leads to an increase in the amplitude of oscillations of the domain walls due to the rarefaction of the disadvantageously magnetized domains, which ensures an increase in sensitivity.

компенсирующего магнитного пол от блока 7 позвол ет телеграфировать слабые пространственные вариации магнитного пол , напр женность которого превышает поле насыщени доменосодержащей пленки 4, что расшир ет диапазон напр женностей топографируемого магнитного пол .compensating magnetic field from block 7 allows you to wire the weak spatial variations of the magnetic field, the strength of which exceeds the saturation field of the domain-containing film 4, which extends the range of strengths of the topographic magnetic field.

Если источник пространственно-неоднородного магнитного пол вл етс непрозрачным , то наблюдение доменнойIf the source of a spatially inhomogeneous magnetic field is opaque, then the observation of the domain

структуры в пленке 4 провод т с помощью пол ризационного микроскопа на отражение (см. фиг.З). В обоих случа х регистрацию доменной структуры в пленке провод т визуально, либо с помощью теле- или видеокамеры с монитором, снабженным устройством усреднени сигнала. В устройстве пол ризационный микроскоп сформирован объективом, окул ром (не показаны), источником света, пол ризатором, светоделителем и анализатором (фиг.З).the structures in film 4 are carried out using a polarization reflection microscope (see Fig. 3). In both cases, the registration of the domain structure in the film is carried out visually, or using a television or video camera with a monitor equipped with a signal averaging device. In the device, a polarizing microscope is formed by a lens, an eyepiece (not shown), a light source, a polarizer, a beam splitter, and an analyzer (Fig. 3).

Магнитостатические мы облегчают разрыв полосовых доменов и образование цилиндрических магнитных доменов (ЦМД), который происходит при меньшей амплитуде и/или длительности импульсного магнитного пол по сравнению со случаем, когда пространственно-неоднородное магнитное поле отсутствует. Указанный разрыв происходит вблизи границы области локализацииMagnetostatic we facilitate the rupture of strip domains and the formation of cylindrical magnetic domains (CMD), which occurs at a lower amplitude and / or duration of a pulsed magnetic field compared with the case when a spatially inhomogeneous magnetic field is absent. The indicated gap occurs near the boundary of the localization region

пространственно-неоднородного магнитного пол . При периодическом воздействии импульсов магнитного пол вследствие эффекта отталкивани ЦМД закрепленными полосовыми доменами ЦМД продвигаетс вspatially inhomogeneous magnetic field. With the periodic action of magnetic field pulses, due to the repulsion effect of the CMD by the fixed strip domains, the CMD advances in

сторону области, свободной от магнитоста- тических м, Процесс зарождени новых ЦМД непрерывно повтор етс , в результате вне области локализации пространственно- неоднородного магнитного пол формируетс решетка ЦМД, а внутри указанной области остаютс полосовые домены.side of the region free of magnetostatic m, the nucleation process of new CMDs is continuously repeated, as a result, a CMD lattice is formed outside the region of localization of a spatially inhomogeneous magnetic field, and band domains remain inside this region.

При фиксированной амплитуде, переменного или импульсного магнитного пол наличие магнитостатических м приводит кAt a fixed amplitude, variable or pulsed magnetic field, the presence of magnetostatic m leads to

тому, что амплитуда колебаний закрепленных доменных стенок практически на пор док ниже, чем амплитуда колебаний свободных доменных стенок. Это позвол ет топографировать пространственно-неоднородное магнитное поле при фотоэлектрической регистрации путем сканировани излучени источника света по площади до- меносодержащей пленки (фиг.4).the fact that the amplitude of vibrations of the fixed domain walls is almost an order of magnitude lower than the amplitude of vibrations of free domain walls. This makes it possible to topographically spatially inhomogeneous magnetic field during photoelectric registration by scanning the radiation of the light source over the area of the domain-containing film (Fig. 4).

При использовании прототипа визуализаци и топографирование неоднородного магнитного пол обеспечиваютс , только если пространственный период этого пол близок к периоду доменной структуры в доменосодержащей пленке 4, а разница между максимальным и минимальным значени ми неоднородного пол сравнима или превышает поле насыщени пленки. Использование изобретени обеспечивает одновременно повышение чувствительности и расширение пространственных частот при топографировании вследствие использовани иного физического эффекта дл визуализации и телеграфировани неоднородного магнитного пол , Устройство не тер ет работоспособность вплоть до периода неоднородного магнитного пол , сравнимого с шириной доменной стенки, котора на два пор дка величины меньше, чем ширина доменов. Сверху пространственный период ограничиваетс только размером пол зрени при визуализации доменной структуры. Это ограничение снимаетс , если использовать сканирование излучением источника света 1 или пространственное перемещение пленки 4 относительно оптической оси,When using the prototype, visualization and topography of an inhomogeneous magnetic field is only possible if the spatial period of this field is close to the period of the domain structure in the domain-containing film 4, and the difference between the maximum and minimum values of the inhomogeneous field is comparable to or exceeds the saturation field of the film. The use of the invention provides both an increase in sensitivity and an increase in spatial frequencies during topography due to the use of a different physical effect for visualizing and telegraphing an inhomogeneous magnetic field. The device does not lose operability up to a period of an inhomogeneous magnetic field comparable to the width of the domain wall, which is two orders of magnitude smaller than the width of the domains. From above, the spatial period is limited only by the size of the field of view when visualizing the domain structure. This restriction is removed by using radiation scanning of the light source 1 or spatial movement of the film 4 relative to the optical axis,

При сканировании узким пучком излучение от источника света 1 по поверхности доменосодержащей пленки и регистрации сигнала с фотодетектора 9 места закреплени доменных стенок индентифицируютс как минимумы на координатной зависимости амплитуды сигнала, по которым и топо- графируют пространственно-неоднородное магнитное поле. Амплитуда колебаний доменных стенок может быть на один - два пор дка величины меньше ширины доменов ,When scanning with a narrow beam, the radiation from the light source 1 on the surface of the domain-containing film and recording the signal from the photodetector 9, the fixation points of the domain walls are identified as minima on the coordinate dependence of the signal amplitude, which are used to topograph a spatially inhomogeneous magnetic field. The amplitude of the oscillations of the domain walls can be one to two orders of magnitude smaller than the width of the domains,

В качестве доменосодержащей пленки целесообразно использовать висмутсодер- жащие монокристаллические пленки феррит-гранатов (Вс-МПФГ) состава R3-xBixFe5-yGayOi2. где R - один или несколько редкоземельных ионов, 0,5 х 2,0, О у 1,8, выращенных на подложках немагнитных гранатов методом жидкофаз- ной эпитаксии и обладающих одноосной магнитной анизотропией.As a domain-containing film, it is advisable to use bismuth-containing single-crystal films of ferrite garnets (Vs-MPFG) of the composition R3-xBixFe5-yGayOi2. where R is one or more rare-earth ions, 0.5 x 2.0, O of 1.8, grown on the substrates of non-magnetic garnets by the method of liquid-phase epitaxy and having uniaxial magnetic anisotropy.

П р и м е р 1. Источником пространственно-неоднородного магнитного пол служил рисунок, нанесенный на стекло с помощью краски, котора содержала маг- 5 нитные частицы. Это поле визуализировали с помощью пол ризационного микроскопа МИН-8, на столике которого размещались две соосные катушки. Перва катушка, подключенна к источнику переменного токаExample 1. The source of a spatially inhomogeneous magnetic field was a pattern deposited on glass with a paint that contained magnetic particles. This field was visualized using a MIN-8 polarization microscope, on the table of which two coaxial coils were placed. First coil connected to AC power

0 (ГЗ-34), служила дл создани переменного магнитного пол , Втора катушка, подключенна к источнику тока ТЕС-5020, служила дл создани посто нного магнитного пол . Доменосодержащую пленку состава0 (GZ-34), served to create an alternating magnetic field, a second coil connected to a TEC-5020 current source served to create a constant magnetic field. Domain-containing film composition

5 (Y, LuBI)3(Fe,Ga)sOi2 с толщиной 5,8 мкм, периодом полосовых доменов 32 мкм, поле насыщени 53 Э, поле одноосной анизотропии 2400 Э, выращенную на подложке из гадолиний-галлиевого граната с ориента0 цией (III) (эта пленка использовалась во всех примерах конкретного выполнени ), приводили в контакте рисунком, В отсутствие переменного магнитного пол (реализа- ци прототипа) магнитный рисунок5 (Y, LuBI) 3 (Fe, Ga) sOi2 with a thickness of 5.8 μm, a period of strip domains 32 μm, a saturation field of 53 Oe, a uniaxial anisotropy field of 2400 Oe grown on a gadolinium-gallium garnet substrate with orientation (III ) (this film was used in all examples of a specific implementation), brought in contact with the pattern, In the absence of an alternating magnetic field (implementation of the prototype) magnetic pattern

5 практически не вли л на доменную структуру в пленке. Приложение переменного магнитного пол с амплитудой меньше пол насыщени доменосодержащей пленки вызывало колебание доменных стенок и перемещение доменов по площади во всех5 practically did not affect the domain structure in the film. The application of an alternating magnetic field with an amplitude less than the saturation field of the domain-containing film caused the domain walls to oscillate and the domains to move over the area in all

0 област х, не контактирующих с рисунком. Там, где нанесен рисунок, происходило за- крепление доменных стенок. При работе устройства реализовывалось соотношение Тнабл Тпер, где Тнабл - врем регистрации0 areas not in contact with the pattern. Where the drawing is applied, the domain walls were fixed. During the operation of the device, the relation Tnable Tper was realized, where Tnable is the time of registration

5 доменной структуры, ТПер - период переменного или импульсного магнитного пол . При таком соотношении области пленки 4, не контактирующие с рисунком, выгл дели как серый фон, тогда как остальные5 domain structure, Тper - period of an alternating or pulsed magnetic field. With this ratio, the areas of the film 4 that are not in contact with the pattern looked like a gray background, while the rest

0 области пленки 4, взаимодействующие с магнитным рисунком, содержали визуали- зируемую доменную структуру. Приложение посто нного магнитного пол вызывало увеличение перемещени доменных сте5 нок, поскольку доменных стенок, поскольку домены перемещались по площади пленки 4 как целое. Если напр женность посто нного магнитного пол выбиралась вблизи пол эллиптической неустойчивости ЦМД,0 regions of the film 4 interacting with the magnetic pattern contained a visualized domain structure. The application of a constant magnetic field caused an increase in the displacement of the domain walls, since the domain walls, since the domains moved along the area of the film 4 as a whole. If the constant magnetic field strength was chosen near the field of elliptic instability of the CMD,

0 то даже переменное магнитное поле с малой амплитудой вызывало значительное перемещение доменов.0 then even an alternating magnetic field with a small amplitude caused a significant movement of domains.

П р и м е р 2. Вместо переменного магнитного пол к пленке 4 с помощью парыPRI me R 2. Instead of an alternating magnetic field to the film 4 using a pair

5 катушек Гельмгольца прикладывали импульсное магнитное поле (импульсы тока в эти катушки подавали от генератора Г5-15 через усилитель-ограничитель). Амплитуду и5 Helmholtz coils applied a pulsed magnetic field (current pulses were supplied to these coils from the G5-15 generator through an amplifier-limiter). Amplitude and

длительность импульсов подбирали такой. чтобы происходил разрыв полосовых доменов и образование ЦМД. Пространственно- неоднородное магнитное поле визуализи- ровалось как области, где сохран ютс полосовые домены.the pulse duration was selected as follows. to break the strip domains and the formation of CMD. A spatially inhomogeneous magnetic field was visualized as regions where band domains are stored.

П р и м е р 3. Источником пространственно-неоднородного магнитного пол служили цифры на 100-рублевых купюрах образца 1991 г. Это поле визуализировали с помощью пол ризационного микроскопа типа EPIG1MOST, работающего в режиме на отражение. Визуализацию пространственно-неоднородного магнитного пол проводили так же, как в примерах 1 и 2.Example 3. The source of a spatially inhomogeneous magnetic field was the numbers on 100 ruble denominations of a 1991 sample. This field was visualized using an EPIG1MOST polarizing microscope operating in reflection mode. Visualization of a spatially inhomogeneous magnetic field was carried out in the same way as in examples 1 and 2.

П р и м е р 4. На выходе пол ризационного микроскопа помещали телекамеру, подключенную к монитору CONPAC, на котором наблюдали изображение доменной структуры.Example 4. At the exit of a polarization microscope, a television camera connected to a CONPAC monitor was placed, on which an image of a domain structure was observed.

П р и м е р 5. В устройстве, аналогичном описанному в примере 1, в качестве источника света использовали He-Ne-лазер. Узкий пучок излучени этого лазера сканировали по площади пленки 4 с помощью поворачивающегос зеркала, св занного с монитором. Излучение с выхода анализатора 5 с помощью линзы 12 направл ли на фотоэлектронный умножитель, сигнал с выхода которого поступал на самописец. Области локализации пространственно-неоднородного магнитного пол идентифицировали по минимуму на координатной зависимости амплитуды сигнала на выходе фотоэлектронного умножител .Example 5. In a device similar to that described in example 1, a He-Ne laser was used as a light source. The narrow beam of radiation from this laser was scanned over the area of film 4 using a rotating mirror coupled to the monitor. The radiation from the output of the analyzer 5 using the lens 12 was directed to a photomultiplier tube, the output of which was fed to the recorder. The localization regions of a spatially inhomogeneous magnetic field were identified by the minimum on the coordinate dependence of the signal amplitude at the output of the photoelectron multiplier.

Примерб. В качестве примера вы влени дефектов в магнитных материалах использовали лезви дл брить , которые, как и в. примере 3, помещали на столик пол ризационного микроскопа в режиме на отражение . Дополнительно на столике микроскопа укрепл ли пару катушек, создающих посто нное магнитное поле в плоскости лезви , Доменосодержащую пленку приводили в контакт с лезвием. Дефекты в материале лезви е виде трещин вызывали выпучивание силовых линий магнитного пол из плоскости лезви и, как следствие, закрепление доменных стенок в пленке 4. Далее это неоднородное магнитное поле визуализировали так же, как в примере 3,Example As an example of the detection of defects in magnetic materials, shaving blades were used, which, like in. Example 3, a polarization microscope was placed on a table in reflection mode. In addition, a pair of coils, creating a constant magnetic field in the plane of the blade, was fixed on the microscope stage, and the domain-containing film was brought into contact with the blade. Defects in the material of the blade in the form of cracks caused the magnetic field lines to bulge out of the plane of the blade and, as a result, the domain walls were fixed in the film 4. Further, this inhomogeneous magnetic field was visualized in the same way as in Example 3.

Claims

SUMMARY OF THE INVENTION 1. A device for visualization and topography of a spatially inhomogeneous magnetic field containing an optically coupled light source, a polarizer, a domain-containing transparent film having an easy magnetization axis, an analyzer, a recording unit, and a magnetic unit magnetically coupled to the home nasal transparent film, characterized in that, in order to increase sensitivity and expand the spectrum

spatial frequencies for visualization and cabling. the magnetic block is made in the form of a source of alternating and / or pulsed magnetic field directed along the axis of easy magnetization of the domain-containing film.

2, The device according to claim 1, with the proviso that in order to further increase the sensitivity and expand the range of telegraphy stresses

magnetic field; a constant magnetic source directed along the axis of easy magnetization of the domain-containing film is additionally introduced into the magnetic block;

3. The device according to claim 1, characterized in that a beam splitter is inserted into it, mounted between the polarizer and a domain-containing film, to which the analyzer is optically connected through a beam splitter, and the recording unit is made of optically coupled lens and eyepiece.

4. The device according to claim 3, characterized in that a television or video camera with a monitor equipped with means for averaging the signal is inserted into the registration unit.

5. The device according to claim 1, with the proviso that a control unit connected to the light source radiation scanning unit over the area of the domain-containing film and a two-coordinate recorder are introduced into it, and the registration unit is made in a photodetector, the output of which is connected to the information input of a two-dimensional recorder, controlling

the input of which is connected to the synchronization output of the scanning control unit, wherein the scanning unit is installed between the light source and the polarizer,

6. The device is distinguished by the fact that, in order to detect defects in magnetic materials and elements, a source of a constant magnetic field is added to the magnetic block, directed parallel to the plane of the domain-containing film.

Air Force

L12S181

TO

6 ygt

AND

and 4

s f

hm.

1

iO

I

m

Fig. B