Способ определения напряженности магнитного поля

 

Изобретение относится к магнитометрии и предназначено для локального измерения напряженности слабых пространственно неоднородных магнитных полей. Цель-расширение диапазона и повышение точности измерений. При реализации способа через слой 6 монокристаллического магнитного материала пропускают зондирующее линейно поляризованное излучение источника 7 и анализируют поляризационное состояние прошедшего излучения с помощью анализатора 12 и фотоприемника 13. Для достижения цели использую1 фотомагнитный монокристаллический материал, который предварительно облучают линейно поляри

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si>s G 01 R 33/032

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4762865/21 (22) 29.11.89 (46) 15.01.92, Бюл, М 2 (71) Киевский государственный университет им.Т.Г. Шевченко (72) И.И.Давиденко, П.С.Куп и А.B.Òû÷êî (53) 621.317(088.8) (56) Мукимов К.М. и др. Эпитаксиальная пленка висмутсодержащего граната как датчик магнитного поля. /Тезисы докладов XI

Всесоюзной школы-семинара "Новые магнитные материалы микроэлектроники.—

Ташкент, 1988, с.380 — 381.

Панин В.В., Степанов В.М. Измерение импульсных магнитных и электрических полей. — М.: Энергоатомиздат, 1987, с.103112, „„ЯЦ ÄÄ 1705787 А1 (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕННОСТИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ (57) Изобретение относится к магнитометрии и предназначено для локального измерения напряженности слабых пространственно неоднородных магнитных полей.

Цель — расширениедиапазона и повышение точности измерений. При реализации способа через слой 6 монокристаллического магнитного материала пропускают зондирующее линейно поляризованное излучение источника 7 и анализируют поляриэационное состояние прошедшего излучения с помощью анализатора 12 и фотоприемника 13. Для достижения цели использую фотомагнитный монокристаллический материал, который предварительно облучают линейно поляри1705787 зованным излучением источника 1, плоскость поляризации которого с помощью устройства 3 вращения плоскости поляризации ориентируют вдоль первой оси легкого намагничивания слоя 6. После этого слой 6 ориентируют до совпадения второй оси легкого намагничивания с направлением измеряемого магнитного поля, дополнительно облучают локальную область слоя 6 излучением источника 1. ориентировав плоскость

его поляризации вдоль второй оси легкого намагничивания, измеряют длительность этого дополнительного облучения, необходимую для изменения состояния поляризации прошедшего через слой 6 зондирующего излучения источника 7, и по ней определяют измеряемое магнитное поле. 2 з.п.ф-л ы, 1 ил.

С помощью магнитооптической схемы, включающей источник 7 зондирующего светового пучка, полупрозрачное зеркало

8, устройство 9 вращения плоскости поляризации, объективы 10 и 11, анализатор 12, фотоприемник 13, регулируемый ослабитель 14, фотоприемник 15, а также электрической схемы, включающей дифференциальный усилитель 16, генератор 17 импульсов и запоминающий осциллограф

18, осуществляется контроль изменений доменной структуры слоя 6 в процессе предварительного и дополнительного облучений и выбирается длительность предварительного облучения, необходимая для формирования в объеме слоя 6 однородного распределения наведенной анизотропии и соответствующей доменной структуры, а также длительности дополнительного облучения, достаточной для образования в объИзобретение относится к магнитометрии и предназначено для локального измерения напряженности слабых пространственно неоднородных магнитных полей, Целью изобретения является расширение диапазона измеряемых значений напряженности магнитного поля и повышение точности измерений.

На чертеже приведена структурно-функциональная схема устройства, реализующего способ.

Устройство содержит источник 1 светового излучения, регулируемый ослабитель

2, устройство 3 вращения плоскости поляризации, оптический затвор 4, объектив 5, слой 6 монокристаллического фотомагнитного материала, последовательно установленные на оптической оси светового пучка от источника 1, источник 7 зондирующего светового пучка, полупрозрачное зеркало 8, устройство 9 вращения плоскости поляризации, объектив 10, объектив 11, анализатор

12, фотоприемник 13, последовательно расположенные на оптической оси светового пучка от источника 7 зондирующего светового пучка, причем между объективами 10 и

11 расположен слой 6, регулируемый ослабитель 14 и фотоприемник 15, последовательно расположенные на оптической оси отклоненного полупрозрачным зеркалом 8 светового пучка от источника 7, дифференциальный усилитель 16, генератор 17 импульсов, запоминающий осциллограф 18, причем выходы фотоприемников 13 и 15 подключены к входам дифференциального усилителя 16, выход которого подключен к входу канала вертикального отклонения запоминающего осциллографа 18, первый выход генератора 17 импульсов подключен к входу оптического затвора 4, а второй — к входу канала горизонтального отклонения запоминающего осциллографа 18.

20 еме освещаемой локальной области зародыша новой магнитной фазы, Для этого линейно поляризованный зондирующий световой пучок от источника 7 зондирующего светового пучка, прошедший через последовательно расположенные полупрозрачное зеркало 8 и устройство 9 вращения плоскости поляризации, собирается объективом 10 и фокусируется на поверхности слоя 6 в пятно диаметром D. Плоскость

30 поляризации зондирующего светового пучка ориентируют относительно кристаллографических осей слоя 6 с помощью устройства 9 фращения плоскости поляризации. Состояние поляризации прошедше35 го через слой 6 зондирующего светового пучка изменяется вследствие магнитооптических эффектов в соответствии с распределением намагниченности в освещаемом объеме слоя 6. Этот световой пучок собира40 ется объективом 11 и направляется через анализатор 12 на фотоприемник 13. Часть зондирующего светового пучка отклоняется полупрозрачным зеркалом 8 и направляется

Устройство реализации способа работа- 45 через регулируемый ослабитель 14 на фотоет следующим образом; приемник 15. Интенсивность световых по1705787

20

30

55 токов, достигающих фотоприемников 13 и

15, выравнивается с помощью регулируемого ослабителя 14 перед началом предварительного и дополнительного облучений, Форма электрического сигнала на выходе дифференциального усилителя 16 визуально наблюдается на экране запоминающего осциллографа 18, запуск развертки которого осуществляется управляющим импульсом с второго выхода генератора 17 импульсов и совпадает с началом предварительного и дополнительного облучений слоя 6.

Интенсивность зондирующего светового потока, достигающего фотоприемника

13, определяется распределением намагниченности в освещаемом обьеме слоя 6. Ileред началом предварительного и дополнительного облучений электрический сигнал на выходе дифференциального усилителя 16 равен нулю. Любые изменения доменной структуры в процессе предварительного или дополнительного облучения, в частности состояния доменной структуры слоя 6, соответствующие однородному распределению наведенной анизотропии в его объеме или моменту образования в объеме слоя 6 зародыша новой магнитной фазы, приводят к появлению на выходе дифференциального усилителя 16 электрического сигнала, амплитуда которого отлична от нуля.

Отсчет длительностей предварительного и дополнительного облучений, необходимых для формирования в обьеме слоя 6 соответствующих доменных структур, осуществляется по экрану запоминающего осциллографа 18.

Формирование световых пучков, применяемых для предварительного и дополнительного облучений слоя 6, осуществляется оптической схемой, включающей источник 1 светового пучка, регулируемый ослабитель

2, устройство 3 вращения плоскости поля риэации, оптический затвор 4 и объектив 5.

Световой пучок от источника 1 светового пучка, прошедший через последовательно расположенные регулируемый ослабитель

2, устройство 3 вращения плоскости поляризации и оптический затвор 4, собирается объективом 5 и фокусируется нэ поверхности слоя 6 в пятно диаметром D при рвалиэации предварительного облучения или в пятно диаметром 0 при выполнении дополнительного облучения слоя 6. Соотношение между степенями фокусировки зондирующего, предварительного и дополнительного световых пучков на поверхности слоя 6:

D> D» 0. Выполнение этого условия обеспечивает однородное распределение наведенной анизотропии в объеме освещаемой в процессе дополнительного освещения локальной области слоя 6, а также уверенную регистрацию изменений доменной структуры слоя 6 в процессе предварительного и дополнительного облучениЯ слоя 6.

Измерение напряженности магнитного поля осуществляется в результате выполнения,следующей последовательности операций: предварительное облучение слоя 6 линейно поляризованным оптическим излучением, плоскость поляризации которого ориентирована вдоль первоЯ QcM легкого намагничивания слоя 6, ориентация слоя 6 до совпадения его второй ори легкого намагничивания с направлением измеряемого магнитного поля. дополнительное рблучения слоя 6 линеймо поляризованным оптическим излучением, плоскоСть поляризации которого ориентирована вдоль втррой осм легкого намагничивания слоя 6, измерение длительности дополнительного облучении, необходимого для формировании ° освещаемом объеме слоя 6 зародыша новой магнитной фазы.

Предварительное облучение слоя 6 начинается с момента открывания оптического затвора 4, происходящего после подачи управляющего импульса с первого выход® генератора 17 импульсов. Одновременно происходит запуск развертки запоминающего осциллографа 18. Предварительное облучение слоя 6 приводит к появлению в его объеме наведенной энизотропии, ось которой совпадает с первой осью легкого намагничивания слоя 6, и перестройке доменной структуры освещаемой области слоя

6. Характер такой перестройки зависит от исходного состояния доменной структуры слоя 6. и может быть различным. Тем не менее, к моменту формирования в освещаемом обьеме слоя 6 однородного распределения наведенной энизотропии.иэменения доменной структуры заканчиваются и уровень сигнала, формируемого с помощью магнитооптической схемы и визуально наблюдаемого на экране запоминающего осциллографа 18, перестает изменяться в процессе дальнейшего облучения. Если такое состояние в освещаемом объеме слоя 6 не будет достигнуто в течение длительности управляющего импульса от генератора 17 импульсов, то описанная ранее операция повторяется вплоть до достижения состояния, при котором изменения доменной структуры в процессе предварительного облучения наблюдаться уже не будут, Ориентация слоя 6 до совпадения его второй оси легкого намагничивания с направлением измеряемого магнитного поля осуществляется в результате поворота в го1705787

10

25

35

50

55 ризонтальной плоскости основания, на котором размещена оптическая схема устройства, до совпадения направления измеряемого магнитного поля с поверхностью слоя 6. а затем за счет поворота слоя 6 вокруг оптической оси светового пучка от источника 1 светового пучка до совпадения второй оси легкого намагничивания слоя 6 с направлением измеряемого магнитного поля, Для этого осуществляется измерение напряженности магнитного поля в различных направлениях. Вектор напряженности измеряемого магнитного поля будет совпадать с направлением, требующим минимальной длительности дополнительного облучения, необходимого для образования зародыша новой магнитной фазы, После того, как в результате предварительного облучения в объеме слоя 6 монокристаллического фотомагнитного материала сформируется однородное распределение наведенной анизотропии, проводится дополнительное облучение слоя 6, которое начинается с момента открывания оптического затвора 4 после подачи управляющего импульса с первого выхода генератора 17 импульсов. Одновременно происходит запуск развертки запоминающего осциллографа 18, Дополнительное облучение слоя 6 приводит к появлению в его объеме метастабильной области, в которой ось наведенной анизотропии совпадает с второй осью легкого намагничивания слоя

6, а намагниченность направлена вдоль первой оси легкого намагничивания слоя 6, и к появлению в объеме слоя 6 зародыша новой магнитной фазы — субобласти, в которой направление намагниченности совпадает с второй осью легкого намагничивания слоя 6. При образовании зародыша новой магнитной фазы на выходе дифференциального усилителя 16 появляется электрический сигнал, амплитуда которого отлична от нуля. Форма этого сигнала визуально наблюдается на экране запоминающего осциллографа 18. Длительность дополнительного облучения, необходимая для образования зародыша новой магнитной фазы, определяется интервалом времени между моментом начала развертки запоминающего осциллографа 18 и появлением на выходе дифференциального усилителя 16 сигнала, амплитуда которого отлична от нулевой. Отсчет этой длительнос и осуществляется на экране запоминающего осциллографа 18, Она тем больше, чем меньше напряженность измеряемого магнитного поля.

По измеренной таким образом длительности дополнительного облучения определяют напряженность измеряемого магнитного поля.

Для этого по зависимости напряженности поля зародышеобразования от длительности дополнительного облучения, необходимой для формирования зародыша, находят напряженность поля зародышеобраэования, соответствующую измеряемой предложенным способом длительности дополнительного облучения, Измеряемая напряженность внешнего магнитного поля равна найденной таким образом напряженности поля эародышеобразования, Приведенная конфигурация оптической схемы устройства, реализующего данный способ, предполагает установку в ней слоя

6 монокристаллического фотомагнитного материала, вырезанного таким образом, чтобы первая и вторая оси легкого намагничивания лежали в плоскости слоя 6. При другой ориентации оси легкого намагничивания по отношению к поверхности слоя 6 элемента оптической схемы, осуществляющей формирование оптических пучков для предварительного и дополнительного облучений, устанавливают так, чтобы оптическая ось светового пучка от источника 1 светового пучка была нормальна к плоскости, в которой находятся первая и вторая оси легкого намагничивания слоя 6.

Наклонное падение зондирующего светового пучка на поверхность слоя 6, реализуемое в приведенном устройстве, позволяет исключить попадание светового пучка от источника 1 светового пучка на фотоприемник 13, т.е. в схему измерения длительности дополнительного облучения, где он является источником помех. Такая мера позволяет повысить надежность регистрации момента возникновения зародыша новой магнитной фазы. Если длина волны зондирующего оптического излучения лежит за пределами спектральной области, в которой материал слоя 6 обладает фотомагнитными свойствами, то ориентация плоскости поляризации зондирующего светового пучка относительчо кристаллографических осей слоя 6 может быть произвольной. Целесообразно выбирать ее такой, чтобы получить максимальный магнитооптический сигнал в момент формирования зародыша новой магнитной фазы.

Эта ориентация, в конечном счете, предопределяется выбранным слоем 6 монокристаллического фотомагнитного материала и конфигурацией оптической схемы устройства. В противном случае оптимальной является ориентация плоскости поляризации зондирующего светового пучка вдоль осей трудного или промежуточного намагничива10

1705787

Составитель И. Коновалов

Редактор А, Маковская Техред М.Моргентал Корректор С. Шевкун

Заказ 192 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина. 101 ния. При таких ориентациях плоскости поляризации влияние зондирующего светового пучка на процессы формирования и разрушения наведенной в течение дополнительного облучения слоя анизотропии минимально, Расширение диапазона измеряемых значений напряженности магнитного поля достигается благодаря организации измерений, основанной на регистрации момента возникновения зародыша новой магнитной фазы и изменении в процессе измерений поля зародышеобразования материала слоя 6, которое позволяет реализовать условия, необходимые для формирования зародыша при любой сколь угодно малой напряженности магнитного поля, Повышение точности определения напряженности магнитного поля обусловлено реализацией измерений, при куоторых отсутствует необходимость в определении величины угла вращения плоскости поляризации прошедшего через слой зондирующего излучения, а также свойствами самого слоя монокристаллического фотомагнитного материала.

Формула изобретения

1. Способ определения напряженности магнитного поля, заключающийся в том, что через слой монокристаллического магнитного материала, помещенного в измеряемое магнитное поле, пропускают зондирующее линейно поляризованное оптическое излучение и анализируют состояние поляризации прошедшего илучения, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона и повышения точности измерений, слой монокристаллического магнитного материала, в качестве которого используют слой монокристаллического фотомагнитного материала, предварительно облучают линейно поляризованным оптическим излучением, плоскость поляризации которого ориентируют вдоль первой оси

5 легкого намагничивания слоя, ориентируют слой монокристаллического фотомагнитного материала до совпадения второй оси легкого намагничивания слоя с направлением измеряемого магнитного поля, дополни10 тельно облучают локальную область слоя монокристаллического фотомагнитного материала линейно поляризованным оптическим излучением, плоскость поляризации которого ориентируют вдоль второй оси лег15 кого намагничивания слоя, измеряют длительность дополнительного облучения слоя монокристаллического фотомагнитного материала, необходимую для изменения состояния поляризации прошедшего через

20 слой зондирующего излучения, и по значению этой длительности определяют напряженность измеряемого магнитного поля.

2, Способ по и 1, о тл и ч а ю щи и ся тем, что длину волны зондирующего линей25 но поляризованного оптического излучения выбирают вне спектральной области фотомагнитной чувствительности слоя монокристаллического фотомагнитного материала, 30 3.Способпоп1,отличающийся тем, что длину волны зондирующего линейно поляризованного оптического излучения выбирают в спектральной области фотомагнитной чувствительности слоя монокри35 сталлического фотомагнитного материала и ориентируют плоскость поляризации зондирующего оптического излучения вдоль осей трудного или промежуточного намагничивания слоя монокристаллического фо40 томагнитного материала.