способ получения оптического изображения магнитного поля

Формула изобретения

1. Способ получения оптического изображения магнитного поля, включающий воздействие исследуемого магнитного поля на слой магнитооптического материала, размещенного на подложке, при одновременном охлаждении слоя от температуры выше температуры магнитного упорядочения до температуры ниже температуры магнитного упорядочения и получение изображения магнитной структуры пластины с помощью магнитооптического эффекта при температуре ниже температуры магнитного упорядочения, отличающийся тем, что толщину слоя магнитооптического материала выбирают не менее 0,15 мкм максимально возможной с учетом геометрического разрешения оптической системы, используемой для получения изображения, а охлаждение слоя производят со скоростью не менее 2 град/с, при этом изображение получают при температуре не менее чем на 3 град ниже температуры магнитного упорядочения.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что толщину слоя магнитооптического материала выбирают равной не менее половины величины геометрического разрешения оптической системы.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что перед охлаждением слой нагревают, а охлаждение слоя осуществляют за счет разницы температур слоя и подложки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области измерений переменных и постоянных величин магнитных полей и может быть использовано для создания на его основе магнитооптических приборов.

Известен способ получения оптического изображения магнитного поля путем воздействия исследуемого магнитного поля на пластину из магнитооптического материала, освещения ее и получения с помощью магнитооптического эффекта изображения магнитной структуры пластины, соответствующей исследуемому магнитному полю (Дудоров В.Н., Рандошкин В.В. "Визуализатор магнитных полей", журнал "Приборы и техника эксперимента", Москва, 1994, N 3, с. 193-195). Указанный способ обладает ограниченной чувствительностью к воздействию слабого магнитного поля со сложной пространственной структурой, поскольку чувствительность к магнитному полю (т.е. геометрическое и полевое разрешение) определяется и ограничена коэрцетивностью Н_с (всегда отличной от нуля в многодоменных материалах, из которых выполнена пластина), а пространственная чувствительность ограничивается размерами доменов, определяемых величинами константы обмена А, магнитной анизотропии К_a, намагниченностью насыщения М_s, т.е. величинами конечными и отличными от нуля.

Известен способ получения оптического изображения магнитного поля, включающий получение с помощью магнитооптического эффекта изображения структуры слоя из магнитооптического материала, на который воздействовали исследуемым магнитным полем, причем при воздействии пластину охлаждали от температуры выше температуры магнитного упорядочения до температуры ниже температуры магнитного упорядочения, а получение изображения осуществляли при температуре ниже температуры магнитного упорядочивания (патент RU N 2118832 от 10.09.98). Указанный способ уменьшает влияние H_c, А, К_a, M_s, поскольку эти параметры стремятся к нулю при температуре магнитного упорядочения.

Более детальное рассмотрение процесса воздействия магнитного поля на чувствительный слой показывает, что регистрация происходит не при температуре магнитного упорядочения, а при температуре несколько более низкой, которую можно определить как эффективную температуру перехода между суперпарамагнитным состоянием и состоянием ферро- или ферримагнитным. В диапазоне между указанными температурами наблюдается суперпарамагнитное состояние, т.е. состояние, в котором намагничивание происходит в основном в соответствии с параметрами материала и исследуемым магнитным полем, но может происходить случайное перемагничивание под действием редких, но сравнительно интенсивных флуктуаций (т.е. таких флуктуаций, энергия которых превосходит магнитную энергию). При температуре перехода магнитные параметры материала хоть и малы, но существенно отличны от нуля.

Техническим результатом изобретения является увеличение чувствительности к воздействию слабого магнитного поля путем сужения диапазона существования суперпарамагнитного состояния.

Поставленная задача решается тем, что в способе получения оптического изображения магнитного поля, включающем воздействие исследуемого магнитного поля на слой магнитооптического материала, размещенного на подложке, при одновременном охлаждении слоя от температуры выше температуры магнитного упорядочения до температуры ниже температуры магнитного упорядочения, и получение изображения магнитной структуры пластины с помощью магнитооптического эффекта при температуре ниже температуры магнитного упорядочения, толщину слоя магнитооптического материала выбирают максимально возможной с учетом геометрического разрешения оптической системы, используемой для получения изображения, а охлаждение слоя производят со скоростью не менее 2 град/с.

В частности, толщину слоя магнитооптического материала выбирают равной не менее 0,15 мкм, а охлаждение слоя производят со скоростью не менее 2 град/с.

В частности, толщину слоя магнитооптического материала выбирают равной не менее половины величины геометрического разрешения оптической системы.

В частности, перед охлаждением слой нагревают, а охлаждение слоя осуществляют за счет разницы температур слоя и подложки.

Способ разделяется на два этапа:

- этап регистрации, т. е. процесс намагничивания слоя из магнитооптического материала под действием исследуемого магнитного поля, процесс намагничивания проводят при охлаждении слоя от температуры выше температуры магнитного упорядочения до температуры ниже температуры магнитного упорядочения;

- этап наблюдения, т. е. процесс взаимодействия света с намагниченным слоем, приводящий к получению изображения магнитной структуры слоя, коррелирующей с исследуемым магнитным полем, наблюдение проводят при температуре ниже температуры магнитного упорядочения. Наблюдение может производиться как в отраженном (магнитооптический эффект Керра), так и в проходящем (эффект Фарадея) свете.

Для уменьшения флуктуаций, приводящих к случайному перемагничиванию, целесообразно увеличить магнитную энергию среды и уменьшить время, в течение которого возможно перемагничивание под действием флуктуаций, поскольку удельно-временная вероятность флуктуаций определяется законами равновесного теплового излучения, и соответственно регулировке не поддаются.

Это достигается посредством увеличения снизу следующих величин:

- толщины слоя, поскольку увеличение толщины приводит к увеличению объема, а значит и энергии взаимодействия участка материала с магнитным полем;

- скорости охлаждения.

Толщина слоя устанавливается в соответствии с характеристиками оптической системы, используемой для получения (наблюдения) изображения. Рационально выбрать толщину слоя не менее половины геометрического разрешения оптической системы.

Для обеспечения быстрого охлаждения, в частности, создается специальная конструкция: магнитооптический слой находится в тепловом контакте с толстой пластиной-подложкой. До момента регистрации магнитного поля температуры магнитооптического слоя и пластины-подложки соответствуют температуре наблюдения; непосредственно перед моментом регистрации производится кратковременное воздействие, обеспечивающее нагрев главным образом магнитооптического слоя и создающее градиент температур в системе магнитооптический слой - подложка. После окончания воздействия происходит охлаждение магнитооптического слоя, скорость охлаждения определяется перепадом температур в системе магнитооптический слой - подложка.

Так как граница между состоянием суперпарамагнитным и состоянием ферро- или ферримагнитным является нечеткой, то и соответствующие параметры носят эффективный характер, а их конкретные значения в значительной степени определяются конкретной задачей.

Исследования показали, что при разнице температуры магнитного упорядочения и температуры наблюдения менее 3 град, или толщине магнитооптического слоя менее 0,15 мкм, или при скорости охлаждения менее 2 град/с обнаружительные способности метода не превосходят существенной степени возможностей магнитооптических методов, не использующих специальных тепловых режимов, поэтому указанные параметры являются пограничными, т.е. характеризуют предельно допустимый вариант выполнения способа.