Магнитооптический кристалл

Поляризатор.

Математическое описание ОЭУРМ

Сравнение выбранного магнитооптического метода с другими методами визуализации.

Сравнение магнитооптического способа визуализации магнитной записи с другими, известными ранее, позволяет сделать выводы об определенных его преимуществах. Если сравнивать магнитооптический способ с порошковым, то оказывается, что последний сильно уступает по пространственному разрешению, редко достигающему величины 20 мкм. Магнитооптический метод более чувствителен и обеспечивает большую оперативность наблюдений при лучшем качестве изображения.

Магнитооптический способ гораздо проще, чем способ визуализации, использующий пленки с полосовой структурой, который требует наличия дополнительных источников переменных и постоянных магнитных полей. Кроме того, неудобством является косвенный метод наблюдения – с помощью дифракции на частицах коллоида, ориентированных полосовой доменной структурой. Использование для визуализации метода, связанного с размягчением рабочего слоя носителя записи, приводит к необратимым повреждениям носителя и это резко ограничивает возможности его применения.

Применение электронно-оптических методов, обладающих субмикронным пространственным разрешением, существенно ограничено их уникальностью и сложностью технической реализации.

Использование для визуализации аморфных пленок, содержащих железо, позволяет достичь достаточной чувствительности и высокого пространственного разрешения. Но низкая эффективность отражательного магнитооптического эффекта Керра не дает возможности получить приемлемый для наблюдения контраст изображения.

Результаты сравнения позволяют заключить, что по совокупности параметров – чувствительности, разрешающей способности, контрасту изображения, простоте и удобству пользования – магнитооптический способ визуализации магнитной записи обладает рядом преимуществ по сравнению с известными способами.

Для математического описания рассмотрим систему поляризатор-магнитооптический кристалл-анализатор и опишем происходящие процессы при помощи аппарата поляризационной оптики.

Поляризатором называется оптическое устройство, преобразующее проходящий через него естественный свет в поляризованный. Поляризатор, предназначенный для обнаружения поляризации, называется анализатором. Действие поляризационных приборов основано на одном из физических явлений:

а) на отражении и преломлении на границе двух диэлектриков (например, воздух – стекло);

б) двойном лучепреломлении;

в) на дихроизме (явлении различного поглощения o- и е- лучей).

В данной работе в качестве поляризаторов применяются поляроиды Н-типа, работающие на дихроизме. Поляроидом Н-типа называют прозрачный плоский полимерный материал, который состоит в основном из полимерных молекул, имеющих преимущественное направление, и окрашен веществом, обеспечивающим дихроизм пленки [14].

Линейно поляризованный свет получается при прохождении света через поляроид. Поляроид сильно поглощает световые лучи, в которых электрический вектор перпендикулярен к оптической оси. Если же электрический вектор параллелен оси, то такие лучи проходят почти без поглощения. Поэтому естественный свет, пройдя через поляроид, наполовину поглощается и становится линейно поляризованным с электрическим вектором, ориентированным параллельно оптической оси поляроида [15].

Наиболее полным методом описания поляризатора является представление в виде 4Х4-матрицы Мюллера, состоящей из 16 действительных элементов. С помощью такой матрицы можно описывать любой поляризатор, независимо от того, вносит ли он, кроме поляризации, сдвиг фаз или рассеяние и состоит ли он из одного слоя или из многих слоев. Если рассеяние отсутствует, то можно применять 2Х2-матрицу Джонса.

Метод Мюллера представляет собой матричное описание светового пучка и оптического устройства, через которое проходит свет, и позволяет вычислить результат взаимодействия света с этим устройством. Обычные методы становятся чрезвычайно громоздкими, когда число поляризаторов или фазовых пластинок велико. Преимущества метода Мюллера состоят в том, что он дает возможность: а) сконцентрировать все необходимое для описания пучка света параметры в едином выражении, б) записать в едином выражении все параметры поляризатора или фазовой пластинки и в) получить результат взаимодействия света с системой различных оптических элементов (поляризаторы, фазовые пластинки, рассеивающие устройства) путем простого перемножения соответствующих выражений по определенным правилам [16].

Пучок света описывается вектором Стокса, определяемым четырьмя параметрами I, M, C, S, которые связаны с интенсивностью. Этот вектор записывается обычно в виде вертикального столбца или в виде горизонтальной строки:

Параметр Iназывается интенсивностью, параметры M, Cи Sназываются соответственно параметром преимущественной горизонтальной поляризации, параметром преимущественной поляризации под углом +45⁰ и параметром преимущественной правоциркулярной поляризации. Когда параметр имеет отрицательную величину, это значит, что преимущественной является ортогональная форма поляризации.

Матрица Мюллера поляроида записывается следующим образом:

Однако, в более точном представлении поляроид представляет собой однородный нерассеивающий недеполяризующий недвупреломляющий поляризатор с главными значениями пропускания τ₁=0,8 и τ₂=0,0003 с горизонтальной осью пропускания, поэтому его матрица имеет вид:

Если свет проходит три оптических устройства, необходимо использовать три матрицы и произвести три умножения. Если эти три матрицы обозначить через [M₁], [M₂] и [M₃], а через [V_i] – вектор Стокса падающего света, то процедуру определения вектора Стокса [V_e] выходящего света схематически можно записать следующим образом:

Таким образом, выпишем матрицы Мюллера для каждого оптического элемента и найдем вектор Стокса на выходе.

Осуществляет модуляцию по амплитуде, вращает плоскость поляризации (модуляция поляризации) на определенный угол.

Магнитооптические эффекты можно разделить на две основные группы: эффекты, наблюдаемы при прохождении света через магнитооптический материал, и эффекты, при отражении света от поверхности магнитооптического материала. В данной работе применяется эффект первой группы.

Эффекты первой группы связаны с двойным круговым преломлением, т.е. с различием комплексных показателей преломления право- и левополяризованных по кругу волн. Действительная часть двупреломления описывает поворот плоскости поляризации, а мнимая его часть, - превращение линейно поляризованного излучения в эллиптически поляризованный. Если линейно поляризованную волну представить как сумму право- и лево- поляризованных по кругу волн, то первый из упомянутых эффектов будет связан с различием скоростей их распространения, а второй – с различием их коэффициентов поглощения.

Если свет распространяется через магнитооптический материал параллельно вектору его намагниченности, то наблюдается магнитное круговое двупреломление, носящее название эффекта Фарадея. Эффект Фарадея пропорционален пути светового пучка в магнитоупорядоченной среде

,

где - удельное фарадеевское вращение; - длина пути в магнитной пленке феррит-граната, α – угол между направлением распространения излучения и вектором намагниченности М.

Таким образом, плоскость поляризации поворачивается на угол:

Магнитную пленку феррит граната можно представить, как фазовую пластину, описываемую матрицей Мюллера:

где

Дата добавления: 2017-01-14