Пристрій для багаторазового запису та зчитування інформації

Розроблений пристрій відноситься до техніки запису інформації І може використовува тись для реєстрації швидкісних потоків Інформації, особливо на рухомих об'єктах. Відомий пристрій [1], вибраний нами як прототип. Даний пристрій виконаний у вигляді єдиного моноблоку, що складається з оптично зв'язаних лінійки m напівпровідникових лазерів, m поздовжніх ввідних пленарних електрооптичних світлопроводів з I парами, полоскових електродів, ввідних І поперечних пленарних електрооптичних світлопроводів з k парами полоскових електродів, першої поляроїдної плівки, реєструючого магнітооптичного шару. другої поляроїдної плівки, І вивідних поперечних планарних електрооптичних світлопроводів з k парами полоскових електродів, m вивідних поздовжніх планарних електрооптичних світлопроводів з І парами полоскових електродів І лінійки m фотоприймачів, а також системи перемагнічування, зв'язаної з магнітооптичним реєструючим шаром. Основні недоліки відомого пристрою викликані наявністю двох поляроїдних плівок, двох систем (ввідної та вивідної) поперечних планарних електрооптичних світлопроводів і способом зв'язку поздовжніх та поперечних пленарних електрооптичних світлопроводів. Для надійної роботи пристрою необхідно забезпечити однаковий по величині світлопередачі зв'язок в кожній комірці пам'яті між ввідними та вивідними поперечними світлопроводами. Розкид коефіцієнтів зв'язку приводить до зменшення співвідношення сигнал/шум при зчитуванні Інформації. Розміщення цих двох систем поперечних планарних світлопроводів з двох сторін реєструючого шару не дозволяє використовувати в такого типу пристроях реєструючі шари іншого типу, в яких при записі інформації проходить суттєва зміна об'єму, чи агрегатного стану речовини (запис на фазових переходах, випаровування і т.д.). З'єднання поздовжніх та поперечних планарних електрооптичних світлопроводів через бокові (вузькі) сторони викликає великі втрати світла в зоні електрооптичного вводу-виводу і не дозволяє виготовляти такі планарні світлопроводи у вигляді поляризаційних. Це обумовлене тим, що світло поляризоване в площині планарного світлопроводу на такому з'єднанні є р-поляризованим для електрооптичного вводу-виводу, в той час як для вводу-виводу з поперечного планарного електрооптичного світлопроводу на реєструючий магнітооптичний шар це вже s-поляризація. Відомо, що р-поляризація має дуже малі значення коефіцієнтів відбивання для кутів падіння близьких до кута Брюстера, що знижує ефективність роботи електрооптичного вводу-виводу. Поляроїди плівки викликають додаткові втрати лазерного випромінювання за рахунок поглинання, а також приводять до додаткового розпливання лазерного пучка в товщин плівки. Товщина плівки для забезпечення високого коефіцієнта поляризації, а відповідно високого значення сигнал/шум при зчитуванні Інформації повинна бути не менше сотні мікрон. Розпливання лазерного пучка на товщині d можна оцінити за виразом де r0, Dr - поперечний розмір початкового лазерного пучка І величина його збільшення; l- довжина хвилі світла. При r0 = 2-5мкм, l = 0,8мкм, d= 100 мкм Dr/ r0 = 10, що зменшує поверхневу густину запису інформації в 100 раз, а також співвідношення сигнал/шум при зчитуванні. Все перелічене вище понижує надійність роботи пристрою і звужує його функціональні можливості. В основу винаходу поставлена задача підвищення надійності роботи відомого пристрою та розширення його функціональних можливостей. Поставлена задача розв'язується за рахунок того, що в відомому пристрої для багаторазового запису та зчитування інформації, який виконаний у вигляді єдиного моноблока, що складається з оптично зв'язаних лінійки m напівпровідникових лазерів, m поздовжніх ввідних планарних електрооптичних світлопроводів з І парами полоскових електродів, І поперечних планарних електрооптичних світлопроводів з k парами полоскових електродів, реєструючо го магнітооптичного шару 2m поздовжніх вивідних планарних електрооптичних світлопроводів з І парами полоскових електродів, лінійки 2т фотоприймачів і системи перемагнічування, зв'язаної з реєструючим магнітооптичним шаром, між І поперечними планерними електрооптичними світлопроводами з k парами полоскових електродів з прозорого метеріалу і реєструючим магнітооптичним шаром нанесена прозора магнітооптичне плівка з перпендикулярним намагніченням, а пленарні електрооптичні Світлопроводи виконані у вигляді поляризаційних I пропускеють тільки світло лінійно поляризовене в площиніпленерного світлопроводу, І поздовжні ввідні та вивідні планарні електрооптичні світлопроводи розміщені на плоских сторонах поперечних планарних електрооптичних світлопроводів і закріплені на них через додаткові прозорі полоскові електроди та додаткову прозору фазову плівку з оптичною товщиною l/2, причому вивідні поздовжні пленарні електрооптичні світлопроводи, з закріпленими на них і оптично зв'язаними з ними, фотоприймачами розміщені з двох сторін поперечних планар-них електрооптичних світлопроводів між ввідними поздовжніми планарними електрооптичними світлопроводами і першою парою k полоскових електродів, зв'язаних з поперечними планарними електрооптичними світлопроводами. Схема пристрою показана на кресленні. Він складається з лінійки m напівпровідникових лазерів 1, m поздовжніх ввідних пленарних електрооптичних світлопроводів 2, лінійки 2т фотоприймачів 3, 2m поздовжніх вивідних пленарних електрооптичних світлопроводів 4,1 поперечних планарних'електрооптичних світлопроводів 5, k пар полоскових електродів 6, прозорої магнітооптичної плівки з перпендикулярною намагніченістю 7, реєструючого магнітооптичного шару, який складається з захисної плівки 8, феримегнітної аморфної плівки з перпендикулярним намагніченням 9, другої захисної плівки 8 і відбиваючої плівки 10, а також з додаткових прозорих полоскових електродів 11, додаткової прозорої фазової плівки з оптичною товщиною l/2 12,11 пар полоскових електродів 13. Кожен з напівпровідникових лазерів 1 І кожен з фотоприймачів 3, закріплений І оптично зв'язаний з відповідним поздовжнім ввідним 2, чи вивідним 4 планарним світлопроводом, що в свою чергу зв'язаний оптично І закріплений на і-тому числі поперечних пленарних світлопроводів 5, m х І = І через додаткові електроди з прозорого матеріалу 11 (Іn2О3, SnO) та додаткову плівку з оптичною товщиною l/2 12, яка забезпечує поворот площини поляризації світла при проходженні через неї на 90 градусів (оптично активний кварц, чи інший двозаломлюючий матеріел). Верхній додатковий електрод 11 ширший від нижнього не величину Dh в сторону початку поперечних пленарних світлопроводів 5, які оптично зв'язані через прозорі полоскові електроди 6 І прозору магнітооптичну плівку з перпендикулярною намагніченістю 7 (феритгранатова плівка з домішками вісмуту), яка повертає площину поляризації світле при проходженні за рахунок ефекту Фарадея на кут Q, з магнітооптичним реєструючим шаром. Магнітооптичний реєструючий шар складається з першої захисної плівки 8 (карбід кремнію, нітрід алюмінію чи інший безкисневий прозорий матеріал), товщиною l/3n - l/5n, де n - показник заломлення; магнітореєструючої плівки 9 (аморфна феримегнітна плівке з перпендикулярною намагніченістю - TbFeCo), товщиною 40-60 нм; другої захисної плівки (SiC, AIN) 8, з товщиною біля l/2n І відбиваючої плівки 10 (аліміній). Працює описаний пристрій таким чином. При записі Інформації в kl-комірку пам'яті подаються відповідні електричні імпульси на т-ний напівпровідниковий лазер 1,1-ту пару електродів 13 m-го ввідного поздовжнього пленарного електрооптичного світлопровода 2, на додаткові електроди 11 того ж світлопровода, на k-napy полоскових електродів 6, зв'язаних з поперечними планарними електрооптичними світлопроводами 5. Під дією цих управляючих імпульсів генерований лазерний імпульс проходить по поздовжньому ввідному світлопроводу до зони 1-тої пари електродів, де світло виводиться з поздовжнього світлопровода, виникаючою електрооптичною призмою повного внутрішнього відбивання. Величина напруженості управляючого поля на електродах повинна задовільняти умову де n0 - показник заломлення; b - електрооптичний коефіцієнт матеріалу світлопровода n = n0 + b Е; Е - напруженість електричного поля. При проходженні світла через прозору плівку 12, його поляризація повертається на 90 градусів І в І-тий поперечний світлопровід б вводиться світло поляризоване в площині світлопроводу, яке поширюється в ньому без втрат і виводиться з малим коефіцієнтом втрат в зоні k-тої пари полоскових електродів 6 на реєструючий магнітооптичний шар 8-10. Поглинання лазерного випромінювання в феримагнітній плівці 9 викликає розігрів, зменшення коерцитивної сили плівки І перемагнічення нагрітої області по напрямку зовнішнього магнітного поля, створеного системою перемагнічення. Так записується "1" в kl-ту комірку пам'яті. Зчитування Інформації з kl-тої комірки пам'яті проводиться аналогічно, але на m-тий напівпровідниковий лазер подається Імпульс живлення меншої амплітуди (потужність світла зчитування в 5-8 разменша потужності запису). Всі інші Імпульси управління такі ж як І при записі Інформації. Крім того подаються додаткові імпульси на додаткові електроди 11 вивідних поздовжніх пленарних світлопроводів 4, зв'язаних з фотоприймачами 3. Лазерне, випромінювання проходить до kl-тої комірки пам'яті, відбивається від реєструючої плівки 9, проходить знову через Кий поперечний пленарний світлопровід І в зоні дії додаткових електродів 11 виводиться електрооптичною призмою ПВВ (повного внутрішнього відбивання) в поздовжній планарний вивідний світлопровід (верхній на малюнку) і попадає на фотоприймач 3. На нижній фотоприймач відповідного вивідного світлопроводу попадає світло, відбите на цій же електрооптичній призмі, при прямому проходженні світла від лазера до реєструючого шару. Так як планарні електрооптичні світлопроводи разом з електрооптичним вводом працюють як поляризатор, а при подвійному проходженні через гранатову плівку 7 І відбиванні від феримагнітної плівки TbFeCo поляризація світла повертається на кут 2Q + Фк , де "+" відповідає випадку записаної в kl-комірку "1", а "-" -"0", то електричний сигнал диференційного зчитування, який реєструється диференційним підсилювачем по сигналах з верхнього і нижнього фотоприймача, які зв'язані з m-тим вивідним поздовжнім світлопроводом, буде залежати записана в kI-комірці "1” чи "0". Величину сигналу можна оцінити за виразом де А - коефіцієнт пропорційності. Максимальне значення сигналу зчитування відповідає умовi 4Q = 90 град, що дає змогу визначити товщин у гранатової плівки I, Q = IQ0, де Q0 - коефіцієнт повороту площини поляризації гранатовою плівкою. Для l= 0,7- 1,2 мкм Q0 = 104 -105 град/см, але якщо врахува ти мінімально допустиме розпливання лазерного пучка запису по виразу 1 (при r0 = 2-4мкм, d < 10 мкм), то одержимо І = 2-8 мкм. Величина ефективного кута Фк складається з Керрівського кута j k, та 2jф подвійного Фарадеєвського кута повороту площини поляризації. Вибираючи оптимальні значення товщини першої захисної плівки 8 рівним l/3n-l/5n, можна збільшити значення jk в 5-10 раз, а з оптимального значення товщини феримагнітної плівки TbFeCo 40-60 нм І товщини другої захисної плівки І ,= l/2n, дає змогу підняти вклад Фарадеєвського повороту площини поляризації майже до рівня Керрівського. При цьому сумарний в кут повороту досягає значень в 2-3 градуса, що забезпечує високе значення сигнал/шум при зчитуванні. Для перезапису інформації в даному пристрої необхідно попередньо витерти записану Інформацію в kікомірці пам'яті. При цій операції магнітне поле перемагнічуючої системи змінює напрям на протилежний і проводиться операція запису інформації. Всі параметри управляючих сигналів залишаються такі як І при записі лише збільшується в 1,5-2 рази довжина лазерних Імпульсів запису. Описана схема пристрою дозволяє проводити запис Інформації на амплітудний чи фазовий реєструючі шари, і контролювати режим запису в процесі запису. С учасна технологія дозволяє освоїти виробництво заявленого пристрою, і він може знайти застосування в багатьох областях техніки.