Методы измерения оптических параметров феррит-гранатовых плёнок

К основным оптическим параметрам феррит-гранатовых пленок можно отнести:

• угол фарадеевского вращения;

• магнитооптический контраст;

• оптическое поглощение.

Угол фарадеевского вращения определяется следующим образом [11]: между источником света и фотоприемником помещают поляризатор и анализатор. Их скрещиванием добиваются минимума интенсивности прошедшего света, отмечают это положение. Затем повторяют опыт по следующей схеме (рисунок 1.2.5): свет от источника 1 попадает на коллимирующую линзу 2, после - на поляризатор 3 и анализатор 5, между которыми находится феррит-гранатовая пленка 4, введенная в насыщение (монодомен). Фокусирующая линза 6 направляет пучок света на фотоприемник 7.

Рисунок 1.2.5. Схема оптического канала для определения угла Фарадеевского вращения

В данном случае феррит-гранатовая пленка довернет плоскость поляризации света, при этом поворотом анализатора, как и в первом случае, добиваются минимума интенсивности проходящего света. Угол между положением анализатора в первом и во втором случае является углом фарадеевского вращения.

Для определения магнитооптического контраста используют ту же установку, что и для определения угла фарадеевского вращения, оптический канал которой представлен на (рис. 1.2.6). Для этого производятся измерения интенсивностей света, прошедших через светлые и темные домены, I⁺ и I^- соответственно. Исходя из этих значений можно определить магнито-0птический контраст:

(1.2.6)

Для определения коэффициента магнитооптического поглощения поступают следующим образом. Производится измерение интенсивности источника света. Затем производят измерения интенсивности света, прошедшего через феррит-гранатовую пленку. Таким образом, имея эти данные, вычисляется коэффициент магнитооптического контраста по формуле:

(1.2.7)

1.3. Принципы построения датчиков магнитного поля на магнитооптических материалах

В настоящее время устройство к оптической обработки информации получили широкое распространение пленки феррит-граната, структурная формула которого RFeO₃ и R₃FeO₁₂, где R - ион редкоземельного элемента.

Основными его достоинствами для устройств является высокий контраст, магнитооптическая добротность и возможность легкого управления его структурой. Вид доменной структуры у такого типа феррит-граната: лабиринтный, полосовой и рег-структура.

В нашей работе предпринята попытка использовать ФГП с лабиринтной структурой для измерения магнитных полей. Принцип работы датчика основан [12] на однозначной зависимости интенсивности нулевого порядка дифракции от внешнего магнитного поля и определяется теоретическим соотношением:

I₀= I_пад*e^-αt [((2S-d)/d)² Sin²Ft+Cos²Ft] (1.3.1)

где I_пад - интенсивность света, падающего на ФГП, α – коэффициент поглощения ФГП, t – длина пути света в ФГП, S – ширина однополярных доменов, d – период доменной структуры, F – удельное фарадеевское вращение ФГП.

Очевидно, что I₀ зависит от соотношения размеров доменов обратной намагниченности (от соотношения S и d), которое в свою очередь зависит от величины внешнего магнитного поля Н. В общем случае зависимость S(H) – нелинейна.

Чувствительный элемент датчика – феррит-гранатовая пленка находится внутри магнитной системы (рисунок 1.3.1), состоящая из двух катушек диаметром 33 см и расстоянием между кольцами 22 см. Сопротивление каждой катушки 28 Ом. Катушки соединены параллельно и согласно. Максимальное поле внутри магнитной системы 100 эрстед. Феррит-гранатовая пленка находится на двухкоординатном столике, укрепленном вертикально в центре магнитной системы. Калибровка магнитной системы приведена в приложении А.

Рисунок 1.3.1. Схема магнитной системы

Принцип работы магнитооптического датчика заключается в следующем:

1. Снимается зависимость нулевого порядка дифракции ФГП от внешнего магнитного поля и строится график.

2. Затем ФГП помещается в измеряемое поле. Получаем значение нулевого порядка дифракции.

3. По графику, полученному в первом пункте, определяем искомую величину поля в катушке.

Целью данной работы является: разработка конструкции и создание лабораторного макета магнитооптического компенсационного датчика магнитных полей. Провести экспериментальные исследования и определить диапазон измеряемых величин магнитного поля. Провести сравнительный анализ точности измерения по сравнению со стандартным датчиком Холла.