Brevet FR2802696A1 — publié le 20010622

I 2802696 LECTEUR MAGNETO-OPTIQUE OPTIMISE PAR LE POLARISEUR DE LUMIERE INCIDENTE La présente invention concerne les lecteurs magnéto-optiques. Les lecteurs magnéto-optiques exploitent l'effet Kerr ou l'effet Faraday. Dans le premier cas auquel se rattache la présente invention, il s'agit de mesurer les variations de polarisation induites sur une lumière polarisée après réflexion sur un milieu dont les variations d'aimantation représentent des informations enregistrées au préalable. Le choix de la nature et de la géométrie des différentes couches du transducteur de lecture permet de maximiser l'amplitude de la composante magnéto-optique à lire. On observe cependant que lorsque cet optimum est atteint, le déphasage entre le signal de lecture et le signal à lire est égal à 7r12. On dit que la polarisation du signal est elliptique. Au total le signal magnéto-optique n'est pas lisible dans ces conditions. Pour ce type de dispositifs, l'usage est d'apprécier le rapport signal à bruit Schottky par une grandeur qui la représente, appelée facteur de mérite (ou FM). Le facteur de mérite dépend, dans des conditions explicitées dans la description détaillée de différentes grandeurs qui ne sont pas simultanément optimales pour une polarisation donnée du faisceau incident. Dans les structures optimisées pour l'amplitude de la composante magnéto-optique, le facteur de mérite sera nul si aucune modification n'est apportée au dispositif. L'état antérieur de la technique, dont la présente invention a pour but de surmonter les limitations sur ce plan, est représenté notamment par les brevets français n 2 569 072, 2 656 723, 2 657 190, 2 680 268, 2 696 037 et 2 701 332. Dans ces dispositifs de l'art antérieur, deux solutions sont envisagées pour maximiser le facteur de mérite. La première solution consiste à placer une lame;J2 sur le chemin du faisceau incident de manière à transformer la polarisation du faisceau incident tout en conservant l'orientation de l'image de la source de lumière focalisée sur le pôle de lecture. La deuxième solution consiste à placer une lame biréfringente sur le chemin du faisceau réfléchi de manière à linéariser la polarisation du faisceau réfléchi. Ces deux solutions sont coûteuses en composants, en 2 2802696 réglages et en encombrement, ce qui est contradictoire avec les objectifs de réduction de coût et de dimension poursuivis en matière de stockage d'informations. La présente invention permet de réaliser les optimisations souhaitées sans composant supplémentaire, voire avec moins de composants que l'art antérieur. A ces fins, I'invention propose un dispositif de lecture magnéto- optique du type comprenant un transducteur magnéto-optique, agencé pour coopérer avec un milieu magnétisé à lire, une source de lumière pour appliquer à travers un polariseur amont un faisceau d'excitation au transducteur magnéto-optique et un ensemble de photodétection situé sur le trajet optique du faisceau réfléchi issu du transducteur magnéto- optique pour fournir un signal électrique de lecture dans lequel le transducteur magnéto- optique produit, en réponse au faisceau d'excitation, un faisceau réfléchi qui comprend d'une part une partie réfléchie du faisceau d'excitation, d'autre part, sous l'effet d'une composante principale (S) du champ électrique de l'onde incidente, une composante magnéto-optique contenant les informations de lecture, caractérisé en ce que le polariseur amont est réglé pour laisser passer à la fois la composante principale (S) et sa composante orthogonale (P) avec une plus faible amplitude, celle-ci interagissant avec le transducteur magnéto-optique pour améliorer l'état amplitude/phase de la composante magnéto-optique du faisceau appliqué à l'ensemble de photodétection. Dans une variante de l'invention, le dispositif comprend en outre un deuxième polariseur placé sur le trajet du faisceau réfléchi, les deux polariseurs étant conjointement réglés pour améliorer l'état amplitude/phase de la composante magnéto-optique du faisceau appliqué au photodétecteur. Dans une autre variante de l'invention, le dispositif comprend en outre un deuxième polariseur sur le trajet du faisceau réfléchi, ce second polariseur étant réglé pour ajuster l'amplitude du faisceau appliqué au photodétecteur sous le seuil de saturation de celui-ci. L'invention sera mieux comprise, et ses différentes caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui suit d'un exemple de réalisation, et de ses figures annexées, dont: - la figure 1 montre le schéma de principe d'un dispositif de l'art antérieur; - la figure 2 montre le schéma de principe d'un dispositif selon l'invention dans un mode de réalisation préféré et dans une variante; - la figure 3 montre le schéma de réalisation d'un dispositif selon l'invention dans un mode de réalisation préféré. Un schéma de principe simplifié des dispositifs de l'art antérieur est donné en figure 1 o LAS est une source de lumière, POL-1 est un premier polariseur, TMO est un transducteur magnéto-optique, MM est un milieu magnétisé, POL-2 est un deuxième polariseur et PHO est un photodétecteur. La polarisation d'un faisceau de lumière est traditionnellement analysée par la projection du vecteur champ électrique E dans le repère propre constitué par la composante P, située dans le plan d'analyse et normale à la direction de propagation, et par la composante S, normale au plan d'incidence et normale à la direction de propagation. La composante de polarisation S est donc perpendiculaire au plan de la figure. Le polariseur POL1 est réglé pour que la composante P (qui serait dans le plan de la figure, orthogonale au faisceau incident) soit nulle. Le facteur de mérite dépend notamment d'une grandeur Tr dont la valeur dépend des dimensions du faisceau laser au point de focalisation et de l'extension de la zone du pôle de lecture du transducteur magnéto- optique excitée par les bits magnétiques inscrits sur la bande. Tr est maximal lorsque la plus grande dimension du faisceau de lumière incidente est parallèle à l'arête de lecture (ie: c'est-à-dire la ligne de contact entre le transducteur magnéto-optique et le milieu magnétique), ce qui est obtenu pour une lumière polarisée en S, la plus grande dimension du faisceau lumineux étant colinéaire au champ électrique. Le facteur de mérite dépend cependant également d'un coefficient Tc d'amplification du signal magnéto-optique, dont la valeur dépend de la quantité de lumière absorbée par le milieu magnéto-optique constituant le pôle de lecture. Cependant, I'optimisation du couplage du faisceau incident avec le pôle de lecture, s'accompagne d'une modification de l'état de polarisation du faisceau réfléchi. Ainsi, à l'optimum du couplage, la lumière incidente de polarisation S est réfléchie dans un état de polarisation totalement elliptique, c'est-à-dire que la composante principale S et la 4 2802696 composante magnéto-optique oscillent en opposition de phase, donc il ne peut y avoir de pompage de la composante magnéto-optique par la composante S du champ réfléchi, puisque lorsque le champ électrique dans l'état S est maximal, celui de la composante magnéto-optique est nul et vice- versa. Le facteur de mérite est alors nul. Cette modification de l'état de polarisation du faisceau réfléchi n'a pas lieu pour une polarisation incidente P. La composante principale P et la composante magnéto-optique oscillent en phase. Dans l'art antérieur, T, et Tc sont donc optimisés pour des valeurs opposées de la polarisation de la composante principale. L'invention consiste à utiliser les avantages des deux polarisations. La figure 2.1 montre le schéma de principe d'un dispositif de lecture magnéto-optique selon l'invention. Une source de lumière (LAS) émet une lumière vers un polariseur (POL-A) qui est réglé avec un angle de polarisation (a) de manière à laisser passer une composante S, perpendiculaire au plan de la figure, et une composante P située dans le plan de la figure, perpendiculaire au rayon laser et d'amplitude petite devant celle de la composante S. Les interactions de l'onde incidente, polarisée de la manière qui vient d'être décrite, avec le transducteur magnéto-optique (TMO) seront alors les suivantes: - comme dans l'art antérieur, la composante S permet d'éclairer, de manière optimale pour le facteur de mérite, la zone aimantée du pôle de lecture par le milieu magnétisé (MM). Cette composante réalise l'excitation magnéto-optique du transducteur, générant une composante magnéto- optique d'amplitude maximale, lorsque le taux de couplage Tc est optimal; la majeure partie de la puissance optique incidente étant concentrée dans la polarisation S (> 95 %). - à la différence de l'art antérieur, c'est la composante P qui réalise l'amplification de la composante magnéto-optique, en interférant avec celle-ci, générant un faisceau réfléchi en P o ces deux composantes sont sensiblement en phase. Il est ainsi possible dans les structures o le taux de couplage Tc a été optimisé, d'avoir un bon taux de recouvrement T, (obtenu avec la partie incidente du faisceau de polarisation S) et d'exploiter dans le 2802696 faisceau réfléchi une onde électromagnétique dont les composantes d'amplification P et magnéto-optique sont en phase. En outre, le coefficient de réflexion du transducteur magnéto- optique (TMO) est choisi de manière que l'intensité de l'onde réfléchie soit inférieure au seuil de saturation du photodétecteur (PHO), ce qui permet d'éliminer le deuxième polariseur (POL-2) de l'art antérieur qui avait notamment pour fonction de maintenir l'intensité du signal transmis au photodétecteur à un niveau inférieur au seuil de saturation de ce dernier. Toutefois, il peut exister des cas o: - I'onde réfléchie a une intensité supérieure au seuil de saturation du photodétecteur; - la plage ca de réglage du polariseur (POL-A) est insuffisante pour permettre une optimisation du facteur de mérite. Dans ces deux cas, le dispositif selon l'invention comportera, comme il est montré sur la figure 2.2, un deuxième polariseur (POL-B) d'angle de réglage p3 qui: - dans le premier cas, servira uniquement à atténuer l'intensité du faisceau réfléchi à un niveau inférieur au seuil de saturation du photodétecteur; - dans le deuxième cas, sera réglé conjointement avec le premier polariseur (POL-A) pour optimiser le facteur de mérite. Dans la configuration de l'art antérieur telle que représentée par la figure 1, le facteur de mérite (FM) est donné par la formule approchée suivante: FM z Tr Tc rsp coS(Cs) cos(c2) o Tr et Tc ont les significations indiquées plus haut, cL2 est l'angle de réglage du polariseur POL-2, zsest l'ellipticité du faisceau réfléchi, c'est-à- dire le déphasage entre la composante principale (ici S) et la composante magnéto-optique induite par la réflexion et les interactions dans le transducteur, et rp est le coefficient de réflexion magnéto-optique en amplitude généré lors de l'interaction du faisceau incident avec le milieu magnéto-optique. Ce coefficient est celui d'une couche placée dans l'air et d'épaisseur très supérieure à l'épaisseur de peau. Il est proportionnel à la quantité de lumière absorbée par le milieu. 6 2802696 On remarque que l'optimisation de Tc par un choix judicieux des couches du transducteur conduit à une valeur de ss proche de n/2, soit une valeur du facteur de mérite proche de zéro. Dans la configuration selon l'invention telle que représentée par les figures 2.1 et 2.2, le facteur de mérite est donné par la formule approchée suivante: FM t Tr Tc rp cos(%p) cos2(a) Ep est l'ellipticité du faisceau réfléchi reçu par le photodétecteur lorsque le faisceau incident comporte une petite polarisation P. a est l'angle de polarisation réglé sur le polariseur POL-A. La dépendance quadratique par rapport à l'angle de polarisation est introduite par le fait que la base de projection effectue elle-même une rotation selon l'angle de polarisation. sp est voisin de zéro. La dépendance du facteur de mérite en sp et non en Es assure l'élimination de l'ellipticité et donc l'amélioration du facteur de mérite, toutes choses étant égales par ailleurs. La figure 3 représente un exemple de réalisation d'un dispositif de lecture magnéto-optique selon l'invention. Sur cette figure, les symboles ont les significations déjà mentionnées ou indiquées ci-dessous: - L1, L2, L3 et L4 sont des lentilles de focalisation ou de correction d'astigmatisme; - S est un séparateur optique laissant passer le faisceau incident et réfléchissant à 135 le faisceau réfléchi; - O est une ouverture pratiquée dans l'enveloppe en L du dispositif; - M1 et M2 sont deux miroirs respectivement convexe et concave, dont l'un au moins peut être commandé par un signal prélevé sur le photodétecteur. Ce mode de réalisation permet à la fois d'assurer une focalisation du faisceau incident sur le transducteur magnéto-optique et de conserver le positionnement du faisceau réfléchi par rapport au photodétecteur malgré les variations de positions du milieu magnétique par rapport au transducteur, lesdites variations étant compensées par le signal de commande en sortie du circuit de traitement (CT). 7 2802696 Contrairement à l'art antérieur, le dispositif selon l'invention ne comporte pas dans son mode de réalisation préféré de deuxième polariseur sur le trajet du faisceau réfléchi, sans que cela modifie le fonctionnement des différents éléments optiques ci-dessus mentionnés. Un inducteur (Ml) de champ magnétique haute fréquence sera avantageusement placé à proximité de la zone de lecture de manière à créer un champ parallèle au milieu magnétisé (MM) qui stabilisera les domaines magnétiques dudit milieu magnétique et du transducteur magnéto- optique (TMO), améliorant ainsi de manière notable le rapport signal à bruit et le facteur de mérite. La source de lumière peut être remplacée par un ensemble de sources organisées en barette linéaire perpendiculaire au plan de la figure 2.1. Le photodétecteur peut être un capteur CCD (Charge Coupled Device) ou, de préférence, un capteur CMOS dont le seuil de saturation est plus élevé. 8 2802696 REVENDICATIONS 1. Dispositif de lecture magnéto-optique du type comprenant un transducteur magnéto-optique (TMO), agencé pour coopérer avec un milieu magnétisé à lire (MM), une source de lumière (LAS) pour appliquer à travers un polariseur amont (POL-A) un faisceau d'excitation au transducteur magnéto-optique et un photodétecteur (PHO) situé sur le trajet optique du faisceau réfléchi issu du transducteur magnéto-optique pour fournir un signal électrique de lecture dans lequel le transducteur magnéto-optique produit, en réponse au faisceau d'excitation, un faisceau réfléchi qui comprend d'une part une partie réfléchie du faisceau d'excitation, d'autre part, sous l'effet d'une composante principale (S) du champ électrique de l'onde incidente, une composante magnéto-optique contenant les informations de lecture, caractérisé en ce que le polariseur amont (POL-A) est réglé pour laisser passer à la fois la composante principale (S) et sa composante orthogonale (P) avec une plus faible amplitude, celle-ci interagissant avec le transducteur magnéto- optique pour améliorer l'état amplitude/phase de la composante magnéto-optique du faisceau appliqué à l'ensemble de photodétection. 2. Dispositif selon la revendication 1 du type comprenant en outre un deuxième polariseur (POL-B) placé sur le trajet du faisceau réfléchi, caractérisé en ce que les deux polariseurs (POL-A et POL-B) sont conjointement réglés pour améliorer l'état amplitude/phase de la composante magnéto-optique du faisceau appliqué au photodétecteur. 3. Dispositif selon la revendication 1 du type comprenant en outre un deuxième polariseur (POL-B) sur le trajet du faisceau réfléchi, caractérisé en ce que ce second polariseur est réglé pour ajuster l'amplitude du faisceau appliqué au photodétecteur sous le seuil de saturation de celui- ci. 4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un circuit de traitement (CT) recevant en entrée le courant électrique en sortie du photodétecteur et produisant en sortie, d'une part un signal représentatif des variations du champ magnétique variable, d'autre part un signal de commande, ainsi que, entre le transducteur magnéto-optique et le photodétecteur, au moins un 9 2802696 élément optique (S, M1, M2) réglable en fonction du signal de commande pour ajuster le trajet optique du faisceau appliqué au photodétecteur. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit élément optique est placé entre le transducteur magnéto-optique et le deuxième polariseur. 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre, sur le trajet du faisceau incident et/ou sur le trajet du faisceau réfléchi, un ou plusieurs éléments optiques de focalisation et/ou de correction d'astigmatisme (L1, L2, L3, L4). 7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un inducteur de champ magnétique haute fréquence (Ml) à proximité du transducteur magnéto- optique. 8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le réglage du ou des polariseurs est effectué pour donner une polarisation sensiblement linéaire au faisceau appliqué au photodétecteur.