Магнитоптическая запись

Цифровая магнитооптическая запись - термин устоявшийся, но не точный. В принципе речь идет о термомагнитной записи, и вся роль лазера при записи сводится к роли нагревательного инструмента.

Любой ферромагнитный материал имеет верхнюю температурную границу ( так называемую точку Кюри, выше которой ферромагнитные свойства материала полностью пропадают, но самое главное, что кривая магнитной восприимчивости вблизи точки Кюри резко стремится вверх и возрастает, если не бесконечно, то во многие тысячи раз. На этом и строится расчет в магнитооптической записи. Магнитооптическая система записи проста - надо разогреть материал в некоторой точке до температуры, несколько превышающей точку Кюри, и воздействовать на материал магнитным полем, достаточно слабым, чтобы не оставить след на холодных участках. При этом, само магнитное поле может быть рассредоточенным, совсем не надо следить за размерами области его локализации. Как только температура разогретой области упадет ниже точки Кюри ферромагнитный материал зафиксирует магнитное поле - и только в зоне нагрева. Применяемые ныне магнитооптические материалы ориентированы на температуры Кюри, превышающие 100 градусов. Это не случайный выбор. Ниже возникает зона опасности повышения температуры при простом хранении записей до критической, когда возможным окажется разрушение записи. Более высокие температуры не годятся из-за естественного роста энергии, необходимой для разогрева. Поэтому в качестве материалов для рабочих слоев магнитооптических дисков используют сплавы с элементами группы редких земель.

Магнитооптические системы записи строятся достаточно примитивно. Сфокусированный луч лазера нагревает дисковый носитель, на который воздействует рассеянное магнитное поле, достаточно слабое, чтобы произвести запись на холодных участках. Однако его достаточно, чтобы в первые моменты остывания записать информацию на разогретых лазером участках. Важно, что речь идет именно о первых моментах, когда локализация теплового поля практически не отличается от размеров светового пятна.

Следует сказать несколько слов о некоторых особенностях считывания информации.

Оно может быть только оптическим из-за слишком малых размеров информационного элемента. И в этом случае тоже применяется луч лазера. Для считывания используют магнитооптический эффект Керра. Этот эффект заключается в том, что при взаимодействии луча лазера с намагниченным рабочим слоем диска, происходит поворот плоскости поляризации луча., причём, это поворот зависит от направления вектора намагниченности среды, через которую луч проходит. Изменения плоскости поляризации луча преобразуются специальным устройством в изменения его интенсивности. Эти изменения и являются информации, считанной с диска. Плотность записи на магнитооптические диски определяется размером сфокусированного светового пятна лазера. Это очень перспективный носитель с очень высокой плотностью записи, на котором достигается высочайшее качество записи. 

Магнитооптические диски способны выдержать более миллиона перезаписей.

Но более подробно с практической реализацией идеи магнитооптической запей можно познакомиться на примере одного из самых распространенных и популярных представителей этого семейства - мини-дисков.

 «Мини-диск» (MD) - это один из последних форматов в эволюции дисковых носителей звуковой информации, разработанный фирмой Sony.

Мини-диски меньше обычных компакт-дисков по размерам (диаметр их всего 64 мм), но при этом, они не уступают компакт-дискам в качестве и продолжительности звучания записанной на них музыкальной программы.

Это достигается за счёт сжатия (уплотнения) данных, о стратегии которого речь пойдет ниже. Маленький размер MD обеспечивает быстрый доступ к данным в любой точке диска - меньше, чем за 1 секунду.

«Реверсивность» записываемых мини-дисков делает их прямыми наследниками записей на магнитной ленте, незаменимыми при оперативной подготовке программ радиовещания и в других подобных случаях. Диск для защиты от механических повреждений помешен в картридж. Общий вес такого пакета равен приблизительно 18 г.

Существуют и другие методы записи на перезаписываемые («реверсивные») носители, но для мини-дисков выбран метод модуляции магнитного поля (MFM), как наиболее надежный и дающий возможность производить перезапись практически бесконечное количество (до 1 000 000) раз. Причём, каждый раз при новой записи, старые данные автоматически стираются.

Записываемый магнитооптический мини-диск формируется на подложке из поликарбоната, на котором между двумя слоями диэлектрика располагается магнитооптический (рабочий) слой. Поверх этой конструкции наносятся отражающий алюминиевый слой, защитный слой и смазка из кремния - органического соединения, по которой должна будет скользить магнитная головка. (Рис. 1)

 



Рис. 1. Сечение мини-диска.



Магнитооптический слой мини-диска это специальный сплав железа тербия и кобальта (FeTbCo), с очень низкой коэрцитивностью - приблизительно 80 Эрстед (6.4 kA/m). Это важно для того, чтобы несмотря на то, что магнитная головка не касается непосредственно рабочей среды, величина намагничивающего поля оказалась бы достаточной и не потребовалось бы его увеличения, которое неизбежно повлекло бы за собой большее выделение тепла и увеличение потребляемой мощности.

Как уже было сказано, для того, чтобы записать информацию на магнитооптический слой необходимо воздействовать на него не только магнитным полем головки записи, но и одновременно разогреть соответствующую точку носителя до температуры Кюри. Делается это с помощью луча лазера.

Для применяемого в минидисках в качестве носителя записи сплава FeTbCo температура, соответствующая точке Кюри примерно равна 185°С.

Более высокие температуры не годятся из-за естественного роста энергии, необходимой для разогрева. Обратите внимание на то, что случайное, ошибочное стирание данных на мини-диске практически невозможно, т.к. для этого требуется одновременное воздействие определенной (выше точки Кюри) температуры и магнитного поля.

Итак, для записи на мини-диск магнитная головка позиционируется поверх лазерного источника на одной с ним оси с противоположной стороны диска. (Рис. 2).

 



Рис. 2. Запись на мини-диск.

Сфокусированный луч лазера нагревает локальную область дискового носителя, на которую воздействует рассеянное магнитное поле головки записи достаточно слабое, чтобы произвести запись на холодных участках. Однако его достаточно, чтобы при вращении диска, в первые моменты остывания разогретого участка записать на нем информацию в виде намагниченности определенной полярности «север» - N, или «юг» - S.

Таким образом, разные полярности намагниченности предварительно нагретых пятен в магнитооптическом слое соответствуют цифровым логическим уровням «1» и «0». Размер такого пятна с записью, а следовательно и плотность записи на магнитоэлектрические диски определяется размером сфокусированного светового пятна лазера и продолжительностью цикла реверсирования модулирующего магнитного поля головки записи. Для этого была разработана специальная головка, которая допускает быстрое перемагничивание (приблизительно в течение 100 недель). Очевидно, что поверхностные слои диска не препятствуют мгновенному прогреванию рабочего слоя. Запись выполняется наложением новых записей на прежние с автоматическим уничтожением последних. 

Магнитооптический диск использует для считывания лазер, т.к. данные сохранены в виде изменяющейся от точки к точке полярности намагниченности магнитного слоя. 

Лазерный луч падает на дисковую поверхность, проходит через магнитный слой и затем отражается от отражающего слоя. Однако, проходя через магнитный слой, плоскость поляризации лазерного луча изменяется в зависимости от того, с какой полярностью этот слой в данной точке намагничен. Поворот вектора поляризации пучка света под влиянием магнитной среды, через которую он проходит называется, как уже было сказано, эффектом Керра. 



Рис. 3. Считывание магнитооптического  диска.

На рис. 3 изображен принцип считывания информации с магнитооптического диска.

Для считывания информации с дисков используется двух функциональный лазер.  В оптическую головку системы добавляют элемент - поляризационный анализатор, т. н., призму Уолластона (Wollaston). Дело в том, что эффект Керра слаб. Поворот вектора поляризации, даже в самых благоприятных условиях, не превышает одного градуса. К тому же приёмники света не реагируют на поляризацию. Задача призмы Уолластона преобразовать угол поляризации в интенсивность света. Далее считанная информация поступает на блок датчиков и преобразуются в электрические высокочастотные сигналы. 



                                       Список используемых ресурсов

www.raschotka.ru - сайт факультета аудиовизуальной техники (ФАВТ) Университета Кино и Телевидения.

www.fismat.ru - сайт по физике, математике  и ТОЭ.