П Р И М Е Н Е Н И Я Л А ЗЕ Р О В |
451 |
Тонкая пленка из сплава марганца с висмутом является магни тожестким материалом с большой константой анизотропии. Направ ление легкого намагничения обычно перпендикулярно плоскости пленки. Эти пленки обладают, кроме того, сильным магнитоопти ческим эффектом. Температура Кюри этого материала равна 360° С. Запись на пленке из сплава марганца с висмутом можно производить, повышая температуру в отдельных точках пленки выше температуры Кюри. После охлаждения материала направ ление намагниченности области, подвергшейся нагреванию, опре деляется направлением магнитного поля, действовавшего во время охлаждения. Если все вещество, окружающее нагретую точку, намагничено однородно в некотором направлении, то поток от этого окружающего вещества вызовет в точке противоположно направ ленную намагниченность. Внешнее поле, наложенное в течение времени охлаждения, можно использовать для того, чтобы скомпен сировать действие замыкающего потока и произвести перемагничивание материала в первоначальном направлении. Таким обра зом можно записать или стереть точку. Впервые возможность записи на сплаве марганец — висмут при переходе через точку Кюри была продемонстрирована с помощью таких тепловых источников, как паяльник и электронный луч. Использование в качестве источника энергии лазера имеет то преимущество, что позволяет производить запись и считывание одним и тем же источником.
Записанную информацию можно считывать, используя магни тооптический эффект Фарадея или магнитооптический эффект Керра. Эффект. Фарадея состоит в том, что плоскость поляризации плоско-поляризованного светового луча при прохояадении его через намагниченный материал поворачивается на величину, зависящую от толщины пленки и свойств материала. Направление вращения изменяется при изменении направления намагничен ности. Расположенный за пленкой анализатор ориентируют так, чтобы он не пропускал свет, прошедший через пленку в местах с первоначальным направлением намагниченности. Тогда свет, проходящий через малые области с обратным направлением намагниченности, будет иметь плоскость поляризации, поверну тую таким образом, что часть света пройдет через анализатор. Увеличение интенсивности света, прошедшего через данный участок, можно зарегистрировать с помощью подходящего прием ника. Аналогичным образом используют и эффект Керра, но не в проходящем, а в отраженном свете. Стирание можно выполнить, включая соответствующим образом ориентированное вспо могательное магнитное поле одновременно с лазерным импуль сом.
Этот эффект продемонстрирован на опыте, и были сконструиро ваны также экспериментальные устройства памяти на МпШ [67,
68]. Была показана возможность записи и стирания пятна диамет ром в несколько микрон на пленке толщиной 100 А с помощью импульса гелий-неонового лазера мнкросекупдной длительности. Требуемая для этого мощность излучения невелика. Достаточен гелпй-неоновый лазер с мощностью в несколько десятков милли ватт. Можно получить плотность записи порядка 107 бит/см2. Каждый участок пленки можно многократно использовать для записи, считывания и стирания.
Для систем памяти с лазерным вводом информации было предло жено много других материалов [69], в том числе фотохромные вещества [70], халькогеннды европпя [71—73], гадолиний-же-
лезный гранат |
[74, |
75], ниобат |
лития [76], сегнетоэлектри- |
ческие вещества |
[77] |
и различные |
виды ферромагнитных пленок |
[73, |
78]. |
|
|
|
Оппсаиные методы дают возможность использовать лазерные эффекты, в частности лазерное нагреванпе в оптических запоми нающих устройствах большой емкости. Для практического приме нения методику следует значительно усовершенствовать. Заметим, что были предложены также другие системы памяти, основанные на лазерах, например голографическая память или пузырьковая объемная память: эти системы, однако, не связаны непосред ственно с темой данной к н и г и ,
§ 7 . ИСТОЧНИКИ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ
Источникп частиц с большой плотностью тока жела тельны для многих приложений, особенно если частицы генери руются в теченпе очень короткого промежутка времени. Примером одного из такпх приложений мог бы служить источник для полу
чения |
электронного |
пучка. Импульсные |
источники электронов |
п понов дают лишь |
ограниченное число |
заряженных |
частиц. |
Для |
таких приложений можно использовать лазер, |
который |
позволяет получить большое число электронов и ионов в малом объе.ме в течение короткого времени. Проведенное в гл. 4 рас смотрение электронного и ионного токов, возникающих при взаимо действии лазерного луча с поверхностью, дает представление о величине токов, которые можно получить таким методом. При взаимодействии излучеипя мощного рубинового лазера с металли ческой поверхностью легко получить импульсы электронного тока с плотностями до 100 А/см2 и длительностью порядка нескольких десятков наносекунд. Физические явления, связанные с образо ванием заряженных частиц, обсуждались в гл. 4; здесь мы рас смотрим возможные пути пспользования этих явлений.
Было проведено много исследований электронной эмиссии при взаимодействии лазерного излучения с поверхностью. Однако среди них относительно мало работ, цель которых состояла бы
П Р И М Е Н Е Н И Я Л А ЗЕ Р О В |
453 |
в получении сведений об использовании лазерной электронной эмиссии в качестве практического источника частиц [79—82]. В одной из работ [79] была сделана попытка определить пара метры источника. В этой работе поверхности вольфрама, тантала и гексаборида лантана облучались светом рубинового и арго нового лазеров. С помощью рубинового лазера были получены импульсы тока до 100 мА. Однако эти импульсы неизменно сопро вождались разрушением поверхности. Невозможно было получить серию пмпульсов с контролируемым уровнем мощности, которые не вызывали бы повреждения поверхности. Наиболее подвержен ным разрушению материалом оказался гексаборид лантана. Полученные плотности электронного тока составляли около 104 А/см2, однако такие плотности можно было ползшить только при плавлении материала катода.
Для получения устойчивого импульсного периодического источника электронов использовался также ионный аргоновый лазер. Длительность импульса лазера составляла около 1 мкс при частоте повторения 10 кГц. Луч с пиковой мощностью 50 Вт фокусировался в пятно диаметром 15 мкм. В течение нескольких часов можно было получать импульсы тока величиной порядка 1 мА. При увеличении интенсивности лазерного излучения до зна чения, при котором начиналось плавление и вынос массы, импуль сы тока достигали величины порядка 100 мА, но их амплитуда уменьшалась со временем. Гексаборид лантана оказался менее подходящим материалом, че.м вольфрам и тантал.
Без заметного повреждения поверхности можно было получить стабильные периодические импульсы электронного тока с частотой 1 кГц и амплитудой 1 мА в случае вольфрама и 0,5 мА в случае тантала. В импульсном режиме, подходящем для импульсного электронного источника, могут работать и другие лазеры, напри мер лазер на пттрий-алюминиевом гранате, активированном неодимом.
При получении электронных импульсов в килоамперном диапа зоне лазеры обладают пренмлгществами по сравнению с искровым разрядом. Так, при облучении танталовых катодов получены импульсы тока величиной 500 А и длительностью 80 нс [80].
Было высказано предположение, что плазму, образованную под действием лазерного излучения, можно использовать для полз^- чения управляемых термоядерных реакций [82, 83] (см. гл. 4). Плазма, полученная с помощью лазеров, обладает большой плот ностью и высокой температурой. Для получения самоподдерживающейся термоядерной реакции необходимо, чтобы температура плазмы была выше 5>108 К, а плотность — более 1014 см-31).
х) При этой температуре должно быть пх > 1014. — Прим. рей.
ГЛАВА 8 |
454 |
Надежды в этой области связаны |
с последними достижениями |
в лазерной технике, в частности с получением мощных пикосе кундных импульсов. Для осуществления управляемой термоядер ной реакции необходим дальнейший прогресс в создании лазеров большой мощности.
Лазер может стать также средством получения малых коли честв плотной высокотемпературной плазмы для исследования плазменных процессов. Такую плазму можно было бы создавать без возмущения удерживающего магнитного поля. Работа в этом направлении должна дать много интересных результатов. Про цессы, происходящие в лазерной плазме, изучались многими исследователями. Большинство этих исследований в конечном счете было явно направлено на применение лазеров для целей управляемого термоядерного синтеза. В настоящее время лучшим применением лазеров остается получение плазмы с особыми свойствами, а именно высокотемпературной плазмы, с которой можно проводить специальные исследования [84]. Была описана возможность применения лазера как диагностического средства для исследования плазменных процессов [85].
В плазме, полученной с помощью лазера с модулированной добротностью, легко получить температуры порядка сотен электронвольт и давления порядка сотен кплобар. Эти температуры и давления лежат в интервале, представляющем интерес для тер моядерных исследований. Как мы отмечали в гл. 4, наблюдалась эмиссия нейтронов из такой плазмы. В качестве источника частиц для инжекции в термоядерные устройства представляет интерес лазерный пробой газов. Плазма в этом случае образуется в огра ниченном объеме, что открывает возможности для решения неко торых проблем, возникавших ранее при конструировании термо ядерных устройств х). Эти возможности нельзя полностью реали зовать без значительного увеличения мощности, получаемой от лазеров [86]. Достижения в создании сверхмощных лазеров, вероятно, привели бы к открытию новых направлений в исследо вании плотной высокотемпературной плазмы.
Другим применением лазера, связанным с эмиссией частиц, является инициирование высоковольтного искрового разряда [87—94]. Потенциальными преимуществами этого метода являются: возможность работы в области высоких напряжений (вплоть до мегавольт), сохранность запускающего механизма, поскольку он электрически не связан с вы соковольтны й! источником, устой чивость включения и возможность периодического зажигания с частотой до 50 импульсов в секунду. В одной из работ ([89]) для этой цели был использован рубиновый лазер с модулирован-
В Инжекция лазерной плазмы в стелларатор описана в работе [135].— Прим,
