专利名称：磁光盘特性测试装置的制作方法
技术领域：
本发明为利用光、电、磁方法测试磁光盘和磁光材料试样的磁光特性及反射率的装置。
磁光盘作为计算机和音像设备中的存储器，是目前国际上竞相研制和生产的新一代记录介质，具有存储容量大，信息不易丢失且可以重复记录等优点。磁光盘的研制和生产过程中，需要进行一系列的测试，其中磁光特性和反射率的测试最为重要，磁光特性测试包括磁光克尔效应磁滞回线的绘制以及克尔角、矫顽力和矩形度的测量。测量偏振角常用的方法有“差动法”和“对称角振动法”，差动法利用偏振分光镜将磁光盘的反射光分成两路光，由检测两路光电信号的差值并转动偏振分光镜来确定光的偏振角变化量，从而确定克尔角；对称角振动法用调制器使入射光偏振面振动，然后从样品反射光的光电背景信号中识别出代表克尔角的信号分量。对称角振动法的装置结构复杂、测试时要用标准偏振角样品定标，华中工学院学报1987年第15卷第3期发表的“磁性薄膜克尔回转角的测试方法研究”一文，提供了一种差动法测量装置，其电路和光路较对称角振动法简单，但测量时操作较复杂，需要用手工转动偏振分光镜以补偿样品反射光偏振角的变化量，其补偿精度较差，一般为0.01°左右，且测量结果受光源功率波动的影响，由此产生的相对误差等于光源功率的相对波动值。此外这两种方法的装置都只能测量磁光盘或磁光材料膜系的克尔角，而不能测试反射率。
本发明的目的在于克服目前差动法测量装置不便操作和精度较差的问题，做到简化操作过程，便于安装调试，消除光源功率波动对测试结果的影响，减少测试误差，提高仪器总的精确度，同时增加测量功能，既能测量磁光特性又能测量反射率。为达到上述目的，本发明采用伺服跟踪机构代替人工转动偏振分光镜，同时取伺服机构中的一路光电压信号作为样品反射光功率的指示，借助标准反射参考样品，可以确定被测样品的反射率。
本发明的装置，包括线偏振光源、平面反射镜、偏振分光镜、光电转换电路、差动放大器、磁场反馈电路、磁场驱动电路以及显示磁光回线的X—Y记录仪；所述测试装置采用了伺服跟踪机构，该机构包括驱动电路、伺服电机和减速器，驱动电路将差动放大器的信号功率放大，驱动伺服电机，伺服电机转速经减速器减速后，推动偏振分光镜转台旋转，转台的转角信息由角度传感器接收后，传送给X—Y记录仪的Y输入端，角度传感器的转角信息由角度指示器显示，光电转换电路输出电压由电压指示器显示。
自动扫场电磁铁的磁场强度信号经磁场检测电路放大后，输送给X—Y记录仪的X输入端，同时输送给磁场反馈电路，与三角波发生电路产生的三角波电压比较，其差值叠加在三角波电压上，经磁场驱动电路去激励电磁铁线圈产生线性极好的三角波扫描磁场，在该磁场作用下，样品上的磁介质磁化翻转，引起反射光偏振方向改变，该偏振方向改变的角度的一半，即等于克尔角。本发明由于所述伺服机构的作用，偏振分光镜的转角变化始终跟踪样品反射光偏振角的变化，所以从角度显示器的读数可以测得样品的克尔角。X—Y记录仪在角度信号和扫描磁场强度信号共同作用下给出样品的极向克尔效应磁滞回线，从回线可以确定样品的矫顽力和矩形度，也可以确定样品的克尔角。
本发明测量样品的反射率时，首先把反射率为ρR，的非磁性反射参考标准放在电磁铁气隙中，参考标准将线偏振光源的入射光束反射到偏振分光镜，分为透射光和反射光，在光电转换电路输出端分别产生两电压VST和VSR，由于伺服跟踪机构作用，这两个电压一定要相等，否则差动放大器将输出误差电压驱动伺服跟踪机构推动偏振分光镜转动，直到误差信号为零为止，于是得到V0＝VST＝VSR，可由电压指示器读出。然后，移开反射参考标准，放上被测磁性样品，样品的反射光同样在光电转换电路输出端产生两个电压VT和VR，由于伺服机构作用，这两个电压应相等，在电压指示器读出V＝VT＝VR，根据两次测量可确定样品的反射率ρ=VVR·ρR]]>。
本发明由于采用了伺服跟踪机构，大大简化了测试的操作过程，角度跟踪精度很容易达到0.001°，比手工转动偏振分光镜的操作精度提高了一个数量级。由于采用伺服机构，光源功率波动80％对克尔角测试结果无明显影响，完全消除了光源波动带来的误差。本发明能同时测量样品的磁光特性(包括克尔角、克尔效应磁滞回线、矫顽力和矩形度)和反射率。当光源功率波动为1％、光电转换的非线性和局部非均匀性引起的灵敏度变化为1％、标准反射参考样品的反射率标定值误差为2％时，反射率测试误差为4％，可以方便地用于磁光薄膜材料的研究测量以及磁光盘的研制、生产和商检过程中的测量。
图1为本发明的结构框图；图2为本发明伺服传动机构正视图；图3为本发明伺服传动机构附视图；图4为本发明中平面反射镜镜架立体图；图5为本发明中电磁铁与下底板固定联接的剖面图。
现结合
本发明实施情况小功率激光器1发射线偏振光束经平面反射镜2反射后，入射到位于电磁铁3气隙中的被测样品4上，经样品4反射后，垂直入射到偏振分光镜5上，分成反射光束和透射光束，分别由光电池6和7转换为两光电流，再经电流一电压变换器8和9转换为两个电压，该两电压的差值信号为误差信号，经差动放大器10放大后，送驱动电路11功率放大，用以驱动伺服电机12，伺服电机转速经减速器13减速后，推动偏振分光镜转台14旋转，转台14带动偏振分光镜5转动，使偏振分光镜5的检偏轴与样品4的反射光偏振面夹角始终保持为一恒定值，这样，偏振分光镜5的转角变化始终跟踪样品反射光偏振角的变化，转台14的转角信息由角度传感器15接收，并由角度指示器16显示，同时角度传感器15把角度信号传送给X—Y记录仪17的Y输入端。与此同时，位于电磁铁3气隙中的霍尔片18检取磁场强度信号，经磁场检测电路19放大后输送给X—Y记录仪的X输入端，同时输送给磁场反馈电路20，在磁场反馈电路20中磁场强度信号与三角波发生电路21产生的三角波电压比较，其差值叠加在三角波电压上，经前置放大器22和电磁铁驱动电路23组成的磁场驱动电路去激励电磁铁3的线圈。联接于电流一电压变换器9输出端的电压指示器，可读出伺服跟踪作用后的光电转换电压，用于测量样品的反射率。
为增加伺服跟踪机构的稳定性，伺服跟踪机构的减速器13由长齿轮26、大齿轮27、丝杆28、螺母30、连杆33和永久磁铁块32构成，伺服电机12带动长齿轮26转动，经大齿轮27减速后，带动固联在大齿轮上的丝杆28在螺母30中旋进，丝杆顶尖29推动连杆33带动偏振分光镜转台14转动，永久磁铁块32装设于连杆上与丝杆顶尖29相触处嵌装的铁极头31外侧，可以用磁力实现丝杆28与铁极头31之间的活动联接，为了消除丝杆28与螺母30之间的螺纹间隙，永久磁铁块可同时装设于螺母30外侧，使钢质丝杆和螺母之间保持预紧磁力。
为排除传动误差，减速器13、偏振分光镜转台14和角度传感器15安装在同一底板上，偏振分光镜转台14和角度传感器15之间采用浮悬传动装置联结，该浮悬传动装置由支架42、簧片39、托架38、弹簧40及固定架41构成，支架42固定于底板，两片互相平行的簧片39下部固定于支架42，上部与托架38固定联接，构成仅可在垂直于簧片方向运动的弹性导轨，角度传感器15固定于托架38上，角度传感器15的轴上固定安装传动轮36，该传动轮与偏振分光镜转台14之间用金属丝传送带35形成传动联接，弹簧40一端固定在托架38上，另一端固定于偏振分光镜转台相对一侧的固定架41上，将金属丝传送带35以固定拉力拉紧，保证传送带与传动轮36之间有必要的摩擦力，同时保证当转台14或角度传感器15的轴有微小晃动时该摩擦力保持不变。
为方便地调试平面反射镜2，将所述平面反射镜2安设于镜架上，该镜架由转盘54、镜座49、支座55、调节螺钉53构成，转盘中心部位有通光孔56，镜座49和支座55均固定于转盘54上，平面反射镜2的刀口48安置在镜座49的直角V形槽50中，平面反射镜2背面固定U形拉板51，U形拉板51被固定在转盘上的弹簧52拉紧，联接U形拉板和支座55的调节螺钉53可调节平面反射镜2的角度。从左前方入射到平面反射镜2刀口48边缘中部的光束，经反射后射入到通光孔56中，小范围转动转盘54的角度可以改变光点落在通光孔中的横向位置(与光线入射到反射镜2的入射面相垂直的方向)，调节螺钉53可以改变光点的纵向位置(与横向垂直的方向)。这样在装置安装时可以很方便地将平面反射镜2反射的光点调整到电磁铁3气隙的正中间，并且由于利用平面反射镜的边缘进行反射，平面镜对通光孔56的遮盖部分将减到最小，测试时对光将变得比较容易。
本装置使用的电磁铁与装置底板的固定联接方式示于图5，电磁铁3与底板之间用螺钉46固紧，在底板与电磁铁3之间放置有垫片44，这样的结构大大减轻电磁铁在扫场过程中由磁力引起的形变对底板变形的影响，增加了装置光路的稳定性，从而增加整个装置读数的稳定性。
权利要求
1.一种磁光盘特性测试装置，包括线偏振光源、平面反射镜、偏振分光镜、光电转换电路、差动放大器、自动扫场电磁铁、磁场检测电路、三角波发生电路、磁场反馈电路、磁场驱动电路以及显示磁光回线的X—Y记录仪；其特征在于(1)所述测试装置采用伺服跟踪机构，该机构包括驱动电路、伺服电机和减速器，驱动电路将差动放大器的信号功率放大，驱动伺服电机，伺服电机转速经减速器减速后，推动偏振分光镜转台旋转，转台的转角信息由角度传感器接收后，传送给X—Y记录仪的Y输入端；(2)所述角度传感器转角信息由角度指示器显示；(3)所述光电转换电路输出电压由电压指示器显示。
2.如权利要求1所述的测试装置，其特征在于所述伺服跟踪机构减速器由长齿轮、大齿轮、丝杆、螺母、连杆和永久磁铁块构成，伺服电机带动长齿轮转动，经大齿轮减速后，带动固联在大齿轮上的丝杆在螺母中旋进，丝杆顶尖推动连杆带动偏振分光镜转台转动，永久磁铁块装设于连杆上与丝杆顶尖相触处嵌装的铁极头外侧，并可装设于螺母外侧。
3.如权利要求1或2所述的测试装置，其特征为所述减速器、偏振分光镜转台和角度传感器安装在同一底板上，偏振分光镜转台和角度传感器之间采用浮悬传动装置联结，该浮悬传动装置由支架、簧片、托架、弹簧及固定架构成，支架固定于底板，两片互相平行的簧片下部固定于支架，上部与托架固定联接，构成仅可在垂直于簧片方向运动的弹性导轨，角度传感器固定于托架上，角度传感器的轴上固定安装传动轮，该传动轮与偏振分光镜转台之间用金属丝传送带形成传动联接，弹簧一端固定在托架上，另一端固定于偏振分光镜转台相对一侧的固定架上，将金属丝传送带以固定拉力拉紧。
4.如权利要求1或2所述的测试装置，其特征为所述平面反射镜安设于镜架上，镜架由转盘、镜座、支座、调节螺钉构成，转盘中心部位有通光孔，镜座和支座均固定于转盘上，平面反射镜的刀口安置在镜座的直角V形槽中，平面反射镜背面固定U形拉板，U形拉板被固定在转盘上的弹簧拉紧，联接U形拉板和支座的调节螺钉可调节平面反射镜的角度。
5.如权利要求3所述的测试装置，其特征为所述平面反射镜安设于镜架上，镜架由转盘、镜座、支座、调节螺钉构成，转盘中心部位有通光孔，镜座和支座均固定于转盘上，平面反射镜的刀口安置在镜座的直角V形槽中，平面反射镜背面固定U形拉板，U形拉板被固定在转盘上的弹簧拉紧，联接U形拉板和支座的调节螺钉可调节平面反射镜的角度。
全文摘要
磁光盘特性测试装置，采用伺服跟踪机构，差动放大器的信号经伺服跟踪机构推动偏振分光镜转台旋转，转角信息由角度指示器显示并送X-Y记录仪，光电转换电路输出电压由电压指示器显示。本装置采用一系列措施增加伺服跟踪机构的稳定性、排除传动误差，能同时测量样品的磁光特性(克尔角、克尔效应磁滞回线、矫顽力和矩形度)和反射率，大大简化了测试操作过程，角度跟踪精度可达0.001°，可用于磁光薄膜材料以及磁光盘的研制、生产和商检过程。
文档编号G01R33/02GK1115853SQ9510084
公开日1996年1月31日 申请日期1995年3月20日 优先权日1995年3月20日
发明者谭立国, 李佐宜 申请人:华中理工大学