Prinzip
Faraday-Effekt in Reflexion
Der Faraday-Effekt beschreibt die Drehung der Polarisationsebene linear polarisierten Lichts innerhalb der magnetooptischen Sensorschicht. Die Faraday-Rotation erfolgt durch das Magnetfeld der Probe, welches den Sensor durchdringt. Hierbei werden vorrangig parallel zur Ausbreitungsrichtung des Lichts gerichtete Feldkomponenten sensorisch erfasst.
Sensorik
Magnetooptische Sensoren arbeiten im Reflexionsmodus im direkten Kontakt (Nahfeld) mit der magnetischen Oberfläche der Probe. Der entstehende optische Kontrast wird von lokaler Stärke und Richtung (Polarität) des Magnetfeldes beeinflusst. Man erhält also ein optisches Bild, das einen zweidimensionalen Schnitt durch das magnetische Streufeld der Probe darstellt. Mittels kamera-basierter Sensortechnik (CMOS-MagView) lassen sich magnetooptische Bilder unter definierten Bedingungen als hochaufgelöste Graustufenbilder aufnehmen und ermöglichen damit eine industrietaugliche Bildverarbeitung.
Bildentstehung und Profilextraktion
Ein magnetischer Linearencoder hat eine sinusförmig-alternierende Feldpolarität in Bewegungsrichtung. Wird nun der Encoder mit dessen magnetischer Fläche auf der magnetooptischen Sensorfläche positioniert, entsteht direkt das magnetooptische Bild, welches qualitativ der lokalen Streufeldverteilung entspricht.
Ein kalibrierter CMOS-MagView ermöglicht es, das erhaltene Graustufenbild quantitativ umzurechnen. Somit wird aus dem magnetooptischen Bild pixelweise ein Feldbild generiert, welches nun die Feldstärkeverteilung darstellt. Eine Bildauswertung erlaubt verschiedene Analysen wie beispielsweise das Feldprofil in Bewegungsrichtung des Encoders.
Innerhalb weniger Sekunden kann die Magnetfeldverteilung der Probe analysiert werden.
Schichten
Für sensorische Anwendungen und optische Bauelemente entwickeln wir kundenindividuell einkristalline Granatschichten. Diese basierend auf Bismut-substituiertem Seltenerd-Eisengranat der Stöchiometrie (Bi,SE)3(Fe,Ga)5O12. Die Granatschichten werden mittels der Flüssigphasenepitaxie auf 1 Zoll (FuE-Level) und 3 Zoll (Fertigungslevel) großen Gadolinium-Gallium-Substraten (Gd3Ga5O12) abgeschieden. Durch Einkristallinität und geringe Kristalldefektedichte können hochwertige Schichten für optische Anwendungen sicher gewährleistet werden.
Unterschiede gibt es in der magnetischen Anisotropie. Die Sensortypen A und D (Bias) haben eine out-of-plane Anisotropie. Im Gegensatz dazu weisen die Typen B und C eine vorwiegende in-plane Anisotropie auf.
| Spezifische Faraday-Drehung: | 1 bis 1,5 °/µm |
| Einsatztemperaturbereich: | 23 ± 8 °C für alle Typen, Typ C auch kryogen |
| Magnetischer Dynamikbereich: | 0,05 bis 140 kA/m |
| Sensorchipgrößen: | 8 x 8 mm, 20 x 15 mm (typ.) |
| Ortsauflösung: | 1 bis 30 µm (systembedingt) |
| Sensorgesamtdicke: | 0,5 mm |
| Transmissionsbereich (VIS): | λ > 530 nm |
Sensoraufbau
In Abhängigkeit des Einsatzgebiets werden auf den magnetooptischen Schichten Spiegel mit angepassten Eigenschaften aufgebracht und optional mit einer Kratzschutzschicht versehen. Das Sensordesign ist entscheidend, um einen hohen Faraday-Effekt und eine bestmöglich räumliche Auflösung zu erreichen.
Spezialentwicklungen
Aufgrund der kompletten In-House-Fertigung von magnetooptischen Schichten können wir den Kundenwünschen entsprechend spezielle Granatschichten entwickeln. Folgende Eigenschaften können beispielsweise realisiert werden:
| Schichtdicken: | 0,5 bis 10 µm (typ.) |
| Faraday-Drehungen: | 0,5 bis 15° (polar) |
| Anisotropien: | Out-of-plane (niedrig und hoch uniaxial), in-plane |
| Chipgrößen: | größer als 3 x 3 mm bis maximal 60 x 45 mm |
Standardsensoren
Magnetooptische Sensoren für die Streufeldvisualisierung haben einen festen Arbeitsbereich hinsichtlich Empfindlichkeit und Magnetfeldstärke. Die folgende Übersicht zeigt wichtige Eigenschaften jeden Sensortyps. Alle Eigenschaftswerte gelten für RT = 23°C. Das optische und magnetische Auflösungsvermögen ist vom Prüfsystem abhängig.
Die folgende Übersicht zeigt die Einsetzbarkeit magnetooptischer Sensoren anhand typischer Anwendungsfälle. Generell können Weichmagnetika und Hartmagnetika mit vorzugsweise planer Geometrie unter Direktkontakt zwischen Probenoberfläche und Sensorfläche geprüft werden.
| Einsatzbereich / Materialprüfung | Typ A | Typ B | Typ C | Typ D |
|---|---|---|---|---|
| Streufeldprüfung von Permanentmagneten (Dipol, Multipol) | o | x | x | o |
| Charakterisierung von magnetischen Linearencodern | o | x | xx | o |
| Charakterisierung von magnetischen Rotationsencodern | o | x | xx | o |
| Streufeldprüfung von polymergebundenen Magneten | x | xx | x | x |
| Domänenobservation von Elektroblechen (statisch) | xx | - | - | o |
| Domänenobservation von Elektroblechen (dynamisch) | xx | - | - | o |
| Nachweis von magnetischen Tinten / Banknotenprüfung (remanent) | xx | o | - | x |
| Nachweis von weichmagnetischen Tinten / Banknotenprüfung (Bias-gestützt) | o | - | - | xx |
| Lesen der Information von Magnetstreifenkarten | xx | o | - | x |
| Lesen der magnetischen Information von Tickets | xx | o | - | x |
| Charakterisierung von Supraleitern (kryogener Bereich) | - | o | x | - |
| Nachweis manipulierter Audio- / Videotapes (Forensik) | x | x | - | o |
| Kontrolle der Seriennummer (Schlagzahlen in Stahl) | xx | - | - | o |
| Nachweis von Restmagnetisierung in Permanentmagneten | xx | x | o | x |
| Streufeldkontrolle von Haftmagneten | x | xx | x | x |
| Abbilden magnetischer Mikrostrukturen | o | xx | o | o |
Legende Eignung: xx Sehr gut
x Gut
o Eingeschränkt
- Nicht
