Magnetooptische Visualisierung von Magnetfeldern

Unsere hochempfindlichen Sensoren der Magnetooptik bilden die Grundlage für die Visualisierung magnetischer Felder und sind in Größen bis zu 3 Zoll verfügbar. Anwendungen für die Sensoren finden sich unter anderem in der Forensik und der Qualitätskontrolle magnetischer Materialien .

Physikalischer Hintergrund

Das der Magnetooptik zugrundeliegende Prinzip ist der Faraday-Effekt. Er beschreibt die Drehung der Polarisationsebene von linear polarisiertem Licht beim Durchgang durch ein transparentes Medium, auf welches ein magnetisches Streufeld parallel zur Ausbreitungsrichtung der Lichtwelle wirkt. Genauer betrachtet besteht linear polarisiertes Licht aus der Überlagerung einer links- und einer rechtszirkular polarisierten Welle mit gleicher Frequenz und Phase. Durchläuft das Licht nun ein magnetooptisches Medium, an dem ein magnetisches Feld parallel zur Ausbreitungsrichtung des Lichtes angelegt wird, teilt es sich in zwei entgegengesetzt drehende zirkular polarisierte Wellen.

Für die beiden Teilwellen kommt es nun zur Phasenverschiebung, da sie unterschiedliche Brechungsindizes und Ausbreitungsgeschwindigkeiten aufweisen. Ihre Frequenz bleibt gleich. Aus dieser Verschiebung ergibt sich die Drehung der Polarisationsebene. Beim Austritt der zirkular polarisierten Teilwellen kommt es, durch Absorption, zur Entstehung einer gemeinsamen elliptisch polarisierten Welle. Aus den verschiedenen Drehwinkeln in Abhängigkeit der Magnetfeldstärke resultieren auf dem Sensor kontrastunterschiede die sich optisch auswerten lassen. So wird eine direkte Echtzeit-Visualisierung von statischen Magnetfeldern über die gesamte Sensorfläche erreicht.

Faraday Drehung im MO Sensor

Schematische Darstellung der Faraday-Drehung im MO-Sensor.

Physikalisches Grundprinzip Faraday Drehung

Legende

• d = Länge des Lichweges durch das Substrat
• B = magnetische Flussdichte
• V = Verdet-Konstante
• ß = Drehwinkel

Herstellung des Sensors

Zur Herstellung  der Sensoren werden Granatschichten auf einem Substrat mittels Flüssigphasenepitaxie abgeschieden. Die Beschichtung erfolgt technologiebedingt auf beiden Seiten des Substrates. Für die Konfektionierung des magnetooptischen Sensors aus der aufgewachsenen Granatschicht werden die Schichten weiteren Prozessen unterworfen:

• Oberflächenpräparation über Polierprozess
• Sensorformatierung in die anwendungsspezifische Geometrie
• Verspiegelung der Sensoren über Sputterprozess
• Sensorveredelung durch Hartstoffschicht gegen mechanischen Verschleiß über Sputterprozess

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