Ziel der Entwicklung

Ziel des FuE-Projekts MagPho war die Entwicklung eines neuartigen Verfahrens zur Werkstoffcharakterisierung unter Nutzung von magnetooptischen (MO) Sensoren in Kombination mit einem externen magnetischen Stützfeld (Bias-Feld).
Dieses Bias-Feld-gestützte magnetooptische Verfahren bietet die Möglichkeit, Streufelder weichmagnetischer Materialien zu detektieren und kann weiterhin zur zerstörungsfreien Mikrostrukturprüfung von magnetisierbaren Eisenlegierungen eingesetzt werden.
Das Verfahren ermöglicht magnetische Streufelder mit hoher optischer Auflösung abzubilden. Somit kann eine Visualisierung von kleinen magnetischen Strukturen im Mikrometerbereich erfolgen. Erreicht wurde dieses Ziel durch den Einsatz von hochempfindlichen MO-Sensoren, optimaler Bias-Feld-Konfigurationen auf Basis von Permanentmagneten und dem Aufbau eines magnetooptischen Prüfsystems.

Vorteile und Lösungen

Das Bias-Feld-gestützte magnetooptische Verfahren erlaubt die gleichzeitige Visualisierung von Magnetfeldverteilungen auf einer Fläche von 15 x 10 mm. Weiterhin ist es flexibel erweiterbar für einen Einsatz ausgedehnter MO-Liniensensoren. Kamera-gestützte Magnetooptik ist zudem schnell und ermöglicht eine Bildverarbeitung und Archivierung. Der Anwender hat grundsätzlich den Vorteil, dass MO-Sensoren das Magnetfeld direkt an der Prüflingsoberfläche abbilden.

Zielgruppe und Zielmarkt

Die entwickelten Systeme Bias-Feld-gestützter CMOS-MagView und Bias-Feld-gestützter MagView können als magnetooptische Analysewerkzeuge zu Charakterisierungszwecken eingesetzt werden. Im Weiteren konnte die Entwicklung von höchstempfindlichen MO-Sensoren mit hoher spezifischer Faraday-Rotation vorangetrieben werden. Diese sind besonders für die Visualisierung von magnetischen Mikrostrukturen geeignet. Weiterführend lässt sich die Methode auch für Anregungsfelder auf Basis magnetischer Joche für Wechselfelder adaptieren.
Das Verfahren ist für den Laboreinsatz entwickelt worden, kann jedoch auch in der industriellen In-Line-Prüfung eingesetzt werden. Magnetooptische Sensorsysteme sind vielseitig einsetzbar und ermöglichen Lösungsansätze, die mit herkömmlicher Technik nicht realisierbar sind. Der Einsatz des entwickelten Verfahrens konzentriert sich im Wesentlichen auf folgende Systeme und Anwendungsbereiche:
1. Bias-Feld-gestützter CMOS-MagView für Banknotenprüfung, Forensik und Elektroblechprüfung:
Das kompakte Gerät nutzt alle Vorzüge der kamerabasierten Direktvisualisierung. Durch eine optimierte Biasfeldanordnung wird eine geeignete Aufmagnetisierung der weichmagnetischen Probe erreicht und eine ausreichend hohe magnetooptische Empfindlichkeit des Sensors gewährleistet. Das Verfahren kann zur automatisierten Schnellprüfung von Banknoten (hart- und weichmagnetische Tinte), in der Forensik (Seriennummernprüfung, Sicherheitsdokumente) und prinzipiell auch zur zerstörungsfreien Materialprüfung von Elektroblechen verwendet werden.
2. Bias-Feld-gestützter MagView als universelles Prüfwerkzeug:
Beim mobilen Handgerät MagView handelt es sich um ein universell einsetzbares MO-Auslesegerät zur schnellen Visualisierung magnetischer Streufelder. Die höchstempfindlichen Bias-Feld-MO-Sensoren, die während dieses Projektes entwickelt wurden, können je nach Anwendungsfall hinsichtlich Bias-Feldstärke und in der Chipgröße angepasst werden. Visualisiert werden können schwache Magnetfelder von weichmagnetischen Werkstoffen, Schweißnähte, Elektrobleche und Banknotendruckstrukturen.
3. Dünne MO-Sensoren für die Polarisationsmikroskopie:
Die Polarisationsmikroskopie und Kerr-Mikroskopie nutzen polarisiertes Licht und Vergrößerungsoptiken, um Strukturen im niedrigen Mikrometermaßstab sichtbar zu machen. Die Verwendung von magnetooptischen Sensoren in Kombination mit mikroskopischen Verfahren bietet eine zusätzliche Option, um mikroskopische Magnetfeldverteilungen (magnetische Domänen von Stahllegierungen, Dünnschliffe von Mineralien, magnetische Datenträger, Domänen von Formgedächtnislegierungen) zu visualisieren. Der neu entwickelte dünne magnetooptische Sensor mit hoher spezifischer Faraday-Rotation ermöglicht hier eine bestmögliche Magnetfeldauflösung, da die Streufelder der Mikrostrukturen höher aufgelöst abgebildet werden. Diese Sensoren werden in magnetooptischen Objektiven eingesetzt. Letztlich können MO-Sensoren auch für die hochauflösende Kerr-Mikroskopie als kontrastverstärkendes Element verwendet werden.
4. Einzelsensoren:
Aus unserer bisherigen Erfahrung nehmen die Einsatzfelder von magnetooptischen Schichten und Sensoren von Jahr zu Jahr zu. Neue Entwicklungen betreffen Forschungsaktivitäten auf den Gebieten der Supraleitung, Domänenvisualisierung, der Plasmonik, der Photonik, der Magnonik, der Wirbelstromprüfung und der Formgedächtnislegierungen. Der Bedarf an MO-Granatschichten mit gezielt eingestellter magnetischer Anisotropie, Schichtdicke und Chipgröße wird also weiter ansteigen.