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Aufbau und Charakterisierung eines Faraday-Magnetometers

Sebastian Michlmayr

Heutzutage ist es üblich Information in Form von magnetischen Mikrostrukturen (Magnetstreifen) zu encodieren. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit einer Möglichkeit zur quantitativen Messung der magnetischen Eigenschaften solcher Strukturen. Dazu wurde ein Faraday-Magnetometer entworfen (Abbildung 1) und konstruiert. Zur Messung wurde ein magnetooptische Sensor der Firma Matesy verwendet. Die wichtigsten Komponenten des Magnetometers wurden charakterisiert, um die Grenzen des Aufbaus in der zeitlichen, räumlichen und Amplitudenauflösung zu bestimmen.

Die Charakterisierung konzentrierte sich auf die Lichtquelle, die Kamera, die Polarisatoren und den Faraday-Kristall.

Abbildung 1: Design des verwendeten Aufbaus. Abbildung 2: Mäander-Muster, das bei der charakterisierung beobachtet wurde.

Die Lichtquelle wurde hinsichtlich ihres Kurz- und Langzeit-Verhaltens analysiert. Die Charakterisierung der Kamera zeigte, dass das Langzeitverhalten der Lichtquelle direkt im Ausgangssignal der Kamera abgebildet wird. Folglich wurde entschieden, die Intensität des Beleuchtungsweges zu messen, um seinen Einfluss auf den Ausgang der Kamera zu korrigieren. Außerdem wurde die Kamera hinsichtlich ihres SNR analysiert. Der Faraday-Kristall wurde hinsichtlich seines makroskopischen und mikroskopischen Verhaltens unter Verwendung eines Referenzfeldes, erzeugt von Helmholtz-Spulen, charakterisiert. Dabei wurde ein Mäander-Muster (Abbildung 2), hervorgerufen durch magnetische Domänen-Strukturen, beobachtet, welches die räumliche Auflösung einschränkt.
Die räumliche Auflösung wurde daraufhin unter Verwendung einer zweidimensionalen Fourier-Transformation analysiert.

Die Ergebnisse der Charakterisierung wurden im Anschluss verwendet, um die Genauigkeit des Aufbaus zu erhöhen. Der fertige Aufbau zeigt bei einer Messung ein 2-Sigma-Intervall von plus/minus 0.0527 kA/m bei einer räumlichen Auflösung von 44x44 mikrometer.

Insgesamt zeigte die Charakterisierung eine deutliche Abhängigkeit der zeitlichen, räumlichen und Amplitudenauflösung. Dies muss bei der Auslegung eines Faraday-Magnetometers berücksichtigt werden.

Schlagwörter: Faraday-Effekt, Magnetometer, magnetische Domänenstruktur, magnetooptische Messung, Helmholtz-Spulen, Fourier-Transformation

5. Juli 2018