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Licensed Unlicensed Requires Authentication Published by Oldenbourg Wissenschaftsverlag September 27, 2019

Potential und Einschränkungen der Messung magnetischer Mikrostrukturen mit einem Faraday-Magnetometer

Potential and limitations of measuring magnetic microstructures with a Faraday rotation magnetometer
Ruben Piepgras, Sebastian Michlmayr, Johannes Egger and Bernhard G. Zagar
From the journal tm - Technisches Messen

Zusammenfassung

Magnetische Mikrostrukturen können verwendet werden, um Information zu codieren. Diese Information kann beispielsweise mittels eines Faraday-Magnetometers (engl. Faraday Rotation Magnetometer, FRM) zerstörungsfrei analysiert werden. Ein FRM ist ein magneto-optischer Aufbau auf Basis des Faraday-Effekts, der magnetische Feldstärken mit der Drehung polarisierten Lichts verknüpft. In diesem Beitrag wird zunächst ein geschwindigkeitsoptimiertes FRM vorgestellt, das die Magnetisierungen von Strukturen von etwa 60 µm Größe qualitativ darstellen kann, jedoch für quantitative Messungen nicht gut geeignet ist. Um das Potential und die Limitierungen eines FRMs als quantitatives Messprinzip zu untersuchen, wird anschließend ein generalisierter Aufbau konzipiert und charakterisiert. Hierfür wird die Amplitudenauflösung und damit die Eignung als quantitatives Messsystem in Abhängigkeit der räumlichen und zeitlichen Auflösung bestimmt. Es werden exemplarisch Methoden der Signalverarbeitung zur Verbesserung der Amplitudenauflösung vorgestellt und ausgewertet. Des Weiteren wird gezeigt, wie sich daraus negative Auswirkungen auf die räumliche beziehungsweise zeitliche Auflösung ergeben können. Aus diesen Zusammenhängen lässt sich zunächst für eine gegebene Problemstellung bezüglich geforderter räumlicher, zeitlicher und quantitativer Auflösung abschätzen, ob ein FRM ein geeignetes Messsystem darstellt. In der Folge helfen diese Überlegungen außerdem beim Aufbau sowie der Wahl der Komponenten des Magnetometers.

Abstract

Magnetic microstructures can be used to encode information. This information can then be analyzed non-destructively using, e. g. a Faraday Rotation Magnetometer (FRM). An FRM is a magneto-optical setup built around the Faraday effect, which links magnetic field strengths with the rotation of polarized light. In this contribution we first present an acquisition-speed-focused FRM. With the help of this setup it is possible to qualitatively resolve structures of about 60 µm in size. However, it does not allow any meaningful quantitative measurements. Therefore, we built and characterized a generalized setup in order to establish the potential and limitations of an FRM as a quantitative measurement device. We determine the interdependence of amplitude, spatial, and temporal resolution. Afterwards, we present ways to enhance the signal w. r. t. amplitude resolution, i. e. the suitability for quantitative measurements, as well as their detrimental effects on spatial and temporal resolution. Given a set of requirements, this allows for an estimate of feasibility for an FRM as a quantitative measurement device. Furthermore, it helps in the build as well as the selection of components of the magnetometer.

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Received: 2019-09-04
Accepted: 2019-09-10
Published Online: 2019-09-27
Published in Print: 2019-10-25

© 2019 Walter de Gruyter GmbH, Berlin/Boston