COMS-Magview-磁场相机背后的秘密-磁光传感器！

2023-07-04 16:17:00, 圈内人都会关注上海昊量光电设备有限公司

磁性材料的可靠使用需要精确的磁场分布信息，例如在生产过程中、作为质量管理过程的一部分以及在研发领域中。磁光传感器是无损检测磁场分布的新方法。

图1. 此图代表不同阶段的磁光传感器：初始基板、涂有 MO 和反射层（从左到右）

现有磁场测量系统的原理基于磁场对传感器内电压和电流等电学参数产生不同物理效应。通过测量值和特定材料常数，可以分析磁场强度和通量密度。例如，在霍尔传感器中，导电材料（如半导体材料）的霍尔效应会产生一个输出电压——霍尔电压——其与磁通密度成正比。另一种广泛使用的类型是磁阻传感器，它利用了传感器材料阻力随磁场变化而变化的特性，并因此提供了与施加的磁场相关联的测量电压。

图2. 图示法拉第旋转的图解，其中E=光振幅，d=透明介质中的距离，B=样品磁通密度，而B则是产生的法拉第旋转。

Matesy GmbH位于德国耶拿，探索了一种新的磁光传感器类型（MO-传感器）用于直接场可视化和测量。Matesy引入了磁光学而非电磁效应进行二维磁场分析。磁光传感器具有技术优势，即可以在整个磁表面上直观地识别出磁场及其分布。因此，可以执行实时的磁场分布分析，而不是使用需要在表面上精确定位的霍尔探针进行耗时的“点对点”扫描。

图3. 磁光效应的示意图

一、法拉第效应

磁光传感器的原理是法拉第效应。它描述了通过磁光传感器的线性偏振光的偏振平面的旋转，该磁光传感器暴露在磁场中，该磁场平行于应用光波的传播方向。更具体地，线偏振光由具有相同频率和相位的左圆偏振波和右圆偏振波叠加而成。当光通过施加与光波方向平行的磁场的 MO 介质时，它会分散成两个具有不同相速度的相反旋转的圆偏振波。由于这两个部分波的相移 - 光的偏振面的旋转和每个分量的不均匀吸收 - 导致椭圆偏振波，这最终是磁场强度的可分析现象，并允许有深入了解样品的磁性。

图4. 这是动态范围为 0.05 至 30kA/m 的 MO 传感器在整个传感器表面上的特性图

二、传感器晶片

为了实现准确的成像特性和最佳分辨率，耶拿的研发机构INNOVENT e.V.基于一种铋取代稀土铁石榴石化合物设计了单晶铁磁层，其具有增强的磁光成像特性。传感器层的制造过程是通过液相外延法实现的，这种方法非常适合在单晶石榴石衬底上应用微米级功能涂层。为了确保系统长期功能，还在原始传感器上沉积了一个附加镜面和保护层。对于不同领域的应用，可以定制各种形状和尺寸的传感器。

三、磁场可视化

为了实现磁场的光学可视化，将磁光传感器直接与磁性样品材料接触，并用偏振光源进行照明。光线穿过透明传感器，被镜面反射并再次通过传感器。当经过非互易MO介质的双倍程时，所述法拉第效应与双层厚度成比例。

由于不同旋转角度取决于局部磁场强度，分析极化模块会生成一个强度对比图案，该图案与磁性材料的磁场分布成比例。结果是一幅视觉图像，说明了磁漂移场的二维交点。这种正常组件在X-Y平面上记录和分析的图像采集以及整个传感器表面上同时进行，在实时中发生，并且可以检测和分析动态磁场变化。

磁光传感器是基于迈克尔-法拉第在1845年发现的法拉第效应，他认识到光通过透明介质时，外部施加的磁场会改变光波，这取决于磁场。这一发现是光和磁之间相互作用的第一个迹象，后来导致了麦克斯韦方程的建立，其中包括将光描述为电-磁波。经典物理学中的电-磁相互作用的基本原理就是通过这些发现而产生的。法拉第效应描述的是旋转的通过磁体的偏振光的偏振面（振动面）的影响下的光学介质。与光波传播方向平行的外部磁场（图1）。偏振面的旋转角由以下方程定义

β = V ∙ d ∙ B

其中（指MO传感器）与外部磁场B的静态磁通密度成比例，d是光在MO介质中通过的距离，V是特定材料的Verdet常数，用于表示材料的特定旋转强度。并且因材料不同而不同。因此，Verdet常数取决于光的波长

四、 COMS-Magview系列磁场相机

COMS-Magview系列磁场相机是一种高分辨率、高精度的磁性材料、部件和表面测量和可视化系统，不仅可以使磁场和磁性结构可见，还可以测量磁通量密度。CMOS-MagView是一种用于磁场光学可视化的创新设备。高度工程化的磁光传感器技术可以直接以高光学分辨率观察磁性材料的磁杂散场。对测试样品的磁光分析提供了关于场极性、场均匀性、磁性材料的分布和磁化特性的具体信息，让看不见摸不着的磁场高分辨率可视化成为可能！