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Dokumentenidentifikation DE3687548T2 19.05.1993
EP-Veröffentlichungsnummer 0208476
Titel Magnetfeldmessfühler mit einem magnetooptischen Element.
Anmelder Kabushiki Kaisha Toshiba, Kawasaki, Kanagawa, JP
Erfinder Shimanuki, Senji c/o Patent Division;
Nomura, Shunji c/o Patent Division;
Yamashita, Tomohisa c/o Patent Division, Minato-ku Tokyo, JP;
Hashimoto, Susumu c/o Patent Division, Minoto-ku Tokyo, JP
Vertreter Stolberg-Wernigerode, Graf zu, U., Dipl.-Chem. Dr.rer.nat.; Suchantke, J., Dipl.-Ing.; Huber, A., Dipl.-Ing.; von Kameke, A., Dipl.-Chem. Dr.rer.nat.; Voelker, I., Dipl.-Biol.; Franck, P., Dipl.-Chem.ETH Dr.sc.techn., Pat.-Anwälte, 2000 Hamburg
DE-Aktenzeichen 3687548
Vertragsstaaten BE, CH, DE, LI
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 26.06.1986
EP-Aktenzeichen 863049599
EP-Offenlegungsdatum 14.01.1987
EP date of grant 20.01.1993
Veröffentlichungstag im Patentblatt 19.05.1993
IPC-Hauptklasse G01R 33/032

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf einen Magnetfeldsensor, welcher den magnetooptischen Effekt eines magnetischen Materials verwendet. Insbesondere sorgt sie für einen Magnetfeldsensor, welcher einen großen Bereich an Magnetfeldern mit einem hohen Genauigkeitsgrad messen kann.

Auf dem Gebiet der elektrischen Energie erfordert das effektive Fahren und die Automatisierung elektrischer Energiesysteme digitale Steuer- und Schutzsysteme für die Hochspannungsanlage in Unterwerken und dergleichen. Strom- und Spannungssensoren für die Steuerung und Messung des Stroms und der Spannung von Anlagen zur Hochspannungs-Leistungsübertragung sind zu diesem Zweck unerläßlich. Die Notwendigkeit, daß die Ausrüstung klein, billig und zuverlässig ist, bedeutet, daß Strom- und Spannungssensoren gut gegen hohe Spannungen isoliert, beständig gegen elektromagnetische Störungen und von hohem Leistungsverhalten sein müssen.

Bis jetzt sind die Steuerung und die Messung von Strom unter Verwendung eines großen Transformators mit Kern und Wicklungen ausgeführt worden, doch bedeutet dies, daß es ein Raumproblem gibt und daß es Probleme gibt, die mit einer dürftigen Isolierung gegen eine hohe Spannung und einem geringen Widerstand gegenüber elektrischem Rauschen zusammenhängen.

Um diese Probleme zu lösen, die mit Transformatoren zusammenhängen, ist der optische Magnetfeldsensor als stromabfühlende Einrichtung für elektrische Systeme entwickelt worden. In den jüngsten Jahren sind ein magnetischer Granat-Einkristall und ZnSe-Einkristalle, die einen großen magnetooptischen Effekt (Faraday'schen Effekt) und wenig optische Absorption haben, in Berichten über optische Magnetfeldsensoren offenbart worden, welche diese in Kombination mit optischen Fasern verwenden (z. B. National Technical Report Band 29, Nr. 5, Okt. 1983, S. 70-80; Keiso, Band 26, Nr. 11, Okt. 1983, S. 55-60 und japanische Patentoffenlegung Nr. 58-139082).

Diese optischen Magnetfeldsensoren bestehen aus einem Lichtquellenteil (d. h. einer Licht abstrahlenden Diode), einem das Magnetfeld feststellenden Teil, der das magnetische Granat-Einkristall, das einen Faraday'schen Effekt hat (z. B. (Y,Tb)&sub3;Fe&sub5;O&sub1;&sub2;, (Y,Sm,Lu,Ca)&sub3;(Fe,Ge)&sub5;O&sub1;&sub2;, [Y0,3Sm0,5Lu1,4Ca0,6Gd0,2](Fe4,4Ge0,6)O&sub1;&sub2;) und Polarisatoren enthält, einem Licht messenden Teil, welcher das Licht empfängt, das von dem Lichtquellenteil abgestrahlt wird und einer optischen Übertragungsleitung, welche mit Hilfe optischer Mittel den Lichtquellenteil, den Teil zum Feststellen des Magnetfeldes und den Licht messenden Teil miteinander verbindet.

Wie in Fig. 7 der beigefügten Zeichnungen gezeigt, welche ein Blockschaltbild eines konventionellen Magnetfeldsensors ist, gibt es eine Lichtquelle 1, einen Polarisator 2, ein Faraday'sches Element (magnetischer Granat in der Form einer Dünnschicht) 3 als magnetooptisches Element, einen Polarisator 4 und ein Fotorezeptorelement 5, nacheinander angeordnet. Sie sind durch optische Mittel für die Lichtübertragung, beispielsweise optische Fasern, Linsen oder dergleichen (nicht gezeigt) miteinander verbunden. Die Richtung der Achse für eine leichte Magnetisierung des Faraday'schen Elements 3 liegt rechtwinklig zur Dünnschichtebene, und labyrinthartige magnetische Bereiche sind in der Dünnschicht ausgebildet. Bei diesem Faraday'sche Element 3 ist die Dünnschicht rechtwinklig zur Richtung 6 des zu messenden Magnetfeldes angeordnet, so daß seine Achse der leichten Magnetisierung parallel zur Richtung des zu messenden Magnetfelds liegt (japanische Patentoffenlegung Nr. 58-139082. 58- 27071, 58-27072). Das Licht wird rechtwinklig zur Dünnschichtebene des Faraday'schen Elements 3 übertragen. Die Polarisatoren 2 und 4 sind so angeordnet, daß ihre Polarisationsachsen einen Winkel von 45º gegeneinander bilden.

Das Prinzip dieses optischen Magnetfeldsensors soll jetzt erklärt werden. Das von der Lichtquelle 1 abgestrahlte Licht wird zuerst bei Polarisator 2 polarisiertes Licht und geht dann durch das Faraday'sche Element 3 hindurch. Wenn das an Faraday'sche Elemente 3 angelegte Licht 0 (Null) ist, dann befindet sich das Faraday'sche Element 3 in einem entmagnetisierten Zustand und, da es ja keine Magnetisierungskomponente in der Übertragungsrichtung des Lichts gibt, dreht sich die Polarisationsebene des Lichts nicht. Weil die Polarisationsachsen zwischen den Polarisatoren 2 und 4 um einen Winkel von 45º gegeneinander gedreht sind, wird das Licht von Lichtquelle 1 durch das Fotorezeptorelement 5 festgestellt. In diesem Fall wird das Licht nur um den Betrag der Dämpfung in den Elementen reduziert, die den Sensor bilden.

Wenn andererseits das Magnetfeld H an das Faraday'sche Element 3 angelegt wird, dann induziert das Magnetfeld H eine Magnetisierungskomponente in dem Faraday'schen Element 3 in der Übertragungsrichtung des Lichts, und die Polarisationsebene des linear polarisierten Lichts, das durch das Faraday'sche Element 3 hindurchgeht, wird um einen Winkel R poportional M gedreht, nämlich:

R = RF·l·M/MS

(wobei RF: Koeffizient der Faraday'schen Drehung, l: optischer Pfad des Faraday'schen Elements, MS Sättigungs-Magnetisierung) bedeuten). Allgemein gesagt, beim magnetischen Granat ändert sich die Magnetisierungskomponente M linear mit dem Magnetfeld solange, bis das Magnetfeld erreicht ist, das dem Entmagnetisierungsfeld

Hd = N·MS

äquivalent ist (wobei N: Feld-Entmagnetisierungskoeffizient), so daß der Drehwinkel R ebenfalls proportional H ist. Je größer dieser Drehwinkel R wird, desto größer ist die Änderung bei der Intensität P des Lichts, das durch den Polarisator 4 hindurchgeht und durch das Fotorezeptorelement 5 festgestellt wird. Bei dem vorstehend beschriebenen Magnetfeldsensor wird deshalb die Größe des Magnetfelds H durch die Änderung bei der Lichtintensität P gemessen.

Jedoch gibt die vorstehend beschriebene Ausführungsform des Magnetfeldsensors Veranlassung zu den folgenden Problemen: Wenn der Durchmesser des Lichtstrahls klein ist, dann ist es wahrscheinlich, daß er durch eine Nichteinheitlichkeit der Schemabreite der magnetischen Bereiche und durch die Breite dieser Bereiche beeinflußt wird. Dies bedeutet, daß dann, wenn das zu messende Magnetfeld sich dynamisch ändert, sich der Winkel R in Abhängigkeit von der Gestalt und Richtung des magnetischen Granat-Einkristalls bezogen auf das gemessene Magnetfeld ebenfalls ändern kann. Dies macht es schwierig, das Magnetfeld mit einem hohen Grad an Genauigkeit zu messen. Ein weiteres Problem ist, daß dann, wenn die Sättigungsmagnetisierung groß ist, die Energie des sich entmagnetisierenden Felds ebenfalls größer ist, so daß man im allgemeinen nicht zulassen kann, daß die Sättigungsmagnetisierung zu stark wird, mit dem Ergebnis, daß es schwierig ist, ein starkes Magnetfeld zu messen.

Nichtmagnetisches ZnSe kann anstelle eines Granat-Einkristalls verwendet werden, wenn ein starkes Magnetfeld gemessen wird. Doch gibt es auch hier ein Problem insofern, als ZnSe nur einen geringen magnetooptischen Effekt und geringe Empfindlichkeit hat.

Zusätzlich zu den vorstehend erwähnten Problemen, bei denen es wahrscheinlich ist, daß sie durch die Breite der magnetischen Bereiche beeinflußt werden, ist es mit dem konventionellen optischen Magnetfeldsensor schwierig, ein kleines Magnetfeld zu messen, das die Beschränkung der Sättigungsmagnetisierung MS hat. Das Maß der Empfindlichkeit S mit MS wird als Funktion der magnetisierten Richtung oder der Gestalt des magnetischen Granat- Einkristalls ausgedrückt, das als Faraday'sches Element verwendet wird:

S = R·l/MS.

Es ist ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, für einen Magnetfeldsensor zu sorgen, welcher einen großen Bereich an Magnetfeldern mit einem hohen Ausgangsleistungssignal und mit einem hohen Grad an Genauigkeit messen kann.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird für einen Magnetfeldsensor gesorgt, der mit einem Lichtquellenteil, einem ein Magnetfeld feststellenden Teil, der ein magnetooptisches Element enthält, das aus einem magnetooptische Wirkungen aufweisenden Material und Polarisatoren besteht und einem Licht messenden Teil versehen ist, der das Licht mißt, welches von dem Lichtquellenteil abgestrahlt worden und durch den das Magnetfeld feststellenden Teil hindurchgegangen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetooptische Element (13) so angeordnet ist, daß seine leicht magnetisierbare Achse im wesentlichen rechtwinklig zur Richtung des zu messenden Magnetfelds (16) verläuft.

Die folgenden können als spezielle Beispiele für die Herstellung des Magnetfeldsensors der Erfindung zitiert werden: (1) eine Konstruktion, bei welcher das magnetooptische Element die Form einer Dünnschicht hat, wobei deren Achse der leichten Magnetisierung in der Dünnschichtebene liegt, das heißt, die Richtung der leichten Magnetisierungsachse ist parallel zur Dünnschichtebene, die Dünnschichtebene des magnetooptischen Elements ist rechtwinklig zur Richtung des zu messenden Magnetfelds, und das Licht wird rechtwinklig zur Dünnschichtebene übertragen, das heißt, die Richtung des einfallenden Lichtstrahls ist rechtwinklig zur Dünnschichtebene; (2) eine Konstruktion, bei welcher das magnetooptische Element die Form einer Dünnschicht hat, wobei deren Achse der leichten Magnetisierung in der Dünnschichtebene liegt, die Dünnschichtebene des magnetooptischen Elements parallel zur Richtung des zu messenden Magnetfelds ist und das Licht parallel zur Dünnschichtebene übertragen wird; (3) eine Konstruktion, bei welcher das magnetooptische Element die Form einer Dünnschicht hat, wobei deren Achse der leichten Magnetisierung in einer Richtung rechtwinklig zur Dünnschichtebene zeigt, die Dünnschichtebene des magnetooptischen Elements parallel zur Richtung des zu messenden Magnetfelds ist und das Licht rechtwinklig zur Dünnschichtebene des magnetooptischen Elements übertragen wird; oder (4) eine Konstruktion, bei welcher das magnetooptische Element die Form einer Dünnschicht hat, wobei deren Achse der leichten Magnetisierung rechtwinklig zur Dünnschichtebene ist, die Dünnschichtebene des magnetooptischen Elements parallel zur Richtung des zu messenden magnetischen Felds ist und das Licht parallel zur Dünnschichtebene des magnetooptischen Elements übertragen wird.

Bei den vorstehend erwähnten Fällen (1), (2), (3) und (4) ist das magnetooptische Element vorzugsweise ein Material, das eine einachsige magnetische Anisotropie hat.

Wenn die Achse der leichten Magnetisierung in der Dünnschichtebene liegt, wie bei den Konstruktionen (1) oder (2), dann ist das anisotrope Magnetfeld HK des magnetischen Materials, das das magnetooptische Element bildet, rechtwinklig zur Dünnschichtebene und sollte seine Sättigungsmagnetisierung MS die Beziehung HK < MS befriedigen. Wenn die Achse der leichten Magnetisierung des magnetooptischen Materials in einer Richtung rechtwinklig zu der Dünnschichtebene ist, wie bei Konstruktion (3), dann liegt das anisotrope Magnetfeld HK rechtwinklig zur Dünnschichtebene des magnetischen Materials, seine Koerzitivkraft HC und seine Sättigungsmagnetisierung MS sollten die Beziehung HK ≥ MS und HC > MS erfüllen. Wenn die Achse der leichten Magnetisierung des magnetischen Materials rechtwinklig zur Dünnschichtebene liegt, wie bei Konstruktion (4), dann liegt das anisotrope Magnetfeld HK rechtwinklig zur Dünnschichtebene des magnetischen Materials, und seine Sättigungsmagnetisierung sollte die Beziehung HK > MS befriedigen.

Magnetischer Granat, (beispielsweise) durch die nachstehend gegebene allgemeine Formel ausgedrückt, wird als magnetisches Material verwendet. Magnetisches Material, das die vorstehend beschriebenen Bedingungen erfüllt und folglich kann man Magnetfeldsensoren der vorstehend beschriebenen Konstruktionen (1) bis (4) durch Änderung dieser Zusammensetzung in geeigneter Weise erhalten.

Der verwendete magnetische Granat hat die Zusammensetzung, die durch die 1. allgemeine Formel R&sub3;Fe&sub5;O&sub1;&sub2; ausgedrückt wird (wobei R mindestens ein Element ist, das aus Y, La, Ce, Nd, Pr, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb und Lu gewählt wird), die Zusammensetzung, die durch die 2. allgemeine Formel [BixR3-x]Fe&sub5;O&sub1;&sub2; ausgedrückt wird (wobei R mindestens ein Element ist, das aus Y, La, Ce, Nd, Pr, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb und Lu gewählt wird, 0,01≤x≤2,5) oder die Zusammensetzung, die durch die 3. allgemeine Formel [BixR3-x] (Fe5-y-zMyNz)O&sub1;&sub2; ausgedrückt wird (wobei R mindestens ein Element ist, das aus y, Ca, Sr, La, Ce, Nd, Pr, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb und Lu gewählt wird, M mindestens ein Element ist, das aus Ga, Al, Ge, Si, V und Sb gewählt wird und N mindestens ein Element ist, das aus Ti, Cr, Mn, Ni, Co, Zr, Hf, Sn, Mg, In, Ta, Nb und Sc gewählt wird, 0,01≤x≤2,5, 0,01≤y≤2,0, 0,01≤z≤1,0).

Es folgt eine Erklärung der Wirkung der Elemente, die das magnetische Granat bilden, das durch diese Formeln ausgedrückt ist und für die Gründe für die Grenzwerte, die für deren Gehalt in jedem Fall gesetzt sind.

Bi (Wismuth) hat die Wirkung einer Verstärkung des magnetooptischen Effekts und der Erhöhung der Empfindlichkeit des Magnetfeldsensors. Der Grund, weshalb der Bereich von x, welcher den Bi-Gehalt repräsentiert, zu 0,01≤x≤2,5 gesetzt wurde, ist, daß bei x kleiner als 0,01 es keine beobachtbare Steigerung beim magnetooptischen Effekt gibt, während mit x größer als 2,5 es schwierig ist, das Einkristall zu züchten oder die Ausbeute geringer ist oder aber mehr Ausfälle bei dem Einkristall auftreten, was es für den Gebrauch ungeeignet macht.

Das M, welches bei der 3. allgemeinen Formel statt eines Teils von Fe (Eisen) substituiert ist, ist ein nicht-magnetisches Element, welches die Wirkung einer Drehung der leichten Achse der Magnetisierung zur Dünnschichtebene durch Reduzieren der lotrechten magnetischen Anisotropie hat oder sie rechtwinklig zur Dünnschichtebene durch Reduzierung der Sättigungsmagnetisierung bringt. Der Grund, weshalb der Bereich von y, welcher den M-Gehalt repräsentiert, auf 0,1≤y≤2,0 gesetzt wurde, ist, daß dann, wenn y geringer als 0,1 ist, die vorstehend erwähnten Effekte nicht erzielt werden, während bei y größer als 2,0 der magnetooptische Effekt reduziert wird.

Das N, welches bei der 3. allgemeinen Formel in ähnlicher Weise für einen Teil des Fe substituiert wurde, hat die Wirkung einer Erhöhung der Magnetisierung in der Dünnschichtebene oder rechtwinklig zu dieser und macht es möglich, höhere Magnetfelder zu messen. Der Grund, weshalb der Bereich von z, welches den N-Gehalt repräsentiert, zu 0,01≤z≤1,0 gesetzt wurde, ist, daß dann, wenn z kleiner als 0,01 ist, die erwähnten Effekte nicht erzielt werden, während mit z größer als 1,0 der magnetooptische Effekt herabgesetzt wird.

Weil es Bi enthält, hat das durch die vorstehend gegebenen allgemeinen Formeln ausgedrückte magnetische Granat einen sehr großen magnetooptischen Effekt und eine ausgezeichnete Magnetfeld-Empfindlichkeit und kann folglich sehr kleine Magnetfelder messen. Die Komponenten M (Ga, Al, Ge, Si, V, Sb) und N (Ti, Cr, Mn, Ni, Co, Zr, Hf, Sn, Mg, In, Ta, Nb, Sc) versetzen es darüberhinaus in die Lage, hohe Magnetfelder zu messen. Bei den N-Komponenten ist dieser Effekt speziell im Fall von Co (Kobalt) ausgeprägt.

Durch Wahl der geeigneten Zusammensetzung kann man mit den vorstehend erwähnten Konstruktionsfällen (1), (3) und (4) über einen großen Magnetfeldbereich mit hoher Genauigkeit messen, und beim Konstruktionsfall (2) kann man über einen kleinen Magnetfeldbereich mit hoher Empfindlichkeit und hoher Genauigkeit messen.

Weiterhin kann dem magnetischen Granat, das durch die allgemeine Formel R&sub3;Fe&sub5;O&sub1;&sub2;, [BixR3-x]Fe&sub5;O&sub1;&sub2; oder [BixR3-x](Fe5-y-zMyNz)O&sub1;&sub2; ausgedrückt wird, ein Faraday' scher Drehwinkel gegeben werden, der über einen großen Temperaturbereich konstant ist, indem man den Gd-, Tb- und Dy-Gehalt von R, den M- Gehalt y und den N-Gehalt z justiert.

Die Dicke der magnetischen Granatschicht, die bei der Erfindung verwendet wird, wird unter Bezugnahme auf das Übertragungsvermögen und die Größe des Faraday'schen Drehwinkels bestimmt. Wenn das Licht rechtwinklig zur Dünnschichtebene des magnetischen Materials übertragen wird, wie bei den Magnetfeldsensoren der Konstruktion (1) oder (3), dann beträgt die Dicke gewöhnlich 1-400 um und vorzugsweise 4-100 um; es können mehrere übereinandergelagerte Schichten verwendet werden. Wenn das Licht parallel zur Dünnschichtebene des magnetischen Materials übertragen wird, wie bei den Magnetfeldsensoren von Konstruktion (2) oder (4), dann beträgt die Dicke gewöhnlich mindestens 10 um und vorzugsweise mindestens 40 um; es können mehrere Schichten verwendet werden, die in der Übertragungsrichtung des Lichts angeordnet sind. Als Alternative kann eine dünne Folie mit einer maximalen Dicke von 5 mm anstelle der Dünnschicht verwendet werden. Insbesondere kann man, wenn mehrere Dünnschichten eines magnetischen Granats mit verschiedenen Temperaturkennwerten verwendet werden, wobei ihre Zusammensetzung wie oben justiert ist, ein Leistungsverhalten bezüglich des Faraday'schen Drehwinkels erhalten, welches trotz Temperaturänderungen stabil ist, was es ermöglicht, Magnetfeldmessungen über einen großen Temperaturbereich auszuführen.

Die bei dieser Erfindung verwendete Dünnschicht eines magnetischen Granats kann von beliebiger Gestalt sein (rund, rechteckig usw.), und es gibt keine Notwendigkeit, irgendeine spezielle Gestalt anzunehmen. Das Verhältnis der Dicke t zur Länge (insbesondere der Mindestlänge ls) der Dünnschicht oder dünnen Folie ist vorzugsweise t/ls ≤ 0,5.

Der bei der Erfindung verwendete magnetische Granat kann entweder ein Einkristall oder polykristallin sein; doch sind gewöhnlich Einkristalle, welche wenig Licht absorbieren, zu bevorzugen. Übliche Methoden des Züchtens solcher Einkristalle beinhalten den Schmelzmethodenprozeß, welcher die Oxide PbO, Bi&sub2;O&sub3;, MoO&sub3;, V&sub2;O&sub5; usw. als Schmelzmittel verwendet, das CVD-Verfahren (chemisches Abscheiden von Feststoffen aus der Dampfphase), das LPE-Verfahren (die Flüssigphasen-Epitaxie), das FZ-Verfahren (das tiegelfreie Zonenschmelzen), das TSSG-Verfahren (Züchtungsverfahren durch Oberflächenimpfung) und das Hydrothermalverfahren.

Die durch das einachsige Wachstum induzierte Anisotropie (einachsige magnetische Anisotropie) tendiert dazu, in einem Einkristall aus magnetischem Granat aufzutreten, der durch das LPE- oder die Schmelzverfahren gezüchtet wurde, welches die gegenwärtig am meisten verwendeten sind. Wenn ein Einkristall aus magnetischem Granat, der beispielsweise mit Hilfe eines Schmelzverfahrens gezüchtet worden ist, eine einachsige magnetische Anisotropie hat, dann kann er bei den Magnetfeldsensoren der Konstruktionen (1) und (2) verwendet werden. Die Dünnschicht aus magnetischem Granat wird dadurch hergestellt, daß senkrecht zur Ebene der Schicht in der Richtung geschnitten wird, in der sich die einachsige magnetische Anisotropie entwickelt hat (dies ist die leichte Magnetisierungsachse). Ein Einkristall aus magnetischem Granat, welcher bei den Magnetfeldsensoren der Konstruktion (3) oder (4) verwendet werden kann, wird dadurch hergestellt, daß vertikal in der Richtung geschnitten wird, in welcher sich die magnetische Anisotropie entwickelt hat. Wenn die Dünnschicht aus magnetischem Granat dadurch hergestellt wird, daß horizontal oder vertikal in der Richtung geschnitten wird, in der sich die magnetische Anisotropie entwickelt hat, dann liegen die leichte Magnetisierungsachse und die Richtung zur Messung des Magnetfelds rechtwinklig zueinander. Die Schicht kann für den Magnetfeldsensor jeder der Konstruktionen (12), (2), (3) und (4) verwendet werden.

Bei der Dünnschicht aus magnetischem Granat-Einkristall liegt die leichte Magnetisierungsachse, während sie auch von der Zusammensetzung abhängt, in irgendeiner der Richtungen (111), (110) und (100). Bei den Magnetfeldsensoren der Konstruktionen (1), (2), (3) und (4), welche eine solche einachsige magnetische Anisotropie haben, ist, weil die Magnetisierungsänderung durch die Drehung des magnetischen Moments auftritt, der Grenzwert des Magnetfelds HS, der gemessen werden kann, die Summe des Entmagnetisierungsfelds (N·MS) und des anisotropen Magnetfelds HK (= 2KU/MS). Dies macht es möglich, hohe Magnetfelder zu messen.

Die einachsige magnetische Anisotropie-Energie KU kann nämlich maximal auf ungefähr 10&supmin;² J/cm³ (10&sup5; erg/cm³) durch Steuern der Zusammensetzung geändert werden. MS kann im Bereich von 0-1,65·10&sup5; A/m (0-160 Gauss) hergestellt werden. Deshalb hat H&sub5; einen Maximalwert von ungefähr 795 kA/m (10 KOe), und darum ist die Messung des hohen Magnetfelds möglich.

Speziell kann man einen großen Wert KU erreichen, bei welchen die Verbindungen die Elemente Pr, Nd, Sm, Eu, Tb und Bi enthalten.

Desgleichen kann bei den Magnetfeldsensoren der Konstruktion (2) der Grenzwert des Magnetfelds HS kleiner als MS sein, weil die Wirkung der Entmagnetisierung gering ist, und deshalb tritt die Magnetisierungsänderung durch ein kleines Magnetfeld HS in dem Fall auf, in dem die Magnetisierungsrichtung in der Ebene des magnetooptischen Elements liegt und die Magnetfelddrehung in dieser Ebene erfolgt. Die Meßempfindlichkeit S (S = RF·l/HS) ist groß, und infolgedessen wird die Messung mit der hohen Empfindlichkeit und der hohen Genauigkeit für ein kleines Magnetfeld möglich.

Bei dem LPE-Verfahren wird Gadolinium-Gallium-Granat Gd&sub3; Ga&sub5;O&sub1;&sub2; (GGG), welches (111)-Flächen hat, gewöhnlich als Substrat bei der Konstruktion (3) oder (4) benutzt, und diese Dünnschicht wird durch epitaxiales Züchten des gewünschten Einkristalls aus magnetischem Granat auf diesem Substrat verwendet. Im Fall des Substrats der Konstruktion (1) oder (2) kann die leichte Magnetisierungsachse in der Dünnschichtebene gebildet werden, wenn die Achse in der (110)-Richtung verläuft. Wenn die Achse in der (111)- oder (100)-Richtung liegt, dann kann sie in ähnlicher Weise in der Dünnschichtebene durch Verwendung eines Substrats mit einer (110)-Stirnseite hergestellt werden.

Wenn man einen Einkristall aus magnetischem Granat mit beispielsweise einem hohen Bi-Gehalt züchtet, dann ist zu bevorzugen, ein Einkristallsubstrat aus Nd&sub3;Ga&sub5;O&sub1;&sub2;, Sm&sub3;Ga&sub5;O&sub1;&sub2; oder deren Derivaten, bei welchen es eine minimale Fehlpassung von Gitterkonstanten mit dem Einkristall aus magnetischem Granat gibt, anstelle des GGG-Substrats zu verwenden.

Bei dem Magnetfeldsensor gemäß der vorliegenden Erfindung ist es wünschenswert, daß die leichte Magnetisierungsachse des magnetischen Granats und die Richtung des zu messenden Magnetfelds vollkommen rechtwinklig übereinanderliegen, wenn aber die leichte Magnetisierungsachse nicht genau rechtwinklig zur Richtung des zu messenden Magnetfelds liegt, dann kann der Gegenstand der vorliegenden Erfindung in ausreichender Form erreicht werden, mit der Ausnahme, daß die Empfindlichkeit geringfügig abnimmt, und wenn die Meßempfindlichkeit bei der Konstruktion (2) erhöht ist, ist es wünschenswert, die einachsige magnetische Anisotropie herabzusetzen.

Es ist weiterhin wünschenswert, wenn es notwendig ist, die Größe der einachsigen magnetischen Anisotropie (KU) bei der Konstruktion (1) herabzusetzen und eine spezielle Orientierungsebene des magnetischen Granatkristalls zu verwenden, die einachsige magnetische Anisotropie zu reduzieren, die rechtwinklig zu jener Ebene erzeugt wird. Bei einem magnetischen Granat-Einkristall, welches eine einachsige magnetische Anisotropie rechtwinklig zur Dünnschichtebene hat, kann durch Anlassen diese einachsige magnetische Anisotropie reduziert und die Magnetisierungsrichtung in die Dünnschichtebene gebracht werden. Die Temperatur für dieses Anlassen liegt vorzugsweise bei 900-1500ºC. Dies deshalb, weil dann, wenn die Anlaßtemperatur kleiner als 900ºC ist, es keine zu beobachtende Reduzierung bei der einachsigen magnetischen Anisotropie gibt, während dann, wenn sie 1500ºC überschreitet, der Lichtabsorptionskoeffizient ansteigt, was zu einer Reduzierung bei der Empfindlichkeit des Magnetfeldsensors führt.

Bei einem Magnetfeldsensor dieser Art wird, weil die leichte Magnetisierungsachse des magnetooptischen Elements (Faraday'schen Elements) rechtwinklig zur Richtung des zu messenden Magnetfelds liegt, die Magnetisierungskomponente in der Richtung des zu messenden Magnetfelds durch einen Mechanismus der magnetischen Drehung erzeugt, und diese Magnetisierungskomponente ändert sich linear proportional zur Größe des zu messenden Magnetfelds, sogar bis zu hohen Magnetfeldern. Auch jetzt wieder können, da die Auswirkung der Nicht-Einheitlichkeit des Schemas der magnetischen Bereiche und der Breite der magnetischen Bereiche vermieden werden kann, nicht nur, wenn das magnetooptische Element keine labyrinthartigen magnetischen Bereiche bildet, sondern sogar dann, wenn es solche Bereiche bildet, Magnetfelder mit einem hohen Grad an Genauigkeit gemessen werden.

Fig. 1 ist ein Blockschaltbild eines optischen Magnetfeldsensors gemäß der Erfindung.

Fig. 2 zeigt die Richtungsbeziehungen des einfallenden Lichtstrahls, welcher durch das Faraday'sche Element hindurchgeht, des zu messenden Magnetfelds und der leichten Magnetisierungsachse.

Fig. 3, Fig. 4 und Fig. 5 sind Blockschaltbilder eines Magnetfeldsensors gemäß alternativen Ausführungsformen der Erfindung.

Fig. 6 zeigt die Richtungsbeziehungen des einfallenden Lichtstrahls, welcher durch das Faraday'sche Element hindurchgeht, des zu messenden Magnetfelds und der leichten Magnetisierungsachse einer anderen Ausführungsform.

Fig. 7 ist ein Blockschaltbild des konventionellen Magnetfeldsensors.

Fig. 8 und Fig. 9 zeigen Kennlinien der Ausführungsformen zum Vergleich.

Fig. 10 zeigt die Temperaturkennlinien der überlagerten Konstruktion gemäß der Erfindung.

Ausführungsformen der Erfindung werden im Nachstehenden unter Verweis auf die Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 ist ein Blockschaltbild eines Magnetfeldsensors gemäß der Erfindung. Bei dieser Figur sind eine Lichtquelle 11, ein Polarisator 12, ein Faraday'sches Element 13 in der Form einer Dünnschicht, ein Polarisator 14 und ein Fotorezeptorelement 15 in Reihe angeordnet. Sie sind mit Hilfe optischer Mittel, wie beispielsweise optischer Fasern, Linsen oder dergleichen (in der Zeichnung nicht gezeigt) miteinander verkettet.

Bei diesem Magnetfeldsensor liegt die leichte Magnetisierungsachse des Faraday'schen Elements 13 in der Dünnschichtebene und ist die Dünnschichtebene rechtwinklig zur Richtung 16 des zu messenden Magnetfelds angeordnet. Das Licht wird rechtwinklig zur Dünnschichtebene des Faraday'schen Elements 13 übertragen.

Die Anordnung ist derart, daß, wie in Fig. 2 gezeigt, der Lichtstrahl 17, welcher durch das Faraday'sche Element 13 hindurchgeht, die magnetischen Wände 18 des Elements 13 nicht durchquert.

Polarisatoren 12 und 14 sind derart angeordnet, daß die Polarisationsachse zwischen diesen um einen Winkel von 45º gedreht wird. Eine Signalverarbeitung wird ausgeführt, um zu gewährleisten, daß dann, wenn das zu messende Magnetfeld H = 0, das Ausgangssignal P = 0.

Jetzt wird das Prinzip dieses Magnetfeldsensors erklärt. Zuerst gelangt das Licht, das von der Lichtquelle 11 abgestrahlt wird, über optische Fasern (in der Zeichnung nicht gezeigt) durch den Polarisator 12, wobei es linear polarisiertes Licht wird. Dann trifft dieses linear polarisierte Licht rechtwinklig auf die Dünnschichtebene des Faraday'schen Elements 13 auf. Wenn ein zu messendes Magnetfeld H an das Faraday'sche Element 13 angelegt wird, dann wird eine Magnetisierung M in der Übertragungsrichtung des Lichts proportional zum Magnetfeld erzeugt, und nachdem das linear polarisierte Licht durch das Faraday'sche Element 13 hindurchgelangt ist, wird der Neigungswinkel R seiner Polarisationsebene proportional zu dieser Magnetisierung um einen Betrag R = RF·l·M/MS gedreht (wobei RF: Faraday'scher Rotationskoeffizient, l: optische Bahn des Faraday'schen Elements, MS Sättigungsmagnetisierung des magnetischen Granats). Wenn seine Polarisationsebene um den Winkel R gedreht worden ist, gelangt das linear polarisierte Licht durch den Polarisator 14 und wird über optische Fasern zum Fotorezeptor 15 geleitet, um das Ausgangssignal P zu erhalten. Folglich wird das magnetische Feld H als Ausgangssignal P gemessen.

Fig. 3 ist ein Blockschaltbild eines weiteren Magnetfeldsensors gemäß der Erfindung. Bei dieser Zeichnung sind eine Lichtquelle 21, ein Polarisator 22, ein Faraday'sches Element 23 in der Form einer Dünnschicht, ein Polarisator 24 und ein Fotorezeptor 25 in Reihe angeordnet. Sie sind durch optische Mittel, wie beispielsweise optische Fasern, Linsen oder dergleichen (nicht gezeigt) miteinander verbunden.

Bei diesem Magnetfeldsensor liegt die Dünnschichtebene parallel zur Richtung 26 des zu messenden Magnetfelds, so daß die leichte Magnetisierungsachse des Faraday'schen Elements 23 eine Richtung hat, die rechtwinklig zur Dünnschichtebene und rechtwinklig zur Richtung 26 des zu messenden Magnetfelds 26 liegt. Das Licht wird rechtwinklig zur Dünnschichtebene des Faraday'schen Elements 23 übertragen.

Polarisatoren 22 und 24 sind derart angeordnet, daß die Polarisationsachse zwischen diesen um einen Winkel von 45º gedreht wird. Eine Signalverarbeitung wird ausgeführt, um zu gewährleisten, daß dann, wenn das Magnetfeld, das zu messen ist, H = 0, das Ausgangssignal P = 0. Die Messung eines Magnetfelds wird durch den in Fig. 3 gezeigten Magnetfeldsensor nach demselben Prinzip bewerkstelligt, wie im Fall des in Fig. 1 gezeigten Magnetfeldsensors.

Fig. 4 ist ein Blockschaltbild eines weiteren Magnetfeldsensores gemäß der Erfindung. Bei dieser Zeichnung sind eine Lichtquelle 31, ein Polarisator 32, ein Faraday'sches Element 33 in der Form einer Dünnschicht, ein Polarisator 34 und ein Fotorezeptor 35 in Reihe angeordnet. Sie sind durch optische Mittel, wie beispielsweise optische Fasern, Linsen und dergleichen (in der Zeichnung nicht gezeigt) miteinander verbunden.

Bei diesem Magnetfeldsensor liegt die Dünnschichtebene parallel zur Richtung 36 des zu messenden Magnetfelds, so daß die leichte Magnetisierungsachse des Faraday'schen Elements 33 rechtwinklig zur Dünnschichtebene und zur Richtung 36 des zu messenden Magnetfelds liegt. Das Licht wird parallel zur Dünnschichtebene des Faraday'schen Elements 33 übertragen.

Wie in Fig. 5 gezeigt, kann der einfallende Lichtstrahl 37, welcher durch das Faraday'sche Element 33 hindurchgelangt, die magnetischen Wände des Faraday'schen Elements 33 durchqueren. Polarisatoren 32 und 34 sind derart angeordnet, daß die Polarisationsachse zwischen diesen um 45º gedreht wird. Signalverarbeitung wird ausgeführt, um zu gewährleisten, daß dann, wenn das zu messende Magnetfeld H = 0, das Ausgangssignal P = 0.

Die Messung eines Magnetfelds wird durch den in Fig. 4 gezeigten Magentfeldsensor nach demselben Prinzip bewerkstelligt, wie im Fall des in Fig. 1 gezeigten Magnetfeldsensors.

Fig. 6 ist ein Blockschaltbild eines weiteren Magnetfeldsensors gemäß der Erfindung. Bei dieser Zeichnung sind eine Lichtquelle 41, ein Polarisator 42, ein Faraday'sches Element 43 in der Form einer Dünnschicht, ein Polarisator 44 und ein Fotorezeptor 45 in Reihe angeordnet. Sie sind durch optische Mittel wie beispielsweise optische Fasern, Linsen oder dergleichen (in der Zeichnung nicht gezeigt) miteinander verbunden.

Bei diesem Magnetfeldsensor liegt die Dünnschichtebene parallel zur Richtung 46 des zu messenden Magnetfelds, so daß die leichte Magnetisierungsachse des Faraday'schen Elements 43 in der Dünnschichtebene und rechtwinklig zur Richtung 46 des zu messenden Magnetfelds liegt. Das Licht wird parallel in die Dünnschichtebene des Faraday'schen Elements 43 hinein übertragen.

Polarisatoren 42 und 44 sind derart angeordnet, daß die Polarisationsachse zwischen denselben um einen Winkel von 45º gedreht wird. Signalverarbeitung wird ausgeführt, um zu gewährleisten, daß dann, wenn das zu messende Magnetfeld H = 0, das Ausgangssignal P = 0. Die Messung eines Magnetfelds wird durch den in Fig. 6 gezeigten Magnetfeldsensor nach demselben Prinzip bewerkstelligt, wie im Fall des in Fig. 1 gezeigten Magnetfeldsensors.

Bei den vorstehend beschriebenen Magnetfeldsensoren war die verwendete Lichtquelle eine Leuchtdiode mit einer Wellenlänge λ = 1,3 um, bestanden die Polarisatoren aus einem Rutil-TiO&sub2;-Einkristall und war der Fotorezeptor eine InGaAs-Fotodiode (p-i-n-PD). Die verwendeten Faraday'schen Elemente bestanden aus den Dünnschichten eines magnetischen Granats, wobei die Muster 1-19 die Zusammensetzung hatten, die in den nachstehenden Tabellen 1 und 2 gezeigt werden, (Muster 1-4 für den Magnetfeldsensor von Fig. 1, Muster 5-9 für den Magnetfeldsensor von Fig. 3, Muster 10-14 für den Magnetfeldsensor von Fig. 4 und Muster 15-19 für den Magnetfeldsensor von Fig. 6). Änderungen beim Ausgangssignal P wurden dadurch untersucht, daß magnetische Felder an jedes Faraday'sche Element in der vorgeschriebenen Richtung angelegt wurden.

Diese Dünnschichten aus magnetischem Granat wurden wie folgt hergestellt:

Die Muster 1-4 und 15-19 wurden mit Hilfe des LPE-Verfahrens oder Flußverfahrens gezüchtet und parallel zur Richtung der einzelnen Achse einer magnetischen Anisotropie auf einem Gd&sub3;Ga&sub5;O&sub1;&sub2;-, Nd&sub3;Ga&sub5;O&sub1;&sub2;- oder (GdCa)&sub3;(MgZrGa)&sub5;O&sub1;&sub2;-Einkristallsubstrat so geschnitten, daß sie zur (110)-Ebene oder (111)-Ebene in der Dünnschichtebene für die leicht magnetisierte Achse mit einer Dicke von 0,5 mm wurden. Die Dünnschichten aus magnetischem Granat der Muster 5-14 wurden mittels des LPE-Verfahrens oder Flußverfahrens gezüchtet und rechtwinklig zur einzelnen Achse einer magnetischen Anisotropie auf einem Gd&sub3;Ga&sub5;O&sub1;&sub2;, Nd&sub3;Ga&sub5;O&sub1;&sub2;- oder (GdCa)&sub3;(MgZrGa)&sub5;O&sub1;&sub2;-Einkristallsubstrat so geschnitten, daß sie zur (111)-Ebene rechtwinklig zur Dünnschichtebene für die leicht magnetisierte Achse mit einer Dicke von 0,5 mm wurden.

Die Dicke der Dünnschicht betrug zum Beispiel 40 um-400 um im Fall der Muster 1-9 und 200 um-700 um für die Muster 10-19.

Konventionelle Magnetfeldsensoren (Fig. 7) mit einem Faraday'schen Element, das aus einem nichtmagnetischen ZnSe- Einkristall (Schichtdicke 5 mm), wie es beispielsweise in den veroffentlichten Berichten (Beispiel 1 zum Vergleich) erwähnt wird und aus einer Dünnschicht eines magnetischen Granats der Zusammensetzung, wie sie in der nachstehenden Tabelle aufgelistet ist (Beispiele 2, 3 und 4 zum Vergleich) (Schichtdicke 100 um, 100 um bzw. 500 um), bestand, wurden zum Vergleich mit den vorstehend beschriebenen Magnetfeldsensoren hergestellt und Messungen in der beschriebenen Art und Weise durchgeführt.

In den Tabellen 1 und 2 sind das Ausgangssignal, das Auflösungsvermögen und der Bereich eines gemessenen Magnetfelds der verschiedenen Magnetfeldsensoren zusammengestellt. Fig. 8 zeigt die Beziehung zwischen dem angelegten Magnetfeld und dem Faraday'schen Drehwinkel für die Muster 1, 4 und 10 und die Beispiele 1 und 2 zum Vergleich; und Fig. 9 zeigt die Beziehung zwischen dem angelegten Magnetfeld und dem Faraday'schen Drehwinkel für Muster 15 und Beispiel 4 zum Vergleich.

Tabelle 1 Muster (1 Oe = 10³/4π A · m&supmin;¹
Nr. Zusammensetzung Ausg. Lstg. Auflsg. Meßber.
Tabelle 1 (Fortsetzung) Vergleichsbeispiele
Nr. Zusammensetzung Ausg. Lstg. Auflsg. Meßber.
Tabelle 2 Muster (1 Oe = 10&sub3;/4π A · m&supmin;¹
Nr. Zusammensetzung Meßempfindlichkeit
Vergleichsbeispiele
Nr. Zusammensetzung Empfindlichkeit

Wie aus den Tabellen 1 und 2 offensichtlich wird, hat der Magnetfeldsensor der Muster 1-14 der vorliegenden Erfindung eine hohe Ausgangsleistung und eine ausgezeichnete Auflösung (Auflösungsvermögen), und es ist klar, daß der Magnetfeldsensor der Muster 1-14 einen größeren Magnetfeld-Meßbereich hat, als jeder Magnetfeldsensor der Vergleichsbeispiele 1-3. Die Muster 15-19 haben eine höhere Meßempfindlichkeit als die Vergleichsbeispiele.

Weiterhin wird aus Fig. 8 und 9 klar, daß sich für die Muster 1, 4, 10 und 15 die Faraday'sche Drehung solange linear ändert, bis sich das Magnetfeld sättigt. Deshalb ist eine Magnetfeldmessung, die eine hohe Genauigkeit hat, möglich.

Die Resultate wurden auch mit Hilfe des Dünnschicht-Monokristalls (Dicke 0,2-1 mm) erzielt, das unter Anwendung des Flußverfahrens gezüchtet worden war.

Die Konstruktion und das magnetische Material des Magnetfeldsensors gemäß der Erfindung können als Magnetfeldsensor verwendet werden, der bei dem optischen Heterodyn-Phasendetektor (japanische Patentoffenlegungen Nr. 59-19875, 59-52774) genutzt wird, mit welchem die Magnetfeldmessung, die eine hohe Empfindlichkeit hat, möglich ist.

Fig. 10 zeigt vier Kurven bezüglich des Faraday'schen Drehwinkels für die Temperatur des magnetooptischen Elements 13.

Eine Kurve zeigt die Kennlinie, die für die überlagerte Bauweise angegeben ist, die man durch die Verwendung eines magnetooptischen Elements 13 erhält, das aus Lagen mehrerer Dünnschichten eines magnetischen Granats hergestellt ist, wie zum Beispiel G1:

[Gd1,8(Y,Tb)1,2]Fe&sub5;O&sub1;&sub2;,

G2: [Gd1,0(Y,Tb)2,0]Fe&sub5;O&sub1;&sub2; und

G3: [Gd0,3(Y,Tb)2,7]Fe&sub5;O&sub1;&sub2;, wobei ein Leistungsverhalten erreicht werden kann, das trotz Veränderungen bei der Temperatur stabil ist, wodurch es ermöglicht wird, eine Messung von Magnetfeldern über einen großen Temperaturbereich vorzunehmen. Die anderen drei Kurven zeigen Kennlinien entsprechend einem magnetischen Granat anderer Typen als G1, G2 und G3.


Anspruch[de]

1. Magnetfeldsensor, der mit einem Lichtquellenteil (11), einem ein Magnetfeld feststellenden Teil, der ein magnetooptisches Element (13) enthält, das aus einem magnetooptische Wirkungen aufweisenden Material und Polarisatoren (12,14) besteht und einem Licht messenden Teil (15) versehen ist, der das Licht mißt, welches von dem Lichtquellenteil (11) abgestrahlt worden und durch den das Magnetfeld feststellenden Teil hindurchgegangen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetooptische Element (13) so angeordnet ist, daß seine leicht magnetisierbare Achse im wesentlichen rechtwinklig zur Richtung des zu messenden Magnetfelds (16) verläuft.

2. Magnetfeldsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetooptische Element die Form einer Dünnschichtebene hat, wobei diese Dünnschichtebene des magnetooptischen Elements im wesentlichen rechtwinklig zur Richtung des zu messenden Magnetfelds angeordnet ist und das Licht im wesentlichen rechtwinklig zur Dünnschicht des magnetooptischen Elements übertragen wird.

3. Magnetfeldsensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein anisotropes Magnetfeld HK des magnetischen Materials, das das magnetooptische Element bildet, im wesentlichen rechtwinklig zu seiner Dünnschichtebene angeordnet ist und seine Sättigungs-Magnetisierung MS die Beziehung HK < MS befriedigt.

4. Magnetfeldsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetooptische Element die Form einer Dünnschicht hat und seine Achse der leichten Magnetisierung sich in der Dünnschichtebene befindet, wobei die Dünnschichtebene des magnetooptischen Elements im wesentlichen parallel zur Richtung des zu messenden Magnetfelds angeordnet ist und das Licht im wesentlichen parallel zu der Dünnschicht des magnetooptischen Elements übertragen wird.

5. Magnetfeldsensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein anisotropes Magnetfeld HK des magnetischen Materials, das das magnetooptische Element bildet, im wesentlichen rechtwinklig zu dessen Dünnschichtebene angeordnet ist und seine Sättigungsmagnetisierung MS die Beziehung HK < MS befriedigt.

6. Magnetfeldsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetooptische Element die Form einer Dünnschicht hat und seine Achse der leichten Magnetisierung in einer Richtung im wesentlichen rechtwinklig zu einer Dünnschichtebene liegt, wobei die Dünnschichtebene des magnetooptischen Elements im wesentlichen parallel zur Richtung des zu messenden Magnetfelds liegt und das Licht im wesentlichen rechtwinklig zur Dünnschichtebene des magnetooptischen Elements übertragen wird.

7. Magnetfeldsensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein anisotropes Magnetfeld HK des magnetischen Materials, das das magnetooptische Element bildet, im wesentlichen rechtwinklig zu seiner Dünnschichtebene angeordnet ist und seine Koerzitivkraft HC und seine Sättigungsmagnetisierung MS die Beziehungen

HK ≥ MS und HC > MS

befriedigen.

8. Magnetfeldsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetooptische Element die Form einer Dünnschicht hat und die Richtung seiner Achse der leichten Magnetisierung im wesentlichen rechtwinklig zu einer Dünnschichtebene liegt, wobei diese Dünnschichtebene des magnetooptischen Elements im wesentlichen parallel zur Richtung des zu messenden Magnetfelds liegt und das Licht im wesentlichen parallel zur Dünnschichtebene des magnetooptischen Elements übertragen wird.

9. Magnetfeldsensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein anisotropes Magnetfeld HK des magnetischen Materials, das das magnetooptische Element bildet, im wesentlichen rechtwinklig zu seiner Dünnschichtebene angeordnet ist und seine Sättigungs-Magnetisierung die Beziehung HK > MS befriedigt.

10. Magnetfeldsensor nach einem der Ansprüche 3, 5, 7 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetische Material ein magnetischer Granat ist, der eine Zusammensetzung hat, die durch die allgemeine Formel

R&sub3;Fe&sub5;O&sub1;&sub2;

ausgedrückt wird (wobei R mindestens ein Element ist, das aus Y, La, Ca, Nd, Pr, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb und Lu gewählt wird).

11. Magnetfeldsensor nach einem der Ansprüche 3, 5, 7 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetische Material ein magnetischer Granat ist, der eine Zusammensetzung hat, die durch die allgemeine Formel

(BixR3-x)Fe&sub5;O&sub1;&sub2;

ausgedrückt wird (wobei R mindestens ein Element ist, das aus Y, La, Ca, Nd, Pr, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb und Lu gewählt wird, 0,01≤x≤2,5).

12. Magnetfeldsensor nach einem der Ansprüche 3, 5, 7 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetische Material ein magnetischer Granat ist, der eine Zusammensetzung hat, die durch die allgemeine Formel

(BixR3-x)(Fe5-y-zMYNZ)O&sub1;&sub2;

ausgedrückt wird (wobei R mindestens ein Element ist, das aus Y, Ca, Sr, La, Ce, Nd, Pr, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb und Lu gewählt wird, M mindestens ein Element ist, das aus Ga, Al, Ge, Si, V und Sb gewählt wird und N mindestens ein Element ist, das aus Ti, Cr, Mn, Ni, Co, Zr, Hf, Sn, Mg, In, Ta, Nb und Sc gewählt wird,

0,01≤x≤2,5, 0,01≤y≤2,0, 0,01≤z≤1,0).

13. Magnetfeldsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetische Material aus einer Vielzahl magnetischer Granat-Dünnschichten besteht, die unterschiedliche Temperaturkennwerte des Faraday'schen Drehwinkels haben.

14. Magnetfeldsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetooptische Material aus einem magnetischen Material besteht, das die Form einer Dünnschicht hat, welcher eine Dicke t hat und dessen Mindestlänge ls die Beziehung t/ls≤0,5 befriedigt.

15. Magnetfeldsensor, nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetooptische Element aus magnetischem Material besteht, das eine einachsige magnetische Anisotropie hat und wobei das magnetische Material bei einer Temperatur von ungefähr 900ºC bis 1500ºC getempert worden ist.







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