Systematische Untersuchung des Faraday-Effekts in der messtechnischen Anwendung

In dieser Dissertation wird der magnetooptische Faraday-Effekt hinsichtlich seiner messtechnischen Anwendung systematisch untersucht. Die primäre Zielsetzung hierbei ist es, eine fundierte Abschätzung des Potentials, der Herausforderungen und der Limitierungen des Messprinzips bezüglich einer gegebenen Anwendung zu erlauben. Sekundär sollen neue technische Beiträge zu realen Anwendungen geleistet werden. Der Faraday-Effekt beschreibt die Rotation der Polarisationsebene linear polarisierten Lichts innerhalb eines transparenten Mediums in Anwesenheit eines Magnetfeldes. Der Rotationswinkel ist abhängig von der Flussdichte in Licht-Ausbreitungsrichtung, der optischen Weglänge im Medium und der materialspezifischen Verdet-Konstante. Die Rotationsänderung lässt sich mittels eines Polarisationsfilters in eine Änderung der Beleuchtungsstärke überführen. Im Umkehrschluss erlaubt somit eine vergleichsweise einfache Photodetektion bei bekannter Verdet-Konstante eine Rückführung auf das anregende Magnetfeld und dessen Ursachen (magnetometrische Verwendung) oder bei bekannter magnetischer Anregung auf das Rotationsverhalten und die Medienzusammensetzung (polarimetrische Verwendung). Die Untersuchung des Phänomens wird in drei Anwendungen eingebettet, die die Breite der Verwendungsgebiete demonstrieren, unterschiedliche Aspekte beleuchten und aktuelle technische Relevanz haben. Die erste Anwendung ist das Auslesen magnetischer Muster in Banknoten-Sicherheitsfäden. Hierbei wird der Rückschluss von magnetischen Feldern auf ursächliche Magnetisierungen oder Ströme, die präzise eindimensionale Erfassung und Auswertung, die Kalibrierung und die Unsicherheitsbestimmung betrachtet. In der zweiten Anwendung wird die Möglichkeit der zweidimensionalen Auswertung von Magnetisierungsmustern im Kontext von Tonbändern beleuchtet. In der dritten Anwendung wird schließlich anhand der Bestimmung der Komponenten von Speiseölen die polarimetrische Verwendung des Messaufbaus untersucht. Die Schwerpunkte liegen dabei auf der rückwirkungsfreien Erzeugung ausreichend hoher Rotationen bei nicht dedizierten Faraday-Rotatoren und die Erhöhung des Informationsgehaltes durch eine breitbandige spektrale Betrachtung und die Hinzunahme der Ableitungsspektroskopie