DE102021101577A1 - Optisches System mit NV-Zentren und optisch transparenten Folienstrukturen - Google Patents
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-
- G—PHYSICS
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- G06N—COMPUTING ARRANGEMENTS BASED ON SPECIFIC COMPUTATIONAL MODELS
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-
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-
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-
- H—ELECTRICITY
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine optische Vorrichtung mit einem optischen Funktionselement. Das optische Funktionselement umfasst eine lineare Glas-Struktur und/oder eine Glas-Struktur mit einem oder mehreren Diamantkristallen mit einer Vielzahl von NV-Zentren. Das optische Funktionselement weist eine Folienstruktur mit einem oder mehreren Diamantkristallen mit einer Vielzahl von NV-Zentren auf.
Description
- Diese internationale Patentanmeldung nimmt die Priorität der deutschen Patentanmeldung
DE 10 2020 102 311.1 vom 30.01.2020 in Anspruch. - Feld der Erfindung
- Die Erfindung richtet sich auf ein Skalar-Magnetometer und dessen Vorrichtungsteile und wesentlichen Anwendungen.
- Die Erfindung betrifft ein Magnetometer, mit einem Sensorelement (
NVD ), mit einem Schaltungsträger (GPCB ), einer Pumpstrahlungsquelle (PLED ), einem Strahlungsempfänger (PD ) und mit Auswertemitteln (ADC ,IF ). Die Pumpstrahlungsquelle (PLED ) sendet bei elektrischer Bestromung mit einem elektrischen Pumpstrom (Ipump ) Pumpstrahlung (LB ) aus. Das Sensorelement (NVD ) umfasst zumindest einen Quantenpunkt, insbesondere ein paramagnetisches Zentrum in einem Kristall und/oder insbesondere eine Vielzahl paramagnetischer Zentren und/oder insbesondere ein NV-Zentrum in einem Diamantkristall und/oder insbesondere eine Vielzahl von NV-Zentren in einem Diamantkristall und/oder insbesondere ein SiV-Zentrum in einem Diamantkristall und/oder insbesondere ein G-Zentrum in einem Siliziumkristall. Der mindestens eine Quantenpunkt des Sensorelements (NVD ) sendet bei Bestrahlung mit Pumpstrahlung (LB ) eine Fluoreszenzstrahlung (FL ) aus. Die Intensität der Fluoreszenzstrahlung (FL ) des mindestens einen Quantenpunkts hängt vom Wert der magnetischen Flussdichte (B) und/oder vom Wert eines anderen physikalischen Parameters am Ort des mindestens einen Quantenpunkts ab. Der Strahlungsempfänger (PD ) ist für die Fluoreszenzstrahlung (FL ) empfindlich. Der Strahlungsempfänger (PD ) wandelt die Intensität der Fluoreszenzstrahlung (FL ) oder einen anderen Parameter der Fluoreszenzstrahlung (FL ), beispielsweise dem Wert einer Phasenverschiebung der Modulation der Intensität der Fluoreszenzstrahlung (FL ), in ein Empfängerausgangssignal (S0 ). Ein Wert oder mehrere Werte des Empfängerausgangssignals (S0 ) hängen dabei von dem Wert der Intensität der Fluoreszenzstrahlung (FL ) und/oder dem Wert des anderen Parameters der Fluoreszenzstrahlung (FL ) ab. Bei dem anderen Wert des anderen Parameters der Fluoreszenzstrahlung (FL ) kann es sich beispielsweise um eine Phasenverschiebung der Intensitätsmodulation der Fluoreszenzstrahlung (FL ) gegenüber einem Sendesignal (S5 ) handeln. Die Auswertemittel (ADC ) sind bevorzugt dazu geeignet und bestimmt, den Wert und/oder die Werte des Empfängerausgangssignals (S0 ) als Messwert zu erfassen und/oder abzuspeichern und/oder bereitzuhalten und/oder weiterzugeben. Die Weitergabe erfolgt bevorzugt über eine Datenschnittstelle (IF ). Der hier vorgelegte Vorschlag zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass eine oder beide der folgenden Bedingungen erfüllt ist: - • Zum Ersten soll das Material des Schaltungsträgers (
GPCB ) für Strahlung mit der Pumpstrahlungswellenlänge (λpmp ) der Pumpstrahlung (LB ) im Strahlungspfad zwischen Pumpstrahlungsquelle (PLED ) und Sensorelement (NVD ) zumindest lokal transparent sein und die Pumpstrahlung (LB ) der Pumpstrahlungsquelle (PLED ) soll diesen Strahlungspfad passieren und/oder - • zum Zweiten soll das Material des Schaltungsträgers (
GPCB ) für Strahlung mit der Fluoreszenzwellenlänge (λfl ) der Fluoreszenzstrahlung (FL ) im Strahlungspfad zwischen Sensorelement (NVD ) und Strahlungsempfänger (PD ) zumindest lokal transparent sein und die Fluoreszenzstrahlung (FL ) des Quantenpunkts, insbesondere des paramagnetischen Zentrums und/oder insbesondere des NV-Zentrums und/oder der Vielzahl von NV-Zentren, des Sensorelements (NVD ) soll diesen Strahlungspfad passieren. - Allgemeine Einleitung
- Verschiedenste Anwendungen setzen Magnetometer an verschiedensten Stellen ein. Ein Magnetometer im Sinne dieser Schrift ist eine Vorrichtung zur Messung der magnetischen Flussdichte B. Der Begriff ist also in dieser Schrift ausdrücklich nicht auf die Vermessung des Erdmagnetfeldes beschränkt.
- Die englische Ausgabe von Wikipedia beschreibt ein Magnetometer als eine Vorrichtung, die eine Magnetisierung misst. Insbesondere können Magnetometer die Richtung, die Stärke, die relative Änderung des Magnetfeldes an einer bestimmten räumlichen Position bestimmen. Die Messung der Magnetisierung eines magnetischen Materials ist ein Beispiel für eine solche Anwendung.
- Carl Friedrich Gauss erfand das erste Magnetometer, das in der Lage war, die absolute Magnetfeldstärke zu messen 1833. Heute werden oft Hall-Sonden für die Messung von Magnetfeldern verwendet.
- Magnetometer werden für die Messung des Erdmagnetfelds eingesetzt, um magnetische Anomalien zur Erkundung des Erdinneren zu erkennen und zu vermessen. In Flugzeugen werden sie zur Richtungsbestimmung und zur Lagebestimmung eingesetzt. Eine militärische Anwendung ist die Erkennung von Unterseeboten und anderen getauchten Schwimmkörpern, sowie die Minensuche. Daher gelten Magnetometer-Technologien als militärische Technologien.
- Magnetometer können zur Metalldetektion und Metallklassifikation eingesetzt werden, wenn die Magnetometer nicht nur statische Signale erfassen und verarbeiten können, sondern auch dynamische Signale. In dem Fall kann beispielsweise die Reaktion umgebender Materialien auf einen zeitlichen Sprung in der magnetischen Flussdichte B erfasst werden und spektral analysiert werden.
- Stand der Technik
- An dieser Stelle weisen wir auf die anhängigen, noch unveröffentlichten Patentanmeldungen
DE 10 2019 120 076.8 , PCT /DE 2020 / 100 648 DE 10 2020 119 414.5 ,DE 10 2019 121 137.9 ,DE 10 2019 009 155.8 ,DE 10 2020 000 075.4 ,DE 10 2020 125 169.6 ,DE 10 2020 125 171.8 ,DE 10 2020 125 172.6 ,DE 10 2020 125 173.4 ,DE 10 2020 125 191.2 ,DE 10 2020 125 190.4 ,DE 10 2020 125 188.2 ,DE 10 2020 125 187.4 ,DE 10 2020 125 186.6 ,DE 10 2020 125 185.8 ,DE 10 2020 125 183.1 ,DE 10 2020 125 182.3 ,DE 10 2020 125 181.5 ,DE 10 2020 125179.3 ,DE 10 2020 125 180.7 ,DE 10 2020 125 178.5 ,DE 10 2020 125 177.7 ,DE 10 2020 125 176.9 ,DE 10 2020 125 174.2 ,DE 10 2020 125 175.0 , PCT /DE 2020 / 100 827 DE 10 2020 125 189.0 ,DE 10 2020 129 308.9 ;DE 10 2020 129 315.1 ;DE 10 2020 129 319.4 ,DE 10 2020 129 322.4 ,DE 10 2020 129 324.0 ,DE 10 2020 129 326.7 ,DE 10 2020 129 329.1 ,DE 10 2020 129 330.5 ,DE 10 2020 129 332.1 ,DE 10 2020 129 337.2 ,DE 10 2020 129 338.0 ,DE 10 2020 129 340.2 ,DE 10 2020 129 348.8 ,DE 10 2020 129 349.6 ,DE 10 2020 129 366.6 ,DE 10 2020 129 367.4 ,DE 10 2020 129 368.2 ,DE 10 2020 129 379.8 , PCT /DE 2020 / 100 953 DE 10 2019 117 423.6 ,DE 10 2019 120 716.9 ,DE 10 2019 117 423.6 ,DE 10 2020 004 617.7 ,DE 10 2020 109 477.9 hin. Des Weiteren weisen wir auf die anhängigen, veröffentlichten PatentanmeldungenDE 10 2019 121 028 A1 ,DE 10 2019 009 126 A1 ,DE 10 2019 009 136 A1 ,DE 10 2019 009 145 A1 ,DE 10 2019 009 133 A1 ,WO 2020 239 172 A1 (PCT /DE 2020 / 100 430 DE 10 2019 121 029 A1 ,DE 10 2018 127 349 A1 ,WO 2020 089 465 A2 (PCT /EP 2019 / 079 992 DE 10 2020 102 311.1 . Die hier vorgelegte Schrift nimmt das Prioritätsdatum 30.01.2020 der SchriftDE 10 2020 102 311.1 in Anspruch. - Außerdem weisen wir auf das bereits erteilte deutsche Patent
DE 10 2020 101 784 B3 hin. Das Veröffentlichungsdatum derDE 10 2020 101 784 B3 liegt nach dem Prioritätsdatum 30.01.2020 der SchriftDE 10 2020 102 311.1 . Die hier vorgelegte Schrift nimmt das Prioritätsdatum 30.01.2020 der SchriftDE 10 2020 102 311.1 in Anspruch. - Auch weisen wir auf die vor dem Prioritätsdatum 30.01.2020 dieser Schrift veröffentlichte Schrift
DE 10 2015 016 021 A1 hin. - Ebenfalls weisen wir auf die deutschen Gebrauchsmuster
DE 20 2020 106 110 U1 undDE 20 2020 106 145 U1 hin. Die Veröffentlichungsdaten der deutschen GebrauchsmusterDE 20 2020 106 110 U1 undDE 20 2020 106 145 U1 liegen nach dem Prioritätsdatum 30.01.2020 der SchriftDE 10 2020 102 311.1 . Die hier vorgelegte Schrift nimmt das Prioritätsdatum 30.01.2020 der SchriftDE 10 2020 102 311.1 in Anspruch. - Wir verwenden die technischen Lehren der oben angegebenen Anmeldungen und Schriften in dieser Schrift und setzen diese als bekannt voraus. Die Kombination der dort offenbarten technischen Lehren mit der hier vorgestellten technischen Lehre ist Teil der Offenbarung und Beanspruchung, soweit es das nationale Recht, in dem die Anmeldung nationalisiert wird, erlaubt.
- Aus der Patentliteratur sind verschiedene Magnetometer auf der Basis von NV-Zentren bekannt. Beispielsweise beschreiben die Schriften
WO 2016 083 140 A1 undWO 2018 169 997 A1 ein AFM-Magnetometer, das beispielsweise zur Untersuchung mikroelektronischer Schaltungen geeignet ist. Die SchriftenUS 9 541 610 B2 US 9 551 763 B1 US 10 408 889 B2 - Die Dokumente
US 9 910 105 B2 US 10 006 973 B2 US 10 007 885 B1 US 10 012 704 B2 US 10 088 452 B2 US 10 120 039 B2 US 10 168 393 B2 US 10 241 158 B2 US 10 277 208 B2 US 10 345 396 B2 US 10 345 396 B2 US 10 359 479 B2 US 10 408 890 B2 US 8 547 090 B2 ,US 8 947 080 B2 ,US 9 222 887 B2 US 9 557 391 B2 US 9 599 562 B2 US 9 632 045 B2 US 9 638 821 B2 US 9 658 301 B2 US 9 664 767 B2 US 9 720 055 B1 US 9 817 081 B2 US 9 823 314 B2 US 9 823 314 B2 US 9 829 545 B2 US 9 910 104 B2 - Alle diese Magnetometer benutzen Mikrowellen zur Spin-Manipulation.
- Aufgabe
- Dem Vorschlag liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Lösung zu schaffen, die die obigen Nachteile des Stands der Technik nicht aufweist und weitere Vorteile aufweist. Vorrichtungen und Verfahren gemäß den Ansprüchen lösen diese Aufgabe. Andere Aspekte der Konstruktion und Herstellung des Magnetometers sind Gegenstand von nebenläufigen Ansprüchen.
- Lösung der Aufgabe
- Die Kern-Idee des hier vorgestellten Magnetometers ist die Kopplung sehr vieler paramagnetischer Zentren, hier NV-Zentren in Diamant, um durch nichtlineare Kopplungseffekte diese paramagnetischen Zentren als Strahlungsquelle für die Mikrowellenstrahlung zu nutzen. Diese Idee kann ganz allgemein auf Quantenpunkte angewendet werden. Solche Quantenpunkte können einzelne paramagnetische Zentren umfassen. Die Quantenpunkte können im Sinne dieser Schrift auch eine Mehrzahl von Quantenpunkten umfassen. Bevorzugt umfasst ein Quantenpunkt eine lokale Vielzahl paramagnetischer Zentren, die so dicht beieinanderliegen, dass sie miteinander koppeln. Wenn hier von einer Vielzahl an paramagnetischen Zentren die Rede ist, so sind damit bevorzugt lokal begrenzte Cluster, also Dichteerhöhungen der Dichte paramagnetische Zentren gemeint. Im Unterschied zu der technischen Lehre der bereits oben zitierten Schriften wählt die technische Lehre der hier vorgelegten Schrift eine andere Aufbau- und Verbindungstechnik, die einige sehr effiziente Anwendungen ermöglicht.
- Aus dem Stand der Technik sind auch verschiedene paramagnetische Zentren bekannt, die aus heutiger Sicht als geeignet erscheinen. Neben dem NV-Zentrum sind dies beispielsweise das SiV-Zentrum in Diamant und/oder das ST1-Zentrum in Diamant und/oder das L2-Zentrum in Diamant. Wenn in dieser Schrift von NV-Zentrum die Rede ist, umfasst der Begriff NV-Zentrum in der Beschreibung und Beanspruchung diese Zentren im Zweifelsfalle mit, da deren analoge Anwendung dem Fachmann naheliegen dürfte.
- Wir weisen hier auf das Buch A. M. Zaitsev, „Optical Properties of Diamond: A Data Handbook“ Springer Berlin Heidelberg; Auflage: Softcover reprint of hardcover Ist ed. 2001 (19. Februar 2010), das eine Reihe weiterer Farbzentren nennt, ausdrücklich hin. Wenn wir hier von NV-Zentren oder den oben benannten besonders geeigneten Zentren schreiben, soll der Fachmann die in diesem Buch benannten Zentren mitlesen. Wir haben eine Eignung dieser Zentren für die Anfertigung dieser Arbeit nicht untersucht. Dem Fachmann ist aber klar, dass unter den zahlreichen Zentren sich weitere befinden werden, die ähnliche oder vielleicht sogar bessere Eigenschaften als das NV-Zentrum aufweisen werden. Insofern sind die dort genannten Zentren bei Eignung von den Ansprüchen und der Beschreibung mitumfasst.
- Auch weisen wir auf die Arbeit B.Burchard „Elektronische und optoelektronische Bauelemente und Bauelementstrukturen auf Diamantbasis“, Hagen 1994 und auf die
DE 4 322 830 A1 hinsichtlich der Verwendung von Farbzentren in elektronischen Bauelementen hin. - Magnetometer
- Der Kern der Erfindung betrifft ein Magnetometer mit einem Sensorelement (
NVD ), einem Schaltungsträger (GPCB ), einer Pumpstrahlungsquelle (PLED ), einem Strahlungsempfänger (PD ) und mit Auswertemitteln (ADC ,IF ). Die Pumpstrahlungsquelle (PLED ) sendet bei elektrischer Bestromung mit einem elektrischen Pumpstrom (Ipump ) durch eine Pumpstromquelle (I0 ) Pumpstrahlung (LB ) aus. Das Sensorelement (NVD ) umfasst zumindest ein paramagnetisches Zentrum. Bevorzugt ist das Sensorelement (NVD ) ein Diamant oder eine Mehrzahl von Diamanten, die ein oder mehrere NV-Zentren oder SiV Zentren oder funktionsäquivalente Zentren als paramagnetische Zentren aufweisen. Das paramagnetische Zentrum des Sensorelements (NVD ) sendet typischerweise bei Bestrahlung mit Pumpstrahlung (LB ) eine Fluoreszenzstrahlung (FL ) aus. Im Falle eines NV-Zentrums in Diamant als paramagnetisches Zentrum sollte die Pumpwellenlänge der Pumpstrahlung (LB ) im Wellenlängenbereich von 500 bis 700nm liegen. Besonders bevorzugt ist eine Pumpstrahlung (LB ) mit einer Pumpwellenlänge von 532nm für die Anregung von NV-Zentren in Diamant. Bevorzugt bilden Laser und/oder LEDs (lichtemittierende Dioden) die Pumpstrahlungsquelle (PLED ). Ein Sendesignal (S5 ), das typischerweise dem Pumpstrom (Ipump ) aufgeprägt ist, kann technisch sehr einfach die Strahlungsabgabe von Lasern und/oder LEDs (lichtemittierende Dioden) modulieren. Somit ist dieses Sendesignal (S5 ) dann typischerweise der Strahlungsleistungsabgabe der Pumpstrahlungsquelle (PLED ) und damit dem zeitlichen Verlauf der Intensität der Pumpstrahlung (LB ) aufgeprägt. - Die Fluoreszenzstrahlung (
FL ) des paramagnetischen Zentrums hängt typischerweise von dem Wert der magnetischen Flussdichte B oder dem Wert anderer physikalischer Parameter am Ort des paramagnetischen Zentrums ab. Solche anderen physikalischen Parameter können beispielsweise sein: die Temperatur ϑ, die Beschleunigung a, die Geschwindigkeit v, die elektrische Flussdichte D, die elektrische Feldstärke E, die magnetische Feldstärke H, die Gravitationsfeldstärke g, die Rotationsgeschwindigkeit ω, die Rotationsbeschleunigung α, der Abstand r des Orts des paramagnetischen Zentrums von der Rotationsachse, etc. Ein typisches, hier vorgeschlagenes Sensorelement (NVD ) als Gesamtheit umfasst bevorzugt eine Vielzahl von Kristallen, die bevorzugt jeweils ein oder mehrere paramagnetische Zentren und/oder jeweils ein oder mehrere Cluster paramagnetischer Zentren, im Folgenden auch mit „jeweils zumindest eine Vielzahl paramagnetischer Zentren“ umschrieben, umfassen. Bevorzugt ist die Orientierung solcher Kristalle stochastisch verteilt. Eine Verwendung orientierter Kristallplättchen ist aber ebenfalls möglich. Bevorzugt weisen Kristalle dieser Kristalle ein oder mehrere paramagnetische Zentren auf. Bevorzugt handelt es sich um eine Vielzahl von Kristallen. Trotzdem kann das Sensorelement (NVD ) auch Nanokristalle verwenden. Bevorzugt handelt es sich nicht um Nanokristalle, um Oberflächeneffekte zu vermeiden. Bevorzugt haben die Kristalle eine Größe größer als 1µm, besser größer als 2µm, besser größer als 5µm, besser größer als 10µm, besser größer als 20µm, besser größer als 50µm, besser größer als 100 µm, besser größer als 200 µm, besser größer als 500 µm. - Bevorzugt handelt es sich um eine Mehrzahl von Diamantkristallen mit NV-Zentren. Bevorzugt handelt es sich nicht um CVD-Diamanten, die oft mit Wasserstoff kontaminiert sind, sondern um HPT-synthetisierte Diamanten. Bevorzugt erzeugt Teilchenbeschuss, insbesondere mit Elektronen und/oder Protonen, und anschließende Wärmebehandlung die NV-Zentren und ggf. auch die anderen funktionsäquivalenten Zentren in den Diamanten. Die Erfinder weisen auf das Gebrauchsmuster
DE 20 2020 106 110 U1 in diesem Zusammenhang hin. Insbesondere durchstrahlt der Teilchenbeschuss die Kristalle bevorzugt vollständig. Die Kristalle zeigen dann ein charakteristisches Lumineszenzspektrum von Strahlenschäden. Dieses Lumineszenzspektrum, insbesondere das Elektro- oder Fotolumineszenzspektrum, ist ein Erkennungsmerkmal für die Verwendung solcher Diamanten. - Der Strahlungsempfänger (
PD ) ist bevorzugt eine Fotodiode oder ein funktionsgleicher Strahlungsempfänger, der bevorzugt für die Fluoreszenzstrahlung (FL ) des paramagnetischen Zentrums empfindlich ist und die Intensität der Fluoreszenzstrahlung (FL ) in ein Empfängerausgangssignal (S0 ) wandelt. - Die Auswertemittel (
ADC ,IF ) sind bevorzugt dazu geeignet und bestimmt, den Wert des Empfängerausgangssignals (S0 ) als Messwert zu erfassen und abzuspeichern und/oder weiterzugeben. Zu diesen Auswertemitteln (ADC ,IF ) können beispielsweise Verstärker (V1 ,V2 ), Filter, Regler, Analog-zu-Digitalwandler (ADC ), Signalprozessoren mit Speichern und Programmen, Datenschnittstellen (IF ), Datenbusse, etc. zählen. - Die vorgeschlagene Vorrichtung zeichnet sich bevorzugt dadurch aus, dass insbesondere eine oder beide der folgenden Bedingungen erfüllt ist.
- Bedingung 1
- Das Material des Schaltungsträgers (
GPCB ) ist laut der Bedingung 1 für die Pumpstrahlung (LB ) im Strahlungspfad zwischen Pumpstrahlungsquelle (PLED ) und Sensorelement (NVD ) transparent. Des Weiteren passiert laut Bedingung 1 bevorzugt die Pumpstrahlung (LB ) der Pumpstrahlungsquelle (PLED ) diesen Strahlungspfad auch, sodass diese Eigenschaft auch wirksam wird. Ein solcher Schaltungsträger (GPCB ) ermöglicht somit eine besonders kompakte Bauform, was die hier vorgestellte technische Lehre vom Stand der Technik unterscheidet. - Bedingung 2
- Das Material des Schaltungsträgers (
GPCB ) ist laut Bedingung 2 für die Fluoreszenzstrahlung (FL ) im Strahlungspfad zwischen Sensorelement (NVD ) und Strahlungsempfänger (PD ) transparent. Des Weiteren passiert die Fluoreszenzstrahlung (FL ) des paramagnetischen Zentrums des Sensorelements (NVD ) diesen Strahlungspfad, sodass diese Eigenschaft auch wirksam wird. Ein solcher Schaltungsträger (GPCB ) ermöglicht somit ebenfalls eine besonders kompakte Bauform, was die hier vorgestellte technische Lehre vom Stand der Technik ebenfalls unterscheidet. - Bevorzugt sind beide Bedingungen 1 und 2 gemeinsam erfüllt.
- Bevorzugt sind zumindest eine oder mehrere oder alle der Komponenten Sensorelement (
NVD ) und/oder Pumpstrahlungsquelle (PLED ) und/oder Strahlungsempfänger (PD ) und/oder Auswertemittel (ADC ,IF ) und/oder ggf. mikrointegrierte Schaltungen (IC ) an dem Schaltungsträger (GPCB ) befestigt. Diese Befestigung kann beispielsweise durch Klebung und/oder Lötung geschehen. - Im Falle einer Klebung der Kontakte verbindet die Fertigungseinrichtung durch eine elektrisch leitende Klebung der Kontakte der Pumpstrahlungsquelle (
PLED ) und/oder Strahlungsempfänger (PD ) und/oder der Auswertemittel (ADC ,IF ) und/oder der ggf. mikrointegrierten Schaltungen (IC ) mit auf den Schaltungsträger (GPCB ) aufgebrachten Leiterbahnen elektrisch, mechanisch und ggf. thermisch. Der Schaltungsträger (GPCB ) erfüllt hier somit durch eine Verwendung entsprechend einer FR4-Platine und durch die gleichzeitige Verwendung als optisches Funktionselement für ein quantenoptisches System zusammen mit paramagnetischen Zentren gleichzeitig die Funktion einer Platine und eines optischen Funktionselements. Diese doppelte Verwendung in einem quantentechnologischen System ist neu gegenüber dem Stand der Technik. - In einer ersten Variante des Magnetometers umfasst der Schaltungsträger (
GPCB ) bevorzugt zumindest teilweise Glas oder ein anderes für Strahlung mit der Pumpstrahlungswellenlänge (λpmp ) der Pumpstrahlung (LB ) und/oder für Strahlung mit der Fluoreszenzstrahlungswellenlänge (λfl ) der Fluoreszenzstrahlung (FL ) transparentes Material. Dies kann beispielsweise auch Acryl-Glas oder ein ähnliches Material sein. Ist das Material nicht hitzebeständig, so kann eine Klebung mit einem elektrisch leitfähigen Kleber die elektrischen Verbindungen, wie beschrieben, ggf. auch herstellen. - In einer beispielhaften dritten Variante des Magnetometers umfasst der Schaltungsträger (
GPCB ) zumindest eine elektrischen Leitung und/oder eine andere elektrische Funktionskomponente wie z.B. einen Widerstand und/oder einen Kondensator und/oder eine Induktivität und/oder eine Sicherung und/oder einen Kontakt in Dickschichttechnik. Die Fertigung des Schalungsträgers (GPCB ) umfasst bevorzugt beispielsweise ein Bedrucken eines Glaskörpers, der als Schaltungsträger (GPCB ) dient, mit einer für diesen Glaskörper geeigneten Dickschichtpaste. Ggf. bereitet eine ganzflächige oder teilflächige Oberflächenvorbereitung beispielsweise durch Aufrauen mittels Laserstrahlen und/oder Ätzung und/oder Beschichtung mit einem Haftmittel die Oberfläche des Glaskörpers des Schaltungsträgers (GPCB ) an seiner Oberfläche an den entsprechenden Stellen der Oberfläche vor. Das Bedrucken erfolgt vorzugsweise mittels Schablonen oder Siebdruck. Nach dem Einbrennen der Dickschichtpaste kann die Vorrichtung den Schaltungsträger (GPCB ) wie eine Platine (Englisch: printed circuit board) verwenden. Es sind auch andere Aufbringmethoden für die Dickschichtpaste möglich. - Darüber hinaus kann der Schaltungsträger (
GPCB ) alternativ oder zusätzlich zumindest eine oder mehrere elektrische Leitungen und/oder einen oder mehrere andere elektrische Funktionskomponenten wie z.B. Widerstände und/oder Kondensatoren und/oder Induktivitäten und/oder Sicherungen und/oder Kontakte und/oder Dioden und/oder Transistoren in Dünnschicht aufweisen. - In einer vierten beispielhaften Variante des Vorschlags befestigen und/oder verbinden Lötungen und/oder Klebungen, insbesondere elektrische und/oder thermisch leitfähige Klebungen, bevorzugt zumindest eine oder mehrere oder alle der Komponenten Sensorelement (
NVD ) und/oder Pumpstrahlungsquelle (PLED ) und/oder Strahlungsempfänger (PD ) und/oder Auswertemittel (ADC ,IF ) an einer Leitung und/oder an einem Kontakt. Diese Verbindungen und/oder Befestigungen sind bevorzugt elektrisch und/oder thermisch leitfähig. Somit verbinden diese Verbindungen im Fall elektrischer und/oder thermischer Leitfähigkeit dieser Verbindungen die Komponenten elektrisch und/oder thermisch mit der betreffenden Leitung und/oder dem entsprechenden Kontakt. - In einer fünften beispielhaften Variante umfasst das Magnetometer bevorzugt ein optisches Funktionselement, das die Strahlführung zumindest eines Teils der Pumpstrahlung (
LB ) und/oder der Fluoreszenzstrahlung (FL ) verändert. Dies ist insbesondere deshalb vorteilhaft, weil beispielsweise geeignete optische Funktionselemente wie Spiegel (ML ) und Linsen beispielsweise die Pump-Leistungsdichte der Pumpstrahlung (LB ) an den Orten der zur Messung verwendeten paramagnetischen Zentren (NV-Zentren) erhöhen können und weil hierdurch diese die Kopplungswahrscheinlichkeit zwischen den paramagnetischen Zentren erhöhen können, was zu einer erhöhten Empfindlichkeit führt. - Es ist in einer fünften beispielhaften Variante daher besonders vorteilhaft, wenn insbesondere dieses optische Funktionselement eine Spiegelfläche (
ML ) und/oder eine Linse und/oder ein optisches oder photonisches Gitter und/oder eine Blende und/oder ein Wellensumpf und/oder ein Prisma und/oder ein Strahlteiler und/oder ein Lichtwellenleiter ist. - Die in den Figuren nicht gezeichnete Fertigungsvorrichtung bringt in einer sechsten beispielhaften Variante des Magnetometers auf dem Schaltungsträger (
GPCB ) beispielsweise einen Lichtwellenleiter (LWL ) in Dickschichttechnik auf. (Hierzu später mehr.) Dies hat den Vorteil, dass die Druckvorrichtung in einem Druck-Arbeitsgang eine Vielzahl von Lichtwellenleitern (LWL ) herstellen kann. Hierdurch kann leicht ein Magnetometer-Array auf Basis eines Arrays von Lichtwellenleitern (LWL ) und der zugehörigen optischen Systeme hergestellt werden. - Bevorzugt umfasst der Lichtwellenleiter (
LWL ) ggf. lokal Kristalle mit einem paramagnetischen Zentrum oder mehreren paramagnetischen Zentren. Ganz besonders bevorzugt handelt es sich im Falle eines Lichtwellenleiters (LWL ) dabei um Mikro- oder Nanokristalle. Die Kristalle mit den paramagnetischen Zentren sind bevorzugt Mikro- und Nanokristalle und zwar insbesondere bevorzugt Diamantkristalle mit NV-Zentren. Bevorzugt ist die mittlere Größe der Kristalle an die Pumpstrahlungswellenlänge (λpmp ) der Pumpstrahlung (LB ) und/oder die Fluoreszenzstrahlungswellenlänge (λfl ) der Fluoreszenzstrahlung (FL ) angepasst. Bevorzugt weicht die mittlere Größe der Kristalle längs einer Richtung der Kristalle um nicht mehr als 25%, besser nicht mehr als 10%, noch besser nicht mehr als 5% von einem ganzzahligen Vielfachen der halben Pumpstrahlungswellenlänge (λpmp ) der Pumpstrahlung (LB ) und/oder der halben Fluoreszenzstrahlungswellenlänge (λfl ) der Fluoreszenzstrahlung (FL ) ab. Basis dieser Beurteilung ist bevorzugt eine zufällige Stichprobe von 100 Kristallen, die mittels eines Mikroskops vermessen werden können. Besonders vorteilhaft sind Diamantkristalle mit einer sehr hohen Dichte an NV-Zentren, die dann miteinander koppeln können und so eine besonders hohe Magnetfeldempfindlichkeit ergeben. Die Erfinder weisen auf das GebrauchsmusterDE 20 2020 106 110 U1 in diesem Zusammenhang hin. - Es ist denkbar, dass der Lichtwellenleiter (
LWL ) für die Fluoreszenzstrahlung (FL ) ein bevorzugt mit Vakuum oder Luft oder Gas oder einem anderen Füllmaterial gefüllter Hohlraumwellenleiter ist. Das Füllmaterial sollte möglichst bei Bestrahlung mit Strahlung mit der Pumpstrahlungswellenlänge (λpmp ) keine Fluoreszenz und vor allem keine Fluoreszenzstrahlung mit der Fluoreszenzwellenlänge (λfl ) zeigen. Der Mantel dieses Hohlraumwellenleiters kann aus einem Metall oder einem Dielektrikum mit einem höheren Brechungsindex als das Füllmaterial des Hohlraumwellenleiters gefertigt sein. Daher wirft der Mantel des Hohlraumwellenleiters die in ihm geführte Fluoreszenzstrahlung (FL ) des paramagnetischen Zentrums bzw. der paramagnetischen Zentren des Sensorelements (NVD ) wieder in den Innenraum, also den Hohlraum im Innern des Hohlraumwellenleiters, zurück. Die hier vorgelegte Schrift schlägt vor, den Mantel des als Lichtwellenleiter (LWL ) für die Fluoreszenzstrahlung (FL ) der paramagnetischen Zentren genutzten Hohlraumwellenleiters aus einem für Strahlung mit der Pumpstrahlungswellenlänge (λpmp )optisch transparenten Material zu fertigen. Der Mantel des Hohlraumwellenleiters kann den Transport der Pumpstrahlung (LB ) zum Sensorelement (NVD ) bewerkstelligen, während der Innenraum des Hohlwellenleiters den Rücktransport der Fluoreszenzstrahlung (FL ) beispielsweise zum Empfänger (PD ) bewerkstelligt. Bei der Vorrichtung handelt es sich dann um ein quantenoptisches System, insbesondere einen Quantensensor oder einen Quantencomputer, mit mindestens einem paramagnetischen, bevorzugt aber mit einer Mehrzahl paramagnetischer Zentren, die u.U. miteinander gekoppelt, also insbesondere verschränkt, sein können. Das quantenoptische System weist einen Hohlwellenleiter als Lichtwellenleiter (LWL ) auf. Dabei sendet eine Pumpstrahlungsquelle (PLED ) Pumpstrahlung (LB ) zu einem paramagnetischen Zentrum und/oder zu einer Mehrzahl paramagnetischer Zentren. Der Hohlwellenleiter transportiert im Hohlraum die Fluoreszenzstrahlung (FL ) des paramagnetischen Zentrums und/oder der paramagnetischen Zentren zu einem Strahlungsempfänger (PD ). Bevorzugt sendet die Pumpstrahlungsquelle (PLED ) die Pumpstrahlung (LB ) über den beispielsweise als Glasrohr ausgebildeten Mantel des Hohlraumwellenleiters, der hier ein Hohlraumlichtwellenleiter ist, zu dem paramagnetischen Zentrum und/oder zu der Mehrzahl paramagnetischer Zentren. - Typischerweise ist bei Verwendung von NV-Zentren in Diamant als paramagnetischen Zentren die Fluoreszenzstrahlungswellenlänge (
λfl ) der Fluoreszenzstrahlung (FL ) der NV-Zentren so, dass diese rot erscheinen. Verwendet die Vorrichtung Kompensationsstrahlungsquellen (CLED ), so wird deren Kompensationswellenlänge in einer möglichen Variante so gewählt, dass sie beispielsweise im infraroten Bereich liegt. Hierdurch kann deren Kompensationsstrahlung (CL ) die Fluoreszenz des NV-Zentrums nicht anregen und somit keine Fluoreszenzstrahlung (FL ) des NV-Zentrums anregen. Die Pumpstrahlungswellenlänge (λpmp ) der Pumpstrahlung (LB ) wird im Gegensatz dazu in der Regel, insbesondere bei der Verwendung von NV-Zentren als paramagnetischen Zentren, kleiner als die Fluoreszenzstrahlungswellenlänge (λfl ) der Fluoreszenzstrahlung (FL ) gewählt. Dies geschieht beispielsweise dadurch, dass die Pumpstrahlungsquelle (PLED ) der Pumpstrahlung (LB ) bevorzugt eine grüne, blaue oder ultraviolette LED im Falle von NV-Zentren in Diamant als paramagnetischen Zentren ist. Im Falle von NV-Zentren in Diamant oder in Diamanten ist eine Laser-Diode der Fa. Osram vom Typ PLT5 520B beispielsweise als Pumpstrahlungsquelle (PLED ) mit 520nm Pumpstrahlungswellenlänge (λpmp ) geeignet. Die Pumpstrahlung (LB ) der Pumpstrahlungsquelle (PLED ) sollte bei der Verwendung von NV-Zentren eine Pumpstrahlungswellenlänge (λpmp )in einem Wellenlängenbereich von 400 nm bis 700 nm Wellenlänge und/oder besser 450 nm bis 650 nm und/oder besser 500 nm bis 550 nm und/oder besser 515 nm bis 540 nm aufweisen. Hierdurch kann die Pumpstrahlung (LB ) das paramagnetische Zentrum, das bevorzugt ein NV-Zentrum in Diamant ist, auf ein höheres Energie-Niveau anregen. Bei der Ausarbeitung der Erfindung erkannten die Erfinder, dass im Gegensatz zum Stand der Technik keine Mikrowellenstrahlung notwendig ist, damit das so auf ein hohes Niveau angeregte paramagnetische Zentrum auf ein Zwischenniveau abfällt. Vielmehr ist es ausreichend, wenn das Sensorelement (NVD ), also beispielsweise der Diamantkristall, eine ausreichend hohe Dichte an paramagnetischen Zentren, also NV-Zentren, aufweist. Die Erfinder weisen auf das GebrauchsmusterDE 20 2020 106 110 U1 in diesem Zusammenhang hin. Bevorzugt weist ein beispielhafter Diamantkristall eine NV-Zentrendichte von mit einer NV-Zentren-Dichte von mehr als 500ppm und/oder von mehr als 200ppm und/oder von mehr als 100ppm und/oder von mehr als 50ppm und/oder von mehr als 20ppm und/oder von mehr als 10ppm und/oder von mehr als 5ppm und/oder von mehr als 2ppm und/oder von mehr als 1ppm und/oder mehr als 0,1ppm und/oder mehr als 0,01ppm bezogen auf die Anzahl der Kohlenstoffatome pro Volumeneinheit auf. Je höher diese Dichte ist, desto besser. Ganz besonders bevorzugt sind Dichten von >200ppm. Natürlich kann das Sensorelement (NVD ) auch geringere Konzentrationen wie beispielsweise von mehr als 0,01ppm und/oder von mehr als 10-3ppm und/oder von mehr als 10-4ppm und/oder von mehr als 10-5ppm und/oder von mehr als 10-6ppm verwenden. Das Fluoreszenzsignal der Intensität der Fluoreszenzstrahlung (FL ) schwächt sich dann aber immer mehr ab, sodass sich abschwächende Fluoreszenzsignal der Fluoreszenzstrahlung (FL ) dann immer höhere Anforderungen an die elektronische Nachverarbeitung stellt und das Signal-zu-Rauschverhältnis verschlechtert. Die Dichte der paramagnetischen Zentren braucht nicht überall im Sensorelement (NVD ), also dem beispielhaften Diamanten, eine möglichst hohe Dichte erreichen. Bei der Ausarbeitung der Erfindung erkannten die Erfinder, dass es vielmehr ausreichend ist, wenn die Dichte der paramagnetischen Zentren diese Dichte lokal überschreitet. Bevorzugt verwendet die Vorrichtung also zumindest lokal in einem mit der Pumpstrahlung (LB ) beleuchteten Bereich des Sensorelements (NVD ) mehr als 100, besser noch mehr als 1000, besser mehr als 104, besser mehr als 105, besser mehr als 106, besser mehr als 107 paramagnetische Zentren für den Betrieb des Sensorsystems. Durch spontane Emission nehmen dann immer einige der paramagnetischen Zentren spontan nach einer Übergangszeit td aus dem angeregten Zustand kommend einen energetisch niedrigeren Zwischenzustand ein. Die technische Lehre des Stands der Technik erreicht dies erst durch die Verwendung von Mikrowellenstrahlung durch stimulierte Emission. Bei der Ausarbeitung der Erfindung erkannten die Erfinder, dass die hohe Dichte an paramagnetischen Zentren - bei Verwendung von Diamant eine hohe Dichte an NV-Zentren - die Notwendigkeit von Vorrichtungsteilen zur Erzeugung und Einbringung der Mikrowellenstrahlung überflüssig macht und somit einspart. Nichtsdestotrotz ist die Verwendung von Mikrowellenantennen und Sendern dann sinnvoll, wenn die Pumpstrahlung (LB ) die Fluoreszenzstrahlung (FL ) der paramagnetischen Zentren zusätzlich modulieren soll oder wenn die Vorrichtung Diamanten mit niedrigerer Dichte umfassen soll. Der Verzicht auf die Mikrowellenstrahlung macht solche Sensorsysteme, wie das hier vorgestellte erst für die Verwendung in biologischen und insbesondere medizinischen Anwendungen brauchbar. Ansonsten kommt es zu einer Strahlenbelastung des Gewebes, was die Verwendung von Sensoren mit Mikrowellenanregung der angeregten paramagnetischen Zentren auf ein Zwischenniveau für solche Zwecke massiv einschränkt. Der Verzicht auf Mikrowellenstrahlung vermeidet ebenfalls thermische Probleme. - Bei der Ausarbeitung der Erfindung erkannten die Erfinder, dass die Absorption der paramagnetischen Zentren die Fluoreszenzstrahlung (
FL ) schwächen kann. Daher erfasst und misst die Vorrichtung mittels ihrer entsprechenden Vorrichtungsteile bevorzugt die Intensität der Fluoreszenzstrahlung (FL ) von der Seite des Sensorelements (NVD ), von der auch die Pumpstrahlung (LB ) einfällt. D.h. die Pumpstrahlung (LB ) tritt über eine Oberfläche des Sensorelements (NVD ) in das Sensorelement (NVD ) und damit in den Kristall mit dem paramagnetischen Zentrum ein und die Fluoreszenzstrahlung (FL ) des paramagnetischen Zentrums verlässt bevorzugt über diese bevorzugt gleiche Oberfläche wieder das Sensorelement (NVD ). Diese Strahlführung verdoppelt typischerweise den Signal-zu-Rauschabstand gegenüber einer Transmissionsmessung, bei der die Fluoreszenzstrahlung (FL ) des paramagnetischen Zentrums das Sensorelement (NVD ) über eine andere Oberfläche des Sensorelements (NVD ) wieder verlässt. - In einer weiteren beispielhaften Variante umfasst das Magnetometer eine Pumpstrahlungsquelle (
PLED ), die Pumpstrahlung (LB ) aussendet, ein Sensorelement (NVD ), das die Pumpstrahlung (LB ) der Pumpstrahlungsquelle (PLED ) in Abhängigkeit von einer der besagten physikalischen Größen - hier der magnetischen Flussdichte B - in eine Intensität der Fluoreszenzstrahlung (FL ) umwandelt, eine Kompensationsstrahlungsquelle (CLED ) und einen ersten Verstärker (V1 ). Der erste Verstärker (V1 ) verstärkt das Empfängerausgangssignal (S0 ) des Strahlungsempfängers (PD ) und versieht es mit einem Offset, der ggf. auch 0 sein kann. Der erste Verstärker (V1 ) erzeugt als sein Verstärkerausgangssignal (sonstS4 ) in dieser Variante direkt ein Kompensationssendesignal (S7 ). Die Kompensationsstrahlungsquelle (CLED ) sendet eine Kompensationsstrahlung (CL ) in Abhängigkeit von dem Kompensationssendesignal (S7 ) aus. Die Kompensationsstrahlungsquelle (CLED ) strahlt dabei diese Kompensationsstrahlung (CL ) in den Strahlungsempfänger (PD ) ein. Die Kompensationsstrahlung (CL ) und die Fluoreszenzstrahlung (FL ) der paramagnetischen Zentren, insbesondere der NV-Zentren, des Sensorelements (NVD ) überlagern sich in dem Strahlungsempfänger (PD ) summierend und/oder multiplizierend. Der Strahlungsempfänger (PD ) erzeugt in Abhängigkeit von dem Wert dieser Überlagerung ein Empfängerausgangssignal (S0 ), das dann von dem Wert dieser Überlagerung abhängt. Die Verstärkung des ersten Verstärkers (V1 ) und dessen Offset sind dabei so eingestellt, dass der Regelkreis stabil ist und der Regelkreis den Wert des Empfängerausgangssignals (S0 ) im eingeschwungenen Zustand nahezu bis auf den Regelfehler des P-Reglers auf einen Gleichwert ausregelt. - Der Schaltungsträger (
GPCB ) umfasst bevorzugt Glas oder eine andere bevorzugt auch für Strahlung mit der Kompensationsstrahlungswellenlänge (λKS ) der Kompensationsstrahlung (CL ) transparentes Material. Dies hat den Vorteil, dass der optisch transparente Schaltungsträger (GPCB ) das Sensorelement (NVD ) galvanisch von der Pumpstrahlungsquelle (PLED ) und dem Strahlungsempfänger (PD ) sowie der restlichen Elektronik trennt. Somit kann die Vorrichtung Magnetfelder vermessen, während der Ort des Sensorelements (NVD ) der Vorrichtung sich auf einem sehr hohem elektrischem Potenzial relativ zum elektrischen Potenzial der Auswerteschaltung (IC ) der Vorrichtung befindet. - Bevorzugt sind bei dem Magnetometer zumindest eine oder mehrere oder alle der weiteren Komponenten erster Verstärker (
V1 ) und/oder Kompensationsstrahlungsquelle (CLED ) mit einer Leitung und/oder mit einem Kontakt mittels Lötung und/oder Klebung befestigt und/oder elektrisch mit diesem elektrisch verbunden. - Bevorzugt umfasst das Magnetometer ein optisches Funktionselement, das die Strahlführung zumindest eines Teils der Kompensationsstrahlung (
CL ) verändert. Insbesondere kann dieses optische Funktionselement eine Spiegelfläche (ML ) oder ein anderes der in dieser Schrift erwähntes Funktionselement sein. - Um das 1/f-Rauschen zu vermindern, moduliert die Pumpstromquelle (
I0 ) den elektrischen Pumpstrom (Ipump ) der Pumpstrahlungsquelle (PLED ) mit einem Sendesignal (S5 ) mit einer typischerweise von 0Hz verschiedenen Modulationsbandbreite. Hierdurch ist dann auch die Pumpstrahlung (LB ) typischerweise mit dieser Modulationsbandbreite des Sendesignals (S5 ) in der Intensität moduliert. Bevorzugt verstärkt der erste Verstärker (V1 ) des Magnetometers das dann ebenfalls modulierte Empfängeraufgangssignal (S0 ) des Strahlungsempfängers (PD ) zu einem demodulierten Signal (S4 ). Bevorzugt ist dabei der erste Verstärker (V1 ) ein Synchrondemodulator, der das Sendesignal (S5 ) oder ein aus dem Sendesignal (S5 ) abgeleitetes Signal zur Demodulation des demodulierten Signals (S4 ) aus dem modulierten Empfängerausgangssignal (S0 ) verwendet. Bevorzugt umfasst das Magnetometer einen zweiten Verstärker (V2 ), der das demodulierte Signal (S4 ), zu einem Kompensationssendesignal (S7 ) verarbeitet. In diesem Fall ist der zweite Verstärker (V2 ) nun bevorzugt ein Modulator, der das Sendesignal (S5 ) oder ein aus dem Sendesignal (S5 ) abgeleitetes Signal zur Modulation des demodulierten Signals (S4 ) zu dem Kompensationssendesignal (S7 ) mit einer zweiten Verstärkung und einem zweiten Offset verwendet. Die Modulation des Kompensationssendesignals (S7 ) durch den zweiten Verstärker (V2 ) ist typischerweise komplementär zu der Modulation des Sendesignals (S5 ) der Pumpstrahlung (LB ). Geeignete Verstärkungs- und Vorzeichenwahl im Regelkreis stellt die Modulation des Sendesignals (S5 ) so ein, dass der Regelkreis das Empfängerausgangssignal (S0 ) auf ein im Wesentlichen konstantes Signal als Empfängerausgangssignal (S0 ) einregelt. - Bevorzugt umfasst das Magnetometer paramagnetische Zentren, die zumindest ein NV-Zentrum in Diamant umfassen. Bevorzugt umfasst das Sensorelement (
NVD ) dann Diamant. - Bevorzugt ist dabei die Dichte der NV-Zentren zumindest lokal in einem mit der Pumpstrahlung (
LB ) bestrahlten Bereich des Sensorelements (NVD ) größer als 500ppm und/oder größer als 200ppm und/oder größer als 100ppm und/oder größer als 50ppm und/oder größer als 20ppm und/oder größer als 10ppm und/oder größer als 5ppm und/oder größer als 2ppm und/oder größer als 1ppm und/oder größer als 0,1ppmund/oder größer als 0,01ppm bezogen auf die Anzahl der Kohlenstoffatome pro Volumeneinheit. Je höher diese Dichte ist, desto besser. Ganz besonders bevorzugt sind Dichten von >200ppm, wie bereits oben beschrieben. Bevorzugt ist die NV-Zentrendichte größer als 0,0001ppm und/oder besser größer als 0,0002ppm und/oder besser größer 0,0005ppm und/oder besser größer als 0,001ppm und/oder besser größer als 0,002ppm und/oder besser größer 0,005ppm und/oder besser größer als 0,01ppm und/oder besser größer als 0,02ppm und/oder besser größer 0,05ppm und/oder besser größer als 0,1ppm und/oder besser größer als 0,2ppm und/oder besser größer als 0,5ppm bezogen auf die Anzahl der Kohlenstoffatome pro Volumeneinheit, wobei insbesondere eine Dichte von >200ppm bevorzugt ist. - In einer wichtigen Variante umfasst das Sensorelement mehrere Kristalle, insbesondere Mikro- und/oder Nanokristalle. Bevorzugt handelt es sich um eine Vielzahl von Mikro- und/oder Nanodiamanten. Bevorzugt umfassen in dieser Variante mindestens zwei, besser eine Vielzahl, dieser Kristalle jeweils mindestens ein paramagnetisches Zentrum, wie zuvor beschrieben. Diese können dann typischerweise miteinander koppeln. Die Dichte der paramagnetischen Zentren sollte dabei so hoch sein, dass die paramagnetischen Zentren des Sensorelements (
NVD ) sich gegenseitig so beeinflussen, sodass beispielsweise die Fluoreszenzstrahlung (FL ) in ihrer Intensität bei einem steigenden Betrag der magnetischen Flussdichte B in zumindest einem Bereich des Betrags der magnetischen Flussdichte B sinkt und/oder dass beispielsweise die Fluoreszenzstrahlung (FL ) in ihrer Intensität bei einem steigenden Betrag der magnetischen Flussdichte B in zumindest einem Bereich des Betrags der magnetischen Flussdichte B steigt. Diese Schrift versteht unter Intensität dabei die Amplitude der übertragenen Energie einer Strahlung. - Um die Fluoreszenzstrahlung (
FL ) von der Pumpstrahlung (LB ) vor dem Auftreffen auf den Strahlungsempfänger (PD ) zu trennen, ist es vorteilhaft, wenn das Magnetometer einen optischen Filter (F1 ) umfasst, der transparent für Strahlung mit der Fluoreszenzstrahlungswellenlänge (λfl ) der Fluoreszenzstrahlung (FL ) ist und der nicht transparent für Strahlung mit der Pumpstrahlungswellenlänge (λpmp )der Pumpstrahlung (LB ) ist. Auch ein Spiegel oder ein funktionsäquivalentes optisches Funktionselement kann diese Funktion darstellen. Ein Beispiel ist die Verwendung einer Fresnel-Linse. Voraussetzung ist, dass kein alternativer optischer Pfad für Pumpstrahlung (LB ) von der Pumpstrahlungsquelle (PLED ) zum Strahlungsempfänger (PD ) besteht, der an dem optischen Filter (F1 ) vorbeiführt. Blenden können dies ggf. sicherstellen. Der optische Filter (F1 ) stellt sicher, dass die Pumpstrahlung (LB ) den Strahlungsempfänger (PD ) nicht oder nur ausreichend gedämpft erreichen kann und dass die Fluoreszenzstrahlung (FL ) den Strahlungsempfänger (PD ) ausreichend ungedämpft erreichen kann. Bevorzugt umfasst das Magnetometer mindestens ein Funktionselement, um die Dichte der Intensität der Bestrahlung zumindest eines Teils des Sensorelements (NVD ) insbesondere mit Pumpstrahlung (LB ) zu erhöhen. Bei diesem Funktionselement kann es sich beispielsweise um eine Lise oder einen gekrümmten Spiegel handeln, die die Pumpstrahlung (LB ) auf einen Bereich des Sensorelements (NVD ) fokussiert. Der Schaltungsträger (GPCB ) weist bevorzugt eine Durchschlagsfestigkeit von mehr als 100V und/oder besser von mehr als 200V und/oder besser von mehr als 500V und/oder besser von mehr als 1kV und/oder besser von mehr als 2kV und/oder besser von mehr als 5kV und/oder besser von mehr als 10kV und/oder besser von mehr als 20kV und/oder besser von mehr als 50kV und/oder besser von mehr als 100kV und/oder besser von mehr als 200kV und/oder besser von mehr als 500kV und/oder besser von mehr als 1MV und/oder besser von mehr als 2MV und/oder besser von mehr als 5MV auf. - Diese Durchschlagfestigkeit bezieht sich auf eine Spannung zwischen dem Potenzial eines Anschlusses der Pumpstrahlungsquelle (
PLED ) auf der einen Seite des Schaltungsträgers (GPCB ) und einem anderen Punkt auf der Oberfläche der anderen Seite des Schaltungsträgers (GPCB ) und/oder auf eine Spannung zwischen dem Potenzial eines Anschlusses der Kompensationsstrahlungsquelle (CLED ) auf der einen Seite des Schaltungsträgers (GPCB ) und einem anderen Punkt auf der Oberfläche der anderen Seite des Schaltungsträgers (GPCB ) und/oder auf eine Spannung zwischen dem Potenzial eines Anschlusses des integrierten Schaltkreises (IC ) auf der einen Seite des Schaltungsträgers (GPCB ) und einem anderen Punkt auf der Oberfläche der anderen Seite des Schaltungsträgers (GPCB ) und/oder auf eine Spannung zwischen dem Potenzial eines Anschlusses des Strahlungsempfängers(PD ) auf der einen Seite des Schaltungsträgers (GPCB ) und einem anderen Punkt auf der Oberfläche der anderen Seite des Schaltungsträgers (GPCB ). - Modul
- Wie bereits aus dem vorausgegangenen Text erkennbar, umfasst das Magnetometer ein spezielles Modul, das im Zuge der Erarbeitung der Erfindung als zentrales Teil des Magnetometers entstand. Dieses Modul an sich wird ebenfalls beansprucht. Grund ist, dass ein anderweitiger Einsatz des Moduls möglich ist.
- Es handelt sich hierbei um ein Modul, insbesondere zu Verwendung in einem Magnetometer, wie zuvor beschrieben. Das Modul umfasst typischerweise ein Sensorelement (
NVD ) und einen Schaltungsträger (GPCB ). Das Sensorelement (NVD ) umfasst zumindest ein paramagnetisches Zentrum. Es handelt sich bevorzugt wieder um ein NV-Zentrum in einem Diamanten. Wie weiter unten ausgeführt wird, sind mehrere NV-Zentren in hoher Dichte besonders bevorzugt. Das paramagnetische Zentrum des Sensorelements (NVD ) kann bei Bestrahlung mit einer Pumpstrahlung (LB ), die eine Pumpstrahlungswellenlänge (λpmp )aufweist, eine Fluoreszenzstrahlung (FL ), die eine Fluoreszenzstrahlungswellenlänge (λfl ) aufweist, aussenden. Typischerweise hängt diese Aussendung von einer physikalischen Größe ab, bei der es sich beispielsweise um eine der oben beschriebenen Größen handeln kann. Beispielsweise kann es sich bei dem paramagnetischen Zentrum um ein NV-Zentrum in Diamant handeln. Beispielsweise kann die physikalische Größer der Betrag der magnetischen Flussdichte B sein. In dem Fall hängt dann die Intensität der Fluoreszenzstrahlung (FL ) von dem Wert der magnetischen Flussdichte B am Ort des paramagnetischen Zentrums ab und das Sensorelement (NVD ) weist dann ein NV-Zentren oder mehrere NV-Zentren oder eine Vielzahl von NV-Zentren sowie Diamant auf. Diese Schrift versteht unter einer Vielzahl paramagnetischer Zentren u.a. einen Cluster, also eine lokale Ansammlung und/oder Dichteerhöhung paramagnetischer Zentren. Bei der Verwendung von Mikro- und Nano-Kristallen können diese in einem optisch transparenten Einbettungsmaterial, beispielsweise in den Schaltungsträger (GPCB ) selbst eingebettet sein. Bei dem Material des Schaltungsträgers (GPCB ) kann es sich beispielsweise um Glas oder ein funktionsäquivalentes Material, beispielsweise Acrylglas, handeln. Bevorzugt handelt es sich bei dem Einbettungsmaterial um ein Material, das dem Material des Schaltungsträgers (GPCB ) möglichst ähnlich ist. Bevorzugt weist das Einbettungsmaterial einen im Wesentlichen gleichen Brechungsindex wie das Material des Schaltungsträgers (GPCB ) auf. Bevorzugt handelt es sich bei dem Einbettungsmaterial im Falle eines Schaltungsträgers (GPCB ) aus Glas um ein Glaspulver, das mit Kristallen, insbesondere Diamantkristallen, vermischt ist, die die paramagnetischen Zentren, also beispielsweise die besagten NV-Zentren, aufweisen. Der Verarbeitungsprozess kann das Einbettungsmaterial zusammen mit den Kristallen im Laufe dieses Verarbeitungsprozesses beispielsweise vor dem Erstarren noch im Zustand einer Paste durch Spritzguss oder dergleichen in eine spezielle Form bringen. Bevorzugt ist nun das Material des Schaltungsträgers (GPCB ) für die Pumpstrahlungswellenlänge (λpmp )der Pumpstrahlung (LB ) transparent und/oder das Material des Schaltungsträgers (GPCB ) ist an sich transparent. Bevorzugt sind elektrische Leitungen auf dem Schaltungsträger (GPCB ) angebracht, die bevorzugt mechanisch mit diesem verbunden sind. Der Schaltungsträger (GPCB ) weist bevorzugt somit eine oder mehrere oder eine Vielzahl von elektrischen Leitungen auf. Um die Kopplung unter den parametrischen Zentren, also beispielsweise unter den NV-Zentren zu maximieren, sollte die Dichte dieser Zentren zumindest im Bereich der Einstrahlung der Pumpstrahlung (LB ) zumindest lokal sehr hoch sein. Im Falle von NV-Zentren in Diamant als paramagnetisches Zentrum sollte die Dichte der NV-Zentren daher größer als 500ppm und/oder größer als 200ppm und/oder größer als 100ppm und/oder größer als 50ppm und/oder größer als 20ppm und/oder größer als 10ppm und/oder größer als 5ppm und/oder größer als 2ppm und/oder größer als 1ppm und/oder größer als 0,1ppmund/oder größer als 0,01ppm bezogen auf die Anzahl der Kohlenstoffatome pro Volumeneinheit in diesem lokalen Bereich sein. Je höher diese Dichte ist, desto besser. Ganz besonders bevorzugt sind Dichten von >200ppm, wie bereits oben beschrieben. Bevorzugt ist die NV-Zentren-Dichte größer als 0,0001ppm und/oder besser größer als 0,0002ppm und/oder besser größer 0,0005ppm und/oder besser größer als 0,001ppm und/oder besser größer als 0,002ppm und/oder besser größer 0,005ppm und/oder besser größer als 0,01ppm und/oder besser größer als 0,02ppm und/oder besser größer 0,05ppm und/oder besser größer als 0,1ppm und/oder besser größer als 0,2ppm und/oder besser größer als 0,5ppm bezogen auf die Anzahl der Kohlenstoffatome pro Volumeneinheit in diesem lokalen Bereich, wobei insbesondere eine Dichte von >200ppm in dem lokalen Bereich bevorzugt ist. Größere Dichten sind noch wesentlich besser, da sie den Kontrast verbessern und damit das Signal-zu-Rauschverhältnis verbessern. Geringere Dichten schwächen nicht nur das Signal ab. Sie schwächen auch die Kopplung der NV-Zentren untereinander und verringern damit nochmals den Kontrast zwischen der Intensität der Fluoreszenzstrahlung (FL ) bei 10mT und der Intensität der Fluoreszenzstrahlung (FL ) bei mehr als 50mT im Falle von NV-Zentren als paramagnetische Zentren. Höhere Dichten stärken dagegen das Signal. Sie stärken auch die Kopplung der NV-Zentren untereinander und vergrößern damit nochmals den Kontrast zwischen der Intensität der Fluoreszenzstrahlung (FL ) bei 10mT und der Intensität der Fluoreszenzstrahlung (FL ) bei mehr als 50mT. Wie bereits beschrieben, sollte bevorzugt das Sensorelement (NVD ) des Moduls mehrere Kristalle, insbesondere Nanokristalle, umfassen, wobei mindestens zwei dieser Kristalle jeweils mindestens ein paramagnetisches Zentrum umfassen sollten. Bevorzugt sollte das Sensorelement (NVD ) eine Vielzahl von paramagnetischen Zentren umfassen. Dabei sollte die Dichte der paramagnetischen Zentren im Sinne des Anspruchs 25 so ausreichend hoch sein, dass die paramagnetischen Zentren sich gegenseitig so beeinflussen, so dass die Fluoreszenzstrahlung (FL ) in ihrer Intensität in zumindest einem Wertebereich des Betrags der magnetischen Flussdichte B bei einem steigenden Betrag der magnetischen Flussdichte B sinkt und/oder dass die Fluoreszenzstrahlung (FL ) in ihrer Intensität in zumindest einem Wertebereich des Betrags der magnetischen Flussdichte B bei einem steigenden Betrag der magnetischen Flussdichte B steigt. - Bevorzugt umfasst der Schaltungsträger (
GPCB ) optische Funktionselemente. Diese können Linsen, Blenden, Gitter, digital optische Funktionselemente, diffraktive optische Funktionselemente, photonische Kristalle, Spiegel, Strahlteiler, Lichtwellenleiter, Wellenkoppler und der gleichen sein. Insbesondere können eines oder einige dieser optischen Funktionselemente in digitaler und/oder diffraktiver Optik hergestellt sein. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Fertigungsvorrichtung diese optischen Funktionselemente durch Dickschichtdrucken eines Glasfrits herstellt. Zu den Möglichkeiten der digitalen Optik sei hier auf die Bücher von Bernard C. Kress und Patrick Meyrueis „Applied Digital Optics: From Micro-optics to Nanophotonics: Micro-Optics, Optical MEMS and Nanophotonics" Wiley; Auflage: 1. (27. Oktober 2009) und Bernhard Kress und Patrick Meyrueis „Digital Diffractive Optics" Wiley; (2000) hingewiesen. Die Kombination der dort vorgestellten technischen Lehren mit den hier vorgestellten technischen Lehren ist voll umfänglicher Teil der hier vorgelegten Schrift. - Bevorzugt sind die in einem Dickschichtverfahren hergestellten Leitungen des Schaltungsträger (
GPCB ) mit mindestens einigen Anschlüssen eines oder mehrerer elektronischer und/oder elektrischer Bauelemente durch Lötung und/oder elektrisch leitfähige Klebung elektrisch verbunden. Dabei können elektronische Bauelemente, die so auf dem Schaltungsträger (GPCB ) befestigt sind, opto-elektronische Bauelemente, insbesondere Laser, LEDs und Fotodetektoren etc., sein, die bevorzugt optisch mit dem Schaltungsträger (GPCB ) gekoppelt sind. Eine solche optische Kopplung liegt im Sinne dieser Schrift auch dann vor, wenn optische Funktionselemente des Schaltungsträgers (GPCB ) oder optische Funktionselemente, die mit dem Schaltungsträger (GPCB ) mechanisch verbunden sind, mit diesen opto-elektronischen Bauelementen gekoppelt sind. Beispielsweise kann es sich um in Dickschichttechnik hergestellte Lichtwellenleiter (LWL ) oder andere in dieser Schrift erwähnte optische Funktionselemente handeln. Bevorzugt druckt die Fertigungsvorrichtung diese optischen Funktionselemente in Dickschichttechnik auf den Schaltungsträger (GPCB ). Das Aufbringen geeigneter Schichten und Strukturen ist auch über andere Verfahren möglich, beispielsweise mittels Aufkleben von diesen Schichten. Bevorzugt sind die Schichten dabei vorstrukturiert. Ggf. kann die Fertigungsvorrichtung beispielsweise eine zweilagige Folie verwenden. Die in den Figuren nicht eingezeichnete Fertigungsvorrichtung strukturiert eine erste Lage. Die zweite Lage ist beispielsweise unstrukturiert und dient nur dem mechanischen Halt. Nach dem Aufbringen der ersten Lage auf den Schaltungsträger-Rohling entfernt die Fertigungsvorrichtung die zweite Lage. Nur die erste Lage verbleibt auf dem Schaltungsträger-Rohling. - Bevorzugt handelt es sich bei einem oder mehreren elektronischen Bauelementen um ein optoelektronisches Bauelement, dass optisch über den Schaltungsträger (
GPCB ) beispielsweise in der zuvor beschriebenen Weise mit einem oder mehreren paramagnetischen Zentren des Sensorelements (NVD ) gekoppelt ist. Dies kann bedeuten, dass durch diese optische Kopplung das opto-elektronische Bauelement das paramagnetische Zentrum des Sensorelements (NVD ) bestrahlen kann und/oder dass das paramagnetische Zentrum des Sensorelements (NVD ) das optoelektronische Bauteil bestrahlen kann. - Stromsensor
- Auf dieser Basis kann diese Schrift nun einen beispielhaften Stromsensor skizzieren, der ein Magnetometer, wie zuvor beschrieben und einen elektrischen Leiter (
LTG ) umfasst. Von einem solchen Stromsensor kann man im Sinne dieser Schrift auch sprechen, wenn das Magnetometer dazu vorgesehen und/oder geeignet ist, mit einem Leiter verbunden zu werden, um einen Stromsensor zu bilden. - Bevorzugt sollte der elektrische Leiter (
LTG ) so zum Sensorelement (NVD ) angeordnet sein, dass die durch einen elektrischen Stromfluss im elektrischen Leiter (LTG ) erzeugte zusätzliche magnetische Flussdichte B die Intensität der Fluoreszenzstrahlung (FL ) der paramagnetischen Zentren des Sensorelements (NVD ) beeinflussen kann. - Um die magnetische Flussdichte B am Ort des paramagnetischen Zentrums im Sensorelement (
NVD ) zu maximieren, sollte der elektrische Leiter (LTG ) zumindest an einer Stelle nicht gerade, sondern gebogen sein. Besonders bevorzugt ist eine U-Form mit einem möglichst kleinen inneren Radius R am Ende der U-Form. Diese U-Form erreicht eine Maximierung der magnetischen Flussdichte B. Die Verwendung weiterer Windungen ist natürlich möglich. Die Biegung des elektrischen Leiters (LTG ) definiert im Falle einer U-Form eine Ebene, wobei das Sensorelement (NVD ) und/oder das paramagnetische Zentrum nicht mehr als 0,5mm und/oder schlechter nicht mehr als 1mm und/oder schlechter nicht mehr als 2mm und/oder schlechter nicht mehr als 5mm und/oder schlechter nicht mehr als 10mm beabstandet von dieser Ebene montiert ist. - Eine Spule (
L ) ist ebenfalls denkbar. In dem Fall befindet sich der Optimalpunkt für die Platzierung des Sensorelements (NVD ) mit den paramagnetischen Zentrumen im Zentrum der Spule (L ). Bevorzugt verwendet die Vorrichtung einen Lichtwellenleiter (LWL ), der in seinem Innern an einer Stelle das Sensorelement (NVD ) mit den paramagnetischen Zentren umfasst, als Teil des Spulenkerns der Spule (L ) oder als Spulenkern (5 ). - Ein großer Vorteil ist, dass sich das Sensorelement (
NVD ) in unmittelbarer Nähe des elektrischen Leiters (LTG ) und auch in direktem Kontakt mit dem elektrischen Leiter (LTG ) befinden kann, da die Vorrichtung das Sensorelement (NVD ) rein optisch anspricht und ausliest. Bevorzugt definiert die die Biegung des elektrischen Leiters (LTG ) des Stromsensors eine Ebene. Bevorzugt ist dann das Sensorelement (NVD ) und/oder das paramagnetische Zentrum nicht mehr als 0,5mm und/oder nicht mehr als 1mm und/oder nicht mehr als 2mm und/oder nicht mehr als 5mm und/oder nicht mehr als 10mm beabstandet von dieser Ebene montiert. Die technische Lehre dieser Schrift legt dabei die Leiterachse, also die Mitte des elektrischen Leiters (LTG ) und die Mitte des Sensorelements (NVD ) zugrunde. - Verwendet das Sensorelement (
NVD ) beispielsweise NV-Zentren in Diamant als paramagnetische Zentren, so zeichnen sich diese durch eine hohe Geschwindigkeit aus. Diese hohe Geschwindigkeit ermöglicht es, auch bei hohen elektrischen Strömen in der Leitung schnell modulierte Stromschwankungen zu detektieren. Diese hohe Geschwindigkeit ermöglicht somit eine Signalübertragung über Hochspannungs- und Hochstromleitungen, die entsprechende Signalübertragungsvorrichtungen sehr elegant, kostengünstig und einfach nutzen und realisieren können. - Vorzugsweise erfasst hierzu der Stromsensor den zeitlichen Verlauf des Stromwerts des elektrischen Stroms im elektrischen Leiter (
LTG ) als Stromsignal. Der Stromsensor verfügt dann bevorzugt über Mittel, insbesondere Filter und Verstärker, um ein im Stromsignal enthaltenes Informations- und/oder Datensignal aus dem Stromsignal als Informationssignal abzutrennen. - Bevorzugt steuert das Informationssignal des Stromsensors, das Informationen über die ermittelten Strommesswerte umfasst, eine oder mehrere Vorrichtungen, wie beispielsweise Heizungen, Energieversorgungseinrichtungen, Motoren, Ventile etc. Auch kann eine vorschlagsgemäße Vorrichtung das Informationssignal des Stromsensors zur Datenübertragung und/oder zur Informationsübertragung und/oder zur Signalübertragung z.B. in Regelkreisen nutzen.
- Der Stromsensor kann über eine Feature-Vektor-Extraktionseinheit verfügen, die aus dem zeitlichen Verlauf der Strommesswerte des Stromsensors ein Informationssignal, den sogenannten Merkmalsvektor (Englisch Feature-Vektor) extrahiert und zu einem Feature-Vektor-Signal, also einem Signal bestehend aus einer zeitlichen Abfolge von Merkmalsvektoren, umwandelt und/oder aus dem Informationssignal abgeleitete Daten zu einem solchen Feature-Vektor-Signal umwandelt. Eine Teilvorrichtung des Stromsensors, die ein neuronales Netzwerkmodell und/oder ein HMM-Modell ausführt und die mit der Hilfe dieses neuronalen Netzwerkmodells und/oder dieses HMM-Modells das Feature-Vektor-Signal analysiert und eine oder mehrere Signalisierungen, insbesondere für eine übergeordnete Steuereinheit erzeugt. Die Erfinder verweisen hinsichtlich des Begriffs Merkmalsvektor auf den Stand der Technik: Wikipedia
(https://de.wikipedia.org/wiki/Merkmalsvektor, Stand 23.12.2020) definiert den Merkmalsvektor als (Zitat): „Ein Merkmalsvektor fasst die (numerisch) parametrisierbaren Eigenschaften eines Musters in vektorieller Weise zusammen. Verschiedene, für das Muster charakteristische Merkmale bilden die verschiedenen Dimensionen dieses Vektors. Die Gesamtheit der möglichen Merkmalsvektoren nennt man den Merkmalsraum. Merkmalsvektoren erleichtern eine automatische Klassifikation, da sie die zu klassifizierenden Eigenschaften stark reduzieren (statt eines kompletten Bildes muss zum Beispiel nur ein Vektor aus 10 Zahlen betrachtet werden). Häufig dienen sie als Eingabe für eine Clusteranalyse‟. - Der Stromsensor kann ergänzend aber auch unabhängig von der beschriebenen Messwertauswertung dynamische Stromwertänderungen erfassen. Diese dynamischen Stromwertänderungen ermöglichen sowohl ohne als auch mit zusätzlicher Verarbeitung beispielsweise in Form von Fourier-Transformation und/oder Wavelet-Transformation und/oder Filterung und/oder anderen Methoden eine Auswertung der zeitlichen Stromwertänderungen. Diese Auswertung erfolgt bevorzugt in einem Signalprozessor als Teilvorrichtung der Vorrichtung.
- Eine Teilvorrichtung des Stromsensors erfasst beispielsweise mit Hilfe einer zeitlichen Folge von Strommesswerten des Stromsensors in Form eines Messwertdatenstroms den Status einer elektrischen Leitung (
LTG ). Diese Teilvorrichtung des Stromsensors kann beispielsweise mittels Signalverarbeitungsmethoden beispielsweise ein Feature-Vektor-Signal beispielsweise als zeitliche mehrdimensionale Folge von Werten erzeugen. Die Signalverarbeitungsmethoden können beispielsweise Fourier-Transformation und/oder FFT und/oder Wavelet-Transformation oder ähnlichen Transformationen oder Filterung etc. sein. Der Stromsensor gewinnt die zeitliche mehrdimensionale Folge von Werten des Feature-Vektor-Signals bevorzugt aus dem Messwertdatenstrom. Entsprechende Vorrichtungen, wie Signalprozessoren, Filter oder Transformationseinheiten führen solche Signalverarbeitungsmethoden bevorzugt aus. Dieser Feature-Vektor-Extraktion kann beispielsweise eine Vorrichtung nachgeordnet sein, die das Feature-Vektor-Signal auswertet. Beispielsweise kann diese Vorrichtung ein neuronales Netzwerkmodell oder ein anderes Verfahren der Künstlichen Intelligenz, wie HMM-Modelle, Petri-Netz, Machine-Learning oder Deep-Learning ausführen. In diesem Zusammenhang sei nochmals auf die oben erwähnten, noch unveröffentlichten deutschen Patentanmeldungen zu diesem Thema hingewiesen. Auf diese Weise kann die Kl-Einheit beispielsweise einen sich anbahnenden Fehlerzustand der stromführenden Vorrichtung erkennen, bevor dieser wirklich eintritt. Vor dem Einsatz ermittelt ein sogenanntes Trainingsprogramm mit Hilfe von Ausfalldaten und normalen Betriebsdaten, z.B. aus Laboratorium-Tests, die Parameter für die Parametrisierung der Netzwerkknoten und Netzwerkverbindungen eines solches neuronalen Netzwerkmodells. Hinsichtlich selbstlernender sicherheitsrelevanter Anwendungen sei hier wieder auf die zum Zeitpunkt der Anmeldung dieser Schrift noch unveröffentlichten deutschen PatentanmeldungenDE 10 2019 105 337 A1 ,DE 10 2019 105 340 A1 ,DE 10 2019 105 343 A1 ,DE 10 2019 105 346 A1 ,DE 10 2019 105 359 A1 ,DE 10 2019 105 363 A1 ,DE 10 2019 105 372 A1 ,DE 10 2019 105 389 A1 ,DE 10 2019 134 408 A1 ,DE 10 2020 100 996 A1 ,DE 10 2020 101 000 A1 ,DE 10 2020 101 036 A1 undDE 10 2020 101 060 A1 hingewiesen. - Diese Schrift offenbart hier somit auch ein Stromsensor mit einer Teilvorrichtung, bei der die Teilvorrichtung ein neuronales Netzwerkmodell oder ein HMM-Modell oder dergleichen (s.o.) ausführt.
- Energieversorgungseinrichtung
- Dem Fachmann ist auf Basis des hier offengelegten somit möglich, eine Energieversorgungseinrichtung zu konstruieren, die zumindest ein Magnetometer und/oder ein Modul und/oder einen Stromsensor wie zuvor beschrieben aufweist.
- Die Energieversorgungseinrichtung kann beispielsweise eine der folgenden Vorrichtungen umfassen oder kann eine der folgenden Vorrichtungen sein oder mit einer der folgenden Vorrichtungen in Wechselwirkung stehen:
- • ein Transformator,
- • ein Hochstromschalter,
- • ein Thyristor,
- • eine Diode,
- • ein Diac,
- • ein Triac,
- • ein Transistor,
- • ein Leistungsregler,
- • ein Stromregler,
- • ein Spannungsregler,
- • ein Spannungswandler,
- • eine Endstufe,
- • eine H-Brücke.
- • eine Halbbrücke,
- • ein Wechselrichter,
- • ein Gleichrichter,
- • eine Überlandleitung,
- • eine Hochspannungsleitung,
- • ein Generator,
- • ein Motor,
- • eine Turbine,
- • eine Versorgungsleitung,
- • ein Verbrennungsmotor,
- • eine Brennstoffzelle,
- • eine Batterie,
- • ein Akkumulator
- • eine Sende- oder Empfangsspule zur Übertragung von elektrischer Energie,
- • eine Ladestation, insbesondere für Elektrofahrzeuge
- • ein thermoelektrischer Wandler,
- • ein fotoelektrischer Energiewandler
- • ein Energy-Harvester.
- Es ist denkbar, dass die Energieversorgungseinrichtung einen Stromsensor, wie zuvor beschrieben, umfasst und dass dieser ein Informationssignal mit den erfassten Stromwerten oder daraus abgeleiteten Größen bereitstellt, wobei dieses Informationssignal bevorzugt die Energieversorgungseinrichtung steuert.
- Beispielsweise kann der Stromsensor einen Strangstrom oder einen Sternpunktstrom eines Drehstromnetzes mit einem Sternpunkt erfassen.
- Batteriesensor
- Aufgrund der vorbeschriebenen Vorrichtungen kann diese Schrift somit einen Batteriesensor beispielhaft angeben, wobei der Batteriesensor zumindest ein Magnetometer und/oder ein Modul und/oder einen Stromsensor, wie zuvor beschrieben, aufweist.
- Eine solche Batterie umfasst neben den Batteriezellen also bevorzugt ein oder mehrere Magnetometer und/oder Module und/oder Stromsensoren, die beispielsweise den Wert des Stroms und/oder der Stromdichte innerhalb der Batterie und/oder an den Batterieklemmen erfassen.
- Leistungsüberwachungsvorrichtung
- Diese Schrift kann aufgrund der vorbeschriebenen Vorrichtungen eine beispielhafte Leistungsüberwachungsvorrichtung angeben. Diese Leistungsüberwachungsvorrichtung kann die Funktion eines Fl-Schutzschalters haben. In einem Elektrofahrzeug kann beispielsweise eine solche Leistungsüberwachungsvorrichtung feststellen, ob der gesamte elektrische Strom, den beispielsweise eine Batterie in eine Leitung mit beispielsweise 1kV Spannung der Leitung gegenüber der Karosserie eingespeist, auch am Motor am Ende der Leitung ankommt. Kommt es beispielsweise zu einem Leckstrom in Richtung Karosserie, so kann die Leistungsüberwachungsvorrichtung die Stromdifferenz zwischen dem Stromwert des eingespeisten Stromes und dem Stromwert des entnommenen Stromes erfassen und bei Überschreiten eines Grenzwerts durch den Betrag dieser Stromdifferenz eine Notabschaltung, z.B. durch Betätigen eines Öffnungsschalters, durchführen, um Brände zu verhindern. Diese Leistungsüberwachungsvorrichtung umfasst bevorzugt einen elektrischen Leiter (
LTG ) und zumindest einen ersten Stromsensor und zumindest einen zweiten Stromsensor, wie zuvor beschrieben. Des Weiteren umfasst die Leistungsüberwachungsvorrichtung eine Messwertauswertevorrichtung. Der elektrische Leiter (LTG ) weist eine erste Leiterposition längs des elektrischen Leiters (LTG ) auf und der elektrische Leiter (LTG ) weist eine zweite Leiterposition längs des elektrischen Leiters (LTG ) auf, die von der ersten Leiterposition verschieden und längs des vorgesehenen Stromflusses in dem elektrischen Leiter (LTG ) beabstandet ist. Der erste Stromsensor ermittelt nun einen ersten Stromwert des elektrischen Stroms im elektrischen Leiter (LTG ) an der ersten Leiterposition in Form eines ersten Messwerts. Der zweite Stromsensor ermittelt entsprechend bevorzugt gleichzeitig einen zweiten Stromwert des elektrischen Stroms im elektrischen Leiter (LTG ) an der zweiten Leiterposition in Form eines zweiten Messwerts. Die Messwertauswertevorrichtung vergleicht den ersten Messwert mit dem zweiten Messwert und bildet so einen Vergleichswert. Beispielsweise kann der Vergleichswert die Differenz des ersten Messwerts minus des zweiten Messwerts sein. Die Messwertauswertevorrichtung bildet diesen Vergleichswert und/oder stellt ihn bereit und/oder überträgt ihn an eine übergeordnete Vorrichtung, beispielsweise an einen übergeordneten zentralen Steuerrechner einer Schaltwarte. Überschreitet oder unterschreitet der Vergleichswert einen entsprechenden, typischerweise vorgegebenen Schwellwert so unterbricht oder reduziert die Messwertauswertevorrichtung bevorzugt den Stromflusses in dem elektrischen Leiter (LTG ) oder reduziert das Spannungspotenzial des elektrischen Leiters (LTG ) gegenüber einem Bezugspotenzial. - Neben der bereits erwähnten Bildung des Vergleichswerts durch Bildung der Differenz zwischen dem ersten Messwert und dem zweiten Messwert kann die Bildung des Vergleichswerts beispielsweise auch durch Division des ersten Messwerts durch den zweiten Messwert oder invers dazu erfolgen.
- Bevorzugt verfügt die Messwertauswertevorrichtung über Mittel, insbesondere einen Schalter, zur Unterbrechung oder Reduktion des Stromflusses in dem elektrischen Leiter (
LTG ) oder der Reduktion des Spannungspotenzials des elektrischen Leiters (LTG ) gegenüber einem Bezugspotenzial in Abhängigkeit von dem Vergleichswert. Geht also Strom längs des elektrischen Leiters (LTG ) verloren, so kann die Leistungsüberwachungsvorrichtung auf einen Nebenschluss zu einer anderen Leitung schließen, die einen Teil des elektrischen Stromes an der zweiten Messstelle zu-oder abführt. Überschreitet der Betrag des Vergleichswertes einen vorgegebenen Schwellwert, so kann die Leistungsüberwachungsvorrichtung diese Abschaltung beispielsweise mittels des besagten Öffnungsschalters auslösen. In die Leitung können zwischen der ersten Leiterposition, die der ersten Messstelle entspricht, und der zweiten Leiterposition, die der zweiten Messstelle entspricht, elektrische Verbraucher in die Leitung eingefügt sein. - Diese Schrift schlägt somit auch eine Leistungsüberwachungsvorrichtung vor, bei der die Messwertauswertevorrichtung den Stromfluss in dem elektrischen Leiter (
LTG ) unterbricht oder eine solche Unterbrechung des Stromflusses in dem elektrischen Leiter (LTG ) durch andere Maßnahmen, wie abstellen der Energieerzeugung oder ähnliches, veranlasst oder eine Reduktion des Stromflusses in dem elektrischen Leiter (LTG ) veranlasst oder eine Reduktion der Spannung zwischen dem Potenzial der elektrischen Leitung (LTG ) und einem Bezugspotenzial veranlasst, wenn der erste Messwert vom zweiten Messwert um mehr als 10-10 des ersten Messwerts und/oder um mehr als 10-9 des ersten Messwerts und/oder um mehr als 10-8 des ersten Messwerts und/oder um mehr als 10-7 des ersten Messwerts und/oder um mehr als 10-6 des ersten Messwerts und/oder um mehr als 10-5 des ersten Messwerts und/oder um mehr als 10-4 des ersten Messwerts und/oder um mehr als 10-3 des ersten Messwerts abweicht. Welcher Wert in der jeweiligen Anwendung optimal ist, hängt von der jeweiligen Anwendung ab. Ist die Vorrichtung zu empfindlich eingestellt, so kann bereits zulässiges Rauschen zu fehlerhaften Abschaltungen führen. Ist sie zu unempfindlich eingestellt, so kann es bei der Auslösung bereits zu Schäden gekommen sein. Daher sind andere Werte, die einer dieser Bedingungen genügen, von der Beanspruchung mit umfasst. - Ebenso schlägt diese Schrift eine Leistungsüberwachungsvorrichtung vor, bei der die Messwertauswertevorrichtung den Stromfluss in dem elektrischen Leiter (
LTG ) unterbricht oder eine solche Unterbrechung des Stromflusses in dem elektrischen Leiter (LTG ) veranlasst oder eine Reduktion des Stromflusses in dem elektrischen Leiter (LTG ) veranlasst oder eine Reduktion der Spannung zwischen dem Potenzial des elektrischen Leiters (LTG ) und einem Bezugspotenzial veranlasst, wenn der erste Messwert vom zweiten Messwert um mehr als 100mA vom ersten Messwert und/oder um mehr als 50mA vom ersten Messwert und/oder um mehr als 20mA vom ersten Messwert und/oder um mehr als 10mA vom ersten Messwert und/oder um mehr als 5mA vom ersten Messwert und/oder um mehr als 2mA vom ersten Messwert und/oder um mehr als 1mA vom ersten Messwert und/oder um mehr als 0,5mA vom ersten Messwert und/oder um mehr als 0,2mA vom ersten Messwert und/oder um mehr als 0,1mA vom ersten Messwert und/oder um mehr als 0,05mA vom ersten Messwert abweicht. Welcher Wert in der jeweiligen Anwendung optimal ist, hängt von der jeweiligen Anwendung ab. Ist die Vorrichtung zu empfindlich eingestellt, so kann bereits zulässiges Rauschen zu fehlerhaften Abschaltungen führen. Ist sie zu unempfindlich eingestellt, so kann es bei der Auslösung bereits zu Schäden gekommen sein. In der Regel wird ein Konstrukteur, der die technische Lehre dieser Schrift anwendet, den Schaltpunkt daher anwendungsabhängig einstellen. Daher sind andere Werte, die einer dieser Bedingungen genügen, von der Beanspruchung mit umfasst. - Ergänzend aber auch unabhängig von der beschriebenen Messwertauswertung kann die Leistungsüberwachungsvorrichtung dynamische Stromwertänderungen erfassen. Die Leistungsüberwachungsvorrichtung kann sowohl ohne als auch mit zusätzlicher Verarbeitung beispielsweise in Form von Fourier-Transformation oder anderen Methoden eine Auswertung der erfassten zeitlichen Stromwertänderungen ermöglichen.
- Beispielsweise kann eine Leistungsüberwachungsvorrichtung den Status der Leitung mit Hilfe einer zeitlichen Folge von ersten Messwerten und zweiten Messwerten in Form eines Messwertdatenstroms erfassen. Die Leistungsüberwachungsvorrichtung kann mittels Signalverarbeitungsmethoden beispielsweise aus dem Messwertdatenstrom ein Feature-Vektor-Signal erzeugen. Die Signalverarbeitungsmethoden können beispielsweise eine Fourier-Transformation und/oder eine FFT und/oder eine Wavelet-Transformation oder ähnliche Transformationen oder Filterung etc. sein. Das Feature-Vektor-Signal kann beispielsweise als zeitliche mehrdimensionale Folge von Werten gewonnen werden. Entsprechenden Vorrichtungen, wie Signalprozessoren, Filtern oder Transformationseinheiten führen solche Signalverarbeitungsmethoden bevorzugt aus. Dieser Feature-Vektor-Extraktion kann beispielsweise eine Vorrichtung nachgeordnet sein, die das Feature-Vektor-Signal auswertet. Beispielsweise kann diese Vorrichtung ein neuronales Netzwerkmodell oder ein anderes Verfahren der Künstlichen Intelligenz, wie HMM-Modelle, Petri-Netz, Machine-Learning oder Deep-Learning ausführen. In diesem Zusammenhang sei auf die zum Zeitpunkt der Anmeldung der prioritätsgebenden Voranmeldung dieser Schrift noch unveröffentlichten deutschen Patentanmeldungen
DE 10 2019 105 337 A1 ,DE 10 2019 105 340 A1 ,DE 10 2019 105 343 A1 ,DE 10 2019 105 346 A1 ,DE 10 2019 105 359 A1 ,DE 10 2019 105 363 A1 ,DE 10 2019 105 372 A1 ,DE 10 2019 105 389 A1 ,DE 10 2019 134 408 A1 ,DE 10 2020 100 996 A1 ,DE 10 2020 101 000 A1 ,DE 10 2020 101 036 A1 undDE 10 2020 101 060 A1 hingewiesen. Auf diese Weise kann die Kl-Einheit, beispielsweise einen sich anbahnenden Fehlerzustand erkennen, bevor dieser wirklich eintritt. Ein Trainings-Programm ermittelt beispielsweise vor dem Einsatz eines solchen neuronalen Netzwerkmodells beispielsweise unter Verwendung von Ausfalldaten und normalen Betriebsdaten aus Laboratorium-Tests die Parameter der Netzwerkknoten und der Netzwerkverbindungen des neuronalen Netzwerkmodells, das die hier vorgeschlagene Vorrichtung bevorzugt in einer Teilvorrichtung der Vorrichtung ausführt. Hinsichtlich selbstlernender sicherheitsrelevanter Anwendungen weisen die Erfinder hier wieder auf die obigen unveröffentlichten deutschen Patentanmeldungen hin. - Diese Schrift offenbart hier somit auch eine Leistungsüberwachungsvorrichtung mit einer Teilvorrichtung, bei der die Teilvorrichtung ein neuronales Netzwerkmodell oder ein HMM-Modell oder dergleichen (s.o.) ausführt.
- Quantenoptisches System
- Ebenso kann diese Schrift aufgrund der zuvor vorbeschriebenen Vorrichtungen ein quantenoptisches System skizzieren. Ein solches, quantenoptisches System umfasst mindestens einen, bevorzugt eine Vielzahl von optischen Quantenpunkten. Ganz besonders bevorzugt handelt es sich bei diesen Quantenpunkten um die besagten paramagnetischen Zentren und/oder insbesondere um NV-Zentren in Diamant und/oder andere, optisch aktive Störstellen in einem oder einer Mehrzahl von Kristallen. Das hier vorgeschlagene quantenoptische System umfasst dabei bevorzugt einen oder mehrere Schaltungsträger (
GPCB ). Dieser ist bevorzugt ganz oder in Teilen für die jeweils verwendete Strahlung transparent. Hierzu ist der Schaltungsträger (GPCB ) bevorzugt zumindest teilweise aus einem optisch transparenten Material gefertigt. Der der Quantenpunkt kann bevorzugt mit einer optischen Strahlung wechselwirken. Beispielsweise kann ein Quantenpunkt im Falle eines NV-Zentrums in Dimant mit der Pumpstrahlung (LB ) wechselwirken und mit einer Fluoreszenzstrahlung (FL ) fluoreszieren. Die hier vorgelegte Schrift schlägt nun vor, dass der Schaltungsträger (GPCB ) in der Form mit dem Quantenpunkt wechselwirkt, dass der Schaltungsträger (GPCB ) als ein optisches Funktionselement, z.B. als Lichtwellenleiter, für zumindest einen Teil der optischen Strahlung wirkt, die mit dem Quantenpunkt wechselwirken kann oder wechselgewirkt hat. - Schaltungsträger
- Wie aus den vorhergehenden Abschnitten erkennbar ist, ist der Schaltungsträger (
GPCB ) ein zentrales Bauteil der vorgeschlagenen verschiedenen Vorrichtungen. Der hier vorgeschlagene Schaltungsträger (GPCB ) ist dazu bestimmt, in einem Magnetometer, einem Modul, einem Stromsensor, einer Energieversorgungseinrichtung, einem Batteriesensor, einer Leistungsüberwachungsvorrichtung, einem quantenoptischen System, wie zuvor beschrieben, eingesetzt zu werden. - Bevorzugt sind in den Schaltungsträger (
GPCB ) optische Funktionselemente, wie insbesondere optische Filter, insbesondere Bragg-Filter, Spiegel, Linsen, insbesondere Mikrolinsen, digitaloptische Funktionselemente, diffraktive optische Funktionselemente, photonische Kristalle und photonische Kristallstrukturen, Resonatoren, optische Blenden und/oder optische Abschirmungen und/oder nichtlineare optische Elemente, eingearbeitet. Dies kann beispielsweise durch Ätzung und/oder mechanische Bearbeitung und/oder 3D-Druck und/oder Druck, insbesondere Siebdruck oder Schablonendruck, und/oder Einschmelzen von Schaltungsträgerteilen mit anderen optischen Eigenschaften, wie abweichende Brechungsindices und abweichende Absorptions- und Transmissionskoeffizienten und abweichende Streueigenschaften gegenüber dem Rest des Schaltungsträgermaterials, geschehen. Auch kann eine Bestrahlung mit Teilchen und Photonen-Strahlen eine lokale Modifikation des Schaltungsträgermaterials herbeiführen. - Fahrzeug
- Im Folgenden bezeichnet der Begriff „Fahrzeug“ ein Fahrzeug und/oder Fluggerät und/oder Flugkörper und/oder Geschoss und/oder Über- oder Unterwasserfahrzeug und/oder Über- oder Unterwasserschwimmkörper und/oder funktionsäquivalente Vorrichtungen zur Bewegung von belebten und unbelebten Dingen. Die technische Lehre dieser Schrift kann nun aufgrund der vorbeschriebenen Vorrichtungen ein Fahrzeug angeben, bei dem das Fahrzeug zumindest ein Magnetometer und/oder zumindest ein Modul und/oder einen Stromsensor und/oder einen Batteriesensor und/oder eine Leistungsüberwachungsvorrichtung und/oder eine Energieversorgungseinrichtung und/oder ein quantenoptisches System und/oder einen Schaltungsträger (
GPCB ) aufweist. Diese liegen bevorzugt in der zuvor beschriebenen Form vor. Beispielsweise kann in einem solchen Fahrzeug der Batteriestrom eines Elektroautos erfasst und überwacht werden, um Fehlerzustände zu erkennen. Hierbei ist von Vorteil, dass neben der galvanischen und thermischen Trennung die Leitung keinen Shunt-Widerstand aufweisen muss. - Bevorzugt hängt ein Zustand des Fahrzeugs von einem Messwert ab, den eine der hier beschriebenen Vorrichtungen ermittelt. Ein solcher Zustand kann beispielsweise den Lade- und Entladevorgang der Fahrzeugbatterie und/oder den Zustand der Klimaanlage und/oder die Maximalgeschwindigkeit und/oder die gewählte Fahrroute (energiesparend / nicht energiesparend) etc. betreffen.
- Beispielhaftes Verfahren zur Herstellung des Schaltungsträgers (GPCB)
- Die hier vorgelegte Schrift soll nun ein beispielhaftes Verfahren zur Herstellung eines Schaltungsträgers (
GPCB ), wie er in dieser Schrift vorgeschlagen wird, angegeben. Die Möglichkeiten zu dessen Herstellung sind darauf aber nicht beschränkt. Das beispielhaft hier vorgestellte Verfahren beginnt beispielsweise mit dem Bereitstellen eines Schaltungsträger-Rohlings. Das Verfahren basiert auf der dem strukturierten Aufbringen und/oder Drucken einer Paste auf den besagten Schaltungsträger-Rohling, die ein optisch geeignetes Pulver, beispielsweise ein Glaspulver, umfasst und beim Erhitzen schmilzt und beispielsweise auf einem Glas-Substrat als Schaltungsträger-Rohling (GPCB ) dann in Abhängigkeit von den aufgedruckten Formen Lichtwelleneiter und andere optische Funktionselemente ausbildet. Das Aufschmelzen des optisch geeigneten Pulvers führt also zumindest lokal zu einem Material, dass für Strahlung der interessierenden Wellenlänge für den Anwendungszweck ausreichend transparent ist. Ein optisch geeignetes Pulver ist im Sinne dieser Schrift ein Pulver somit dann, wenn es nach dem Erhitzen für die relevante Strahlung, insbesondere für Strahlung mit der Pumpstrahlungswellenlänge (λpmp )der Pumpstrahlung (LB ) und/oder für Strahlung mit der Fluoreszenzwellenlänge (λfl ) der Fluoreszenzstrahlung (FL ) und/oder für Strahlung mit der Kompensationsstrahlungswellenlänge (λks ) der Kompensationsstrahlung (CL ) optisch in für den Anwendungszweck ausreichendem Maße transparent ist. Diese Schrift bezeichnet ein solches, optisch geeignetes Pulver, das beispielsweise in einer Paste und bevorzugt mit einem flüchtigen Pastenträger vorliegt, als Glasfrit. Ein optisch geeignetes Pulver kann beispielsweise Glaspulver sein. Durch die Erhitzung verflüchtigt sich der Pastenträger, beispielsweise Wasser, und das Pulvermaterial, beispielsweise Glaspulver, schmilzt zu einem transparenten Material und bildet je nach Druckberandung beispielsweise durch den Rand einer Öffnung in einer Druck-Schablone ein optisches Funktionselement. Roboter und Dispenser können einen solchen Druck bzw. ein solches Auftragen vornehmen. Der Schaltungsträger (GPCB ) braucht dementsprechend nicht planar zu sein. Er kann auch eine beliebige dreidimensionale Form annehmen. Beispielsweise ist es möglich, in einem 3D-Druckverfahren den Schaltungsträger (GPCB ) mit allen optischen Funktionselementen beispielsweise mittels eines Extruders sukzessive zu drucken. Wird der Schmelzvorgang der Paste nicht schon während des Druckens vorgenommen, so ist dann typischerweise zumindest anschließend eine nachfolgende Wärmebehandlung notwendig, um das beispielhafte Glaspulver zu einem transparenten Glaskörper umzuwandeln. Ein solches beispielhaftes Verfahren zur Herstellung eines Lichtwellenleiters (LWL ) umfasst somit beispielsweise die Schritte: - 1. Aufbringen der besagten Glasfrit-Paste mittels eines Druck- oder Dispensverfahrens (=Aufbringverfahren) auf den bereitgestellten Schaltungsträger-Rohling (
GPCB ), wobei das Aufbringen zumindest lokal eine linienförmige Glasfrit-Struktur zur Folge hat. - 2. Durchführen einer Temperaturbehandlung zum Schmelzen der lokal linienförmigen Glasfrit-Struktur zu einer linearen Glasstruktur des Schaltungsträgers (
GPCB ) und - 3. Verwenden der linearen Glasstruktur des Schaltungsträgers (
GPCB ) als Lichtwellenleiter (LWL ). - Für andere beispielhafte Strukturen ergibt sich folgendes beispielhaftes Verfahren mit den folgenden beispielhaften Schritten:
- • Aufbringen einer Glasfrit-Paste mittels eines Druck- oder Dispensverfahrens auf den Schaltungsträger-Rohling (
GPCB ), wobei das Aufbringen zumindest lokal eine Glasfrit-Struktur zur Folge hat; - • Durchführen einer Temperaturbehandlung zum Schmelzen der Glasfrit-Struktur zu einer Glasstruktur des Schaltungsträgers (
GPCB ); - • Verwenden der Glasstruktur des Schaltungsträgers (
GPCB ) als optisches Funktionselement, insbesondere als Linse und/oder Filter und/oder Blende und/oder Spiegel und/oder photonischer Kristall und/oder Bragg-Filter und/oder Fabry-Perot-Interferometer. - Diese Kristalle mit paramagnetischen Zentren sind bevorzugt Diamantkristalle mit NV-Zentren und/oder Diamantkristalle mit ST1-Zentren und/oder Diamantkristalle mit L2-Zentren und/oder Siliziumkristalle mit SiV-Zentren und/oder andere paramagnetischen Zentren in Diamantkristallen und/oder Siliziumkristallen und/oder Siliziumkarbidkristallen oder anderen Kristallen sind. Bevorzugt handelt es sich bei den Kristallen um Mikro- oder Nanokristalle.
- Beispielhaftes Verfahren zur Herstellung eines Schaltungsträgers mittels Laminier-oder Klebetechnik
- Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines Schaltungsträgers (
GPCB ) umfasst bevorzugt eine Bildung der Schichten mittels Klebeverfahren. Diese Ausführungsform verwendet bevorzugt eine erste Lage zur Realisierung der Lichtwellenleiter (LWL ) und eine zweite Lage als zweite Schicht zur Realisierung der Sensorelemente (NVD ). Es ist somit eine gegenüber dem Stand der Technik wesentliche neue Idee, ein Laminat aus Folien anzufertigen, bei denen eine Folie Mikro- und/oder Nano-Kristalle umfasst, die paramagnetische Zentren aufweisen. Die in den Figuren nicht gezeichnete Fertigungsvorrichtung strukturiert diese Folie vor oder nach der Laminierung und/oder Aufklebung auf den Schaltungsträger-Rohling (GPCB ). Gleiches gilt typischerweise auch für eine optisch transparente Folie, die als Material für die Lichtwellenleiter (LWL ) dient und das die Fertigungsvorrichtung ebenfalls auf den Schaltungsträger-Rohling (GPCB ) aufklebt oder auflaminiert. Der Fertigungsprozess kann diese folienbasierenden Laminier- und Klebetechniken ggf. mit den anderen Aufbringungstechniken kombinieren. - Bei dem ebenfalls vorgeschlagenen Verfahren handelt es sich um ein Verfahren zur Herstellung eines Schaltungsträgers (
GPCB ). Das Verfahren beginnt mit dem Bereitstellen eines Schaltungsträger-Rohlings (GPCB ). Hierbei kann es sich beispielsweise um eine polierte Glasplatte oder dergleichen handeln. Andere Schaltungsträger-Rohlinge (GPCB ) sind möglich. Es folgt typischerweise das Aufbringen einer optisch transparenten Folie durch Laminieren oder Kleben oder mittels eines anderen geeigneten Aufbringverfahrens auf den Schaltungsträger-Rohling (GPCB ). Das Verfahren umfasst das Strukturieren der optisch transparenten Folie. Dieses Strukturieren kann mittels mechanischer Vorgänge wie Stanzen oder Schneiden oder mittels optischer Vorgänge wie LaserSchneiden oder Ionen- oder Elektronenstrahlschneiden oder dergleichen oder mittels fotolithografischer Methoden oder anderen, zu diesen funktionsäquivalenten Methoden erfolgen. Das Strukturieren kann zeitlich vor oder nach dem Aufbringen erfolgen. Durch das Strukturieren können dann Folienstrukturen auf dem Schaltungsträger entstehen. Bevorzugt hat die Folie eine Dicke, die größer ist als die längste Wellenlänge des Lichts, das in dem späteren Sensorsystem verwendet wird. Das analoge Dickenprinzip gilt natürlich bevorzugt für alle Lichtwellenleiter (LWL ) dieser Schrift. Die vorgeschlagenen Vorrichtungen können die so erzeugten Folienstrukturen dann als optische Funktionselemente benutzen. - Bevorzugt betrifft das Verwenden einer solchen Folienstruktur der Folienstrukturen als optisches Funktionselement ein Verwenden der Folienstruktur als Linse und/oder Filter und/oder Blende und/oder Spiegel und/oder photonischer Kristall und/oder digital optisches Funktionselement und/oder diffraktives optisches Funktionselement und/oder Bragg-Filter und/oder Fabry-Perot-Interferometer und/oder optischer Resonator und/oder optischer Wellenkoppler. Die optischen Funktionselemente können dabei eingeteilt werden in lichtleitende Funktionselemente, dispergierende Funktionselemente, filternde Funktionselemente, polarisierende Funktionselemente, ablenkende Funktionselemente, sowie apertur- und lichtstromändernde Funktionselemente und energiewandelnde Funktionselemente und nichtlineare Funktionselemente. Des Weiteren kommen wellenoptische Funktionselemente wie beispielsweise holographische Funktionselemente in Frage. Die Erfinder verweisen hier auf die einschlägige Literatur zu Photonik und Optik und insbesondere Mikrooptik. Zur Realisierung weisen sie hier auf das Buch Heinz Haferkorn, „Physikalisch-technische Grundlagen und Anwendungen“, 27 November 2002, 2003 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA hin. Weitere optische Funktionselemente als die oben konkret aufgelisteten sind somit denkbar.
- Typischerweise bringt die Fertigungsvorrichtung im Fertigungsprozess eine weitere Folie durch Laminieren oder Kleben oder mittels eines anderen geeigneten Aufbringverfahrens auf den Schaltungsträger-Rohling (
GPCB ) auf, sodass sich ein Folienstapel ergibt. Typischerweise weichen ein oder mehrere physikalische und/oder chemische Eigenschaften einzelner Folien voneinander ab. - Beispielsweise kann eine Folie, die die Fertigungsvorrichtung im Fertigungsprozess für die Herstellung des Schaltungsträgers (
GPCB ) verwenden kann, ferromagnetische Partikel in ihrem Folienmaterial aufweisen, was im Extremfall bedeuten kann, dass die gesamte Folie ferromagnetisch sein kann. Aus einer solchen Folie kann die Fertigungsvorrichtung also beispielsweise einen Bias-Magnet (BM ) als Teil der Vorrichtung fertigen. - Eine optisch transparente Folie, die die Fertigungsvorrichtung im Fertigungsprozess für die Herstellung des Schaltungsträgers (
GPCB ) verwenden kann, kann beispielsweise farbige Partikel in ihrem Folienmaterial aufweisen, was im Extremfall bedeuten kann, das die gesamte Folie farbig ist und daher typischerweise die Komplementärfarbe aus weißem Licht wegfiltert. Aus einer solchen Folie kann die Fertigungsvorrichtung also beispielsweise optische Filter (F1 ) als Teil der Vorrichtung fertigen. - Insbesondere kann eine solche Folie, die die Fertigungsvorrichtung im Fertigungsprozess für die Herstellung des Schaltungsträgers (
GPCB ) verwenden kann, Partikel in ihrem Folienmaterial aufweisen, die die Pumpstrahlung (LB ) und/oder die Fluoreszenzstrahlung (FL ) und/oder die Kompensationsstrahlung (CL ) absorbieren. Dabei kann diese Folie für Strahlung mit der Pumpstrahlungswellenlänge (λpmp ) der Pumpstrahlung (LB ), wenn diese die nicht absorbiert wird, transparent sein und/oder für Strahlung mit der Fluoreszenzstrahlungswellenlänge (λfl ) der Fluoreszenzstrahlung (FL ), wenn diese die nicht absorbiert wird, transparent sein und/oder für Strahlung mit der Kompensationsstrahlungswellenlänge (λks ) der Kompensationsstrahlung (CL ), wenn diese die nicht absorbiert wird, transparent sein. - Eine fünfte Folie, die die Fertigungsvorrichtung im Fertigungsprozess für die Herstellung des Schaltungsträgers (
GPCB ) verwenden kann, kann einen ersten Brechungsindex aufweisen und eine andere Folie, die die Fertigungsvorrichtung im Fertigungsprozess für die Herstellung des Schaltungsträgers (GPCB ) ebenfalls verwenden kann, kann einen zweiten Brechungsindex aufweisen, wobei der erste Brechungsindex vom zweiten Brechungsindex verschieden sein kann. - Eine Folie, die die Fertigungsvorrichtung im Fertigungsprozess für die Herstellung des Schaltungsträgers (
GPCB ) verwenden kann, kann in ihrem Folienmaterial Kristalle mit paramagnetischen Zentren aufweisen. In diesem Fall sind die Kristalle mit paramagnetischen Zentren bevorzugt Diamantkristalle mit NV-Zentren und/oder Diamantkristalle mit ST1-Zentren und/oder Diamantkristalle mit L2-Zentren und/oder Siliziumkristalle mit SiV-Zentren und/oder andere paramagnetischen Zentren in Diamantkristallen und/oder in Siliziumkristallen und/oder in Siliziumkarbidkristallen oder in anderen Kristallen. - Optische Vorrichtung
- Auf dieser Basis kann diese Schrift hier auch eine optische Vorrichtung angeben, die ein optisches Funktionselement, insbesondere auf dem besagten Schaltungsträger (
GPCB ) umfasst, das eine Fertigungsvorrichtung mit einem zuvor beschriebenen Verfahren in einem Fertigungsprozess hergestellt hat. - Bevorzugt umfasst diese optische Vorrichtung auch optisch aktive elektronische Bauelemente, wie beispielsweise LEDs oder Laser, und optisch sensitive elektronische Bauelemente, beispielsweise Fotodioden und/oder CCD-Elemente und/oder SPADs (Single Photon Avalanche Photo Diode= Einzelphotonlawinenfotodiode) und/oder einer AVD (Avalanche Photo Diode=Lawineinfotodiode). Diese sind bevorzugt mit dem optischen Funktionselement, das mit dem zuvor beschriebenen Verfahren hergestellt worden ist, optisch gekoppelt. Darüber hinaus kann diese optische Vorrichtung auch weitere elektrische und elektronische und optische und fluidische Bauelemente umfassen.
- Die weiteren Funktionselemente, die Teil der optischen Vorrichtung sein können, können beispielsweise Bauelemente aus der folgenden Liste sein:
- • eine Leitung,
- • eine Microstrip-Leitung,
- • eine Tri-Plate-Leitung,
- • eine Antenne,
- • eine Spule,
- • ein Transformator,
- • eine Elektrode,
- • eine Kontaktfläche,
- • ein Kondensator,
- • eine Diode,
- • ein Transistor,
- • eine mikrointegrierte Schaltung,
- • ein Regler,
- • ein Verstärker,
- • ein elektrischer Filter,
- • ein elektrischer Widerstand,
- • ein elektrisches Heizelement,
- • eine elektrische Sicherung,
- • ein Thermistor,
- • eine LED,
- • ein Laser,
- • ein Fotoempfänger,
- • ein Sensorelement mit einem elektrischen Ausgangssignal,
- • ein Direkt-Kontakt-Sensor oder Direkt-Kontakt-Sensorelement.
- Daraus kann ein Verfahren zur Vermessung der magnetischen Flussdichte B innerhalb eines Bohrlochs entwickelt werden. Es umfasst beispielsweise die Schritte
- • des Positionierens eines Magnetometers und/oder eines Moduls und/oder eines Stromsensors und/oder eines quantenoptischen Systems und/oder eines Schaltungsträgers und/oder einer optischen Vorrichtung und/oder eines Sensorsystems und/oder einer quantentechnologischen Vorrichtung als Messsystem oder Teil eines Messsystems in dem Bohrloch und
- • des Erfassens der magnetischen Flussdichte B am Ort eines paramagnetischen Zentrums des Messsystems und
- • des Übertragens des ermittelten Messwerts an die Oberfläche.
- Sensorsystem
- Diese Schrift legt somit ganz allgemein ein Sensorsystem offen, das ein Sensorelement (
NVD ) umfasst, das eine optische Eigenschaft in Abhängigkeit von einer physikalischen Größe - z.B. der Flussdichte B oder einer der oben erwähnten physikalischen Größen- ändert, und eine optische Vorrichtung wie oben beschrieben umfasst. Das Sensorelement (NVD ) ist dabei bevorzugt mit der optischen Vorrichtung optisch gekoppelt. Die optische Vorrichtung erfasst die optische Eigenschaft des Sensorelements (NVD ) auf optischem Wege und wandelt mittels des optisch sensitiven elektronischen Bauelements (PD ) den optisch erfassten Wert dieser optischen Eigenschaft des Sensorelements (NVD ) in ein elektrisches Signal um, das einen Signalwert umfasst, der als Maß für einen Wert der physikalischen Größe verwendet werden kann oder verwendet wird oder der dazu bestimmt ist, als ein solcher Wert verwendet zu werden. Die optische Kopplung kann eine Potenzialtrennung und eine thermische Trennung zwischen Sensorelement (NVD ) und Elektronik erreichen. Die hier beschriebene technische Lehre vereinfacht eine Platzierung des Sensorelements (NVD ) in Bereichen mit extremen Umweltbedingungen wie Feldstärken, Temperaturen, elektrischen Potenzialen, chemisch ätzenden Umgebungsstoffen etc. wesentlich. - Im Falle der Verwendung von NV-Zentren als empfindliche Teilvorrichtungen des Sensorelements (
NVD ), kann die physikalische Größe beispielsweise der Wert der magnetischen Flussdichte B sein. - Als Sensorelement (
NVD ) kann daher auch das paramagnetische Zentrum in einem Kristall, insbesondere ein NV-Zentrum in einem Diamantkristall und/oder insbesondere ein SiV-Zentrum in einem Diamantkristall und/oder ein G-Zentrum in einem Siliziumkristall, betrachtet werden. - Quantentechnologische Vorrichtung
- Diese Schrift kann nun auf Basis der zuvor beschriebenen technischen Lehre somit eine quantentechnologische Vorrichtung angeben. Dabei umfasst die quantentechnologische Vorrichtung bevorzugt eine optische Vorrichtung, wie zuvor beschrieben. Ein optisches Funktionselement der Vorrichtung ist bevorzugt ein paramagnetisches Zentrum in einem Kristall, insbesondere ein NV-Zentrum in einem Diamantkristall mit einem oder mehreren SiV-Zentren in einem Diamantkristall und/oder ein G-Zentrum in einem Siliziumkristall.
- Quantencomputer
- Diese Schrift nennt auf Basis der zuvor beschriebenen technischen Lehre somit als weitere Anwendung der hier beschriebenen Konstruktionsprinzipien als weitere Anwendung der technischen Lehre dieser Schrift einen optischen Quantencomputer. Dieser Quantencomputer weist dabei eine optische Vorrichtung, wie zuvor beschrieben, auf. Ein optisches Funktionselement der Vorrichtung ist ein paramagnetisches Zentrum in einem Kristall, insbesondere ein NV-Zentrum in einem Diamantkristall und/oder ein SiV-Zentrum in einem Diamantkristall und/oder ein G-Zentrum in einem Siliziumkristall. In diesem Zusammenhang sei auf das deutsche Patent
DE 10 2020 101 784 B3 hingewiesen, dessen technische Lehre vollumfänglicher Teil dieser Anmeldung ist. Die technische Lehre der prioritätsbegründenden SchriftDE 10 2019 133 466.7 derDE 10 2020 101 784 B3 ist ebenfalls vollumfänglicher Teil dieser Anmeldung. Dies gilt soweit dies entsprechend dem nationalen Recht der Staaten in denen die Nationalisierung der hier vorgelegten Anmeldung erfolgt entspricht. - Bevorzugt umfasst ein solcher Quantencomputer mehrere mikrointegrierte Schaltungen (
IC ) zur Erzeugung der Radiofrequenzsignale, der Mikrowellensignale, der Gleichspannungen und Ansteuerströme und der Ansteuerung der Pumpstrahlungsquelle (PLED ) zum Zurücksetzen der Quantenbits. - Alle diese Komponenten des Quantencomputers inclusive der besagten mikrointegrierten Schaltungen (
IC ) sind bevorzugt auf dem Schaltungsträger (GPCB ) untergebracht, der dadurch besonders kompakt gestaltet sein kann. - Systeme in Bereichen ionisierender Strahlung
- Verwendet die Vorrichtung NV-Zentren in Diamant als paramagnetische Zentren, so kann die Konstruktion und/oder die Verwendung der Vorrichtung die Resistenz des Diamanten gegen ionisierende Strahlung nutzen. Diese Schrift beansprucht daher auch die Verwendung eines Magnetometers und/oder eines Moduls und/oder eines Stromsensors und/oder einer Energieversorgungseinrichtung und/oder eines Batteriesensors und/oder einer Leistungsüberwachungsvorrichtung und/oder eines quantenoptischen Systems und/oder eines Schaltungsträgers (
GPCB ) und/oder eines Fahrzeugs und/oder einer optischen Vorrichtung und/oder eines Sensorsystems und/oder einer quantentechnologischen Vorrichtung und/oder eines Quantencomputers, wie diese Schrift sie zuvor beschreibt, in einer Umgebung mit einer ionisierenden Teilchen- und/oder Photonen-Strahlung, die typischerweise technisch verursacht ist. Dabei liegt typischerweise der Strahlungspegel in Luft um mehr als 21000% über dem normalen Strahlungspegel (~20 Bq/m3). - Daraus ergibt sich dann u. anderem auch eine Vorrichtung zur technischen oder medizinischen Nutzung ionisierender Strahlung, beispielsweise eine Röntgen-Vorrichtung, die ein oder mehrere der zuvor beschriebenen Vorrichtungen und/oder Verfahren nutzt. Eine solche Vorrichtung weist dann typischerweise beispielsweise ein Magnetometer und/oder ein Modul und/oder einen Stromsensor und/oder eine Energieversorgungseinrichtung und/oder einen Batteriesensor und/oder eine Leistungsüberwachungsvorrichtung und/oder ein quantenoptisches System und/oder einen Schaltungsträger und/oder eine optische Vorrichtung und/oder ein Sensorsystem und/oder eine quantentechnologische Vorrichtung und/oder einen Quantencomputer, wie diese Schrift sie zuvor beschreibt, auf.
- Direkt-Kontakt-Systeme und Direkt-Kontakt-Sensorelemente e
- Diese Schrift erwähnt oben bereits Direkt-Kontakt-Systeme und Direkt-Kontakt-Sensorelemente.
- Wie diese Schrift bereits oben beschreibt, ist ein Direkt-Kontakt-Sensorelement ist im Sinne dieser Schrift dabei ein Sensorelement (
NVD ), das dazu vorgesehen und geeignet ist, in mit einer seiner Oberflächen direkten mechanischen Kontakt mit einer sich gegenüber dieser Oberfläche bewegenden Oberfläche eines anderen Körpers zu stehen, wobei eine Oberfläche des Sensorelements (NVD ) dazu vorgesehen ist, mit der betreffenden Oberfläche eines anderen Körpers, die sich bewegt, in Kontakt zu sein. Hierbei kann es sich auch um Gase und Flüssigkeiten, also Fluide handeln. Bei der Ausarbeitung der Erfindung haben die Erfinder vereinfachend angenommen, dass in einem geringen Abstand von der Sensoroberfläche in dem Fluid eine Bewegung stattfindet. Dies ist beispielsweise bei Messungen in Bohrlöchern von Bedeutung, wo das Bohrgestänge die Bohrflüssigkeit in Form eines Gas-/Sand-/Wasser-/Öl-Gemisches an einem solchen Sensorelement (NVD ) unmittelbar vorbeiführt. - Ein Direkt-Kontakt-System ist daher ein Sensorsystem mit mindestens einem Direkt-Kontakt Sensorelement als Sensorelement (
NVD ). - Ein beanspruchtes Direkt-Kontakt-Sensorsystem im Sinne dieser Schrift umfasst daher beispielsweise ein Magnetometer und/oder ein Modul und/oder einen Stromsensor und/oder ein quantenoptisches System und/oder einen Schaltungsträger (
GPCB ) und/oder eine optische Vorrichtung und/oder ein Sensorsystem und/oder eine quantentechnologische Vorrichtung, wie diese Schrift sie oben zuvor beschreibt. Das Direkt-Kontakt-Sensorsystem umfasst dabei ein Sensorelement (NVD ), hier das Direkt-Kontakt-Sensorelement, das bevorzugt aus einem Material, insbesondere Diamant, gefertigt ist und das eine Materialoberfläche aufweist. Das Sensorelement (NVD ) umfasst, um Teil der zuvor aufgezählten Vorrichtungen sein zu können, ein paramagnetisches Zentrum und/oder einen Quantenpunkt. Eine Materialoberfläche des Sensorelements (NVD ) ist nun im Falle dieses Direkt-Kontakt-Sensorelements bzw. des Direkt-Kontakt-Sensorsystems über zumindest einen Teil einer Außenfläche des Sensorelements (NVD ) mechanisch direkt zugänglich. Beispielsweise verfügt das Gehäuse der Vorrichtung bevorzugt über ein entsprechendes mechanisches Fenster, das diese Oberfläche beispielsweise ausspart. - Die mechanische Vickers-Härte dieser direkt zugänglichen Materialoberfläche des Sensorelements sollte dabei oberhalb der Grenze für superharte Werkstoffe (>40GPa) liegen.
- Sensorelement mit modulierter Quantenpunktdichte
- Die paramagnetischen Zentren beeinflussen sich gegenseitig. Daher kann eine Modulation der Dichte der paramagnetischen Zentren zu einer Änderung der Fluoreszenz führen, da diese die Absorption der Fluoreszenzstrahlung (
FL ) verändert. Ein Magnetometer und/oder ein Modul und/oder ein Stromsensor und/oder eine Energieversorgungseinrichtung und/oder ein Batteriesensor und/oder eine Leistungsüberwachungsvorrichtung und/oder ein quantenoptisches System und/oder ein Schaltungsträger (GPCB ) und/oder eine optische Vorrichtung und/oder ein Sensorsystem und/oder eine quantentechnologische Vorrichtung und/oder ein Quantencomputer kann ein solches Sensorelement (NVD ) verwenden. Ein solches Sensorelement (NVD ) umfasst bevorzugt einen Oberflächenteil einer Sensorelementoberfläche mit parametrischen Zentren und/oder Quantenpunkten, wobei die Dichte der parametrischen Zentren bezogen auf den Oberflächenteil mit einer Dichtefunktion in Abhängigkeit von der Position auf dem Oberflächenteil und/oder in Abhängigkeit von der der Tiefe senkrecht zu dem Oberflächenteil im Bereich dieses Oberflächenteils moduliert ist. Bevorzugt sind die paramagnetischen Zentren in Clustern dieser paramagnetischen Zentren, beispielsweise NV-Zentren in Diamant, angeordnet. Diese Cluster sind bevorzugt in Form eines zwei- oder dreidimensionalen Gitters angeordnet, wobei die Gitter-Ebene vorzugsweise parallel zur Oberfläche des Oberflächenteils ist. Es können mehrere Cluster-Ebenen aus paramagnetischen Zentren unter dieser Oberfläche in die Tiefe des Kristalls gestapelt sein. - Somit zeigt die Dichtemodulation der paramagnetischen Zentren, beispielsweise der NV-Zentren, somit bevorzugt zumindest einen räumlich periodischen Anteil, der in der Regel einer Gitterkonstante entspricht.
- Quantensystem
- Diese Schrift schlägt hier auch ein Quantensystem mit einer Pumpstrahlungsquelle (
PLED ) vor, die Pumpstrahlung (LB ) in Abhängigkeit von einem elektrischen Sendesignal (S5 ) aussendet. Des Weiteren umfasst das Quantensystem bevorzugt ein Sensorelement (NVD ) mit mindestens einem paramagnetischen Zentrum, insbesondere mit einem oder mehreren NV-Zentren in Diamant. Eine Ansteuerschaltung (IC ) erzeugt bevorzugt das Sendesignal (S5 ). Das oder die paramagnetischen Zentren emittieren in Abhängigkeit von einer physikalischen Größe, insbesondere in Abhängigkeit von dem Betrag der magnetischen Flussdichte B am Ort des jeweiligen paramagnetischen Zentrums, und in Abhängigkeit von der eingestrahlten Pumpstrahlung (LB ) eine Fluoreszenzstrahlung (FL ). Das Sendesignals (S5 ) ist bevorzugt mit einer Pumpperiode zeitlich periodisch. Über mindestens 5 Pumpperioden weist bevorzugt der Betrag des Sendesignals (S5 ) einen Mittelwert auf. In einem ersten Zeitraum befindet sich der Betrag des Sendesignals (S5 ) über diesem Mittelwert während dieser mindestens 5 Pumpperioden. In einem zweiten Zeitraum befindet sich jedoch bevorzugt der Betrag des Sendesignals (S5 ) unter diesem Mittelwert während dieser mindestens 5 Pumpperioden. Bevorzugt weist das Sendesignal (S5 ) der Pumpstrahlungsquelle (PLED )eine Ausgestaltung der Art auf, dass der Pump-Puls sehr kurz und dafür sehr hoch ist, um die Kopplung der paramagnetischen Zentren im Sensorelement (NVD ), also beispielsweise die Kopplung der NV-Zentren im Diamanten, zu maximieren und dadurch den Kontrast zwischen dem Pegel der Fluoreszenzstrahlung (FL ) ohne Magnetfeld und dem Pegel der Fluoreszenzstrahlung (FL ) mit Magnetfeld zu maximieren. - Die Vorrichtung erzeugt bevorzugt das Verhältnis des ersten Betrags der ersten zeitlichen Länge des ersten Zeitraums geteilt durch den zweiten Betrag der zweiten zeitlichen Länge des zweiten Zeitraums in der Art, dass es signifikant von 0,5 abweicht.
- Ein anderes Quantensystem umfasst eine Pumpstrahlungsquelle (
PLED ), die Pumpstrahlung in Abhängigkeit von einem elektrischen Pumpsignal (Ipump ,S5 ) aussendet, und ein Sensorelement (NVD ) mit mindestens einem paramagnetischen Zentrum, insbesondere mit einem oder mehreren NV-Zentren in Diamant, und eine Ansteuerschaltung (IC ), die das elektrische Pumpsignal (Ipump ,S5 ) erzeugt. Das oder die paramagnetischen Zentren emittieren dabei in Abhängigkeit von einer physikalischen Größe, insbesondere in Abhängigkeit von dem Betrag der magnetischen Flussdichte B am Ort des jeweiligen paramagnetischen Zentrums, in Abhängigkeit von der eingestrahlten Pumpstrahlung (LB ) eine Fluoreszenzstrahlung (FL ). Der Signalgenerator (G ) für das elektrische Pumpsignal (Ipump ,S5 ) moduliert das elektrische Pumpsignal (Ipump ,S5 ) nun jedoch beispielhaft mit einem Spreiz-Code. Dieses Verfahren kann bei Anwendung das Nutzsignal aus dem typischerweise weißen Rauschuntergrund herausheben. - Ein solches Quantensystem umfasst hierzu bevorzugt einen Signalgenerator (
G ), eine Pumpstrahlungsquelle (PLED ), ein Sensorelement (NVD ) mit mindestens einem oder einer Vielzahl von paramagnetischen Zentren, insbesondere NV-Zentren in Diamant und einen Strahlungsempfänger (PD ). Der Signalgenerator (G ) erzeugt das Sendesignal (S5 ). Bevorzugt handelt es sich bei dem Sendesignal (S5 ) um ein Spreiz-Code-Signal. Das Sendesignal (S5 ) ist bevorzugt bandbegrenzt in einem Sendefrequenzband mit einer unteren Sendefrequenz und einer oberen Sendefrequenz, wobei bevorzugt der Betrag der unteren Sendefrequenz von dem Betrag der oberen Sendefrequenz verschieden ist. Insbesondere das Sendesignal (S5 ) kann mit einem Spreiz-Code moduliert sein. Bevorzugt ist der Spreizcode ein Zufallssignal oder ein bandbegrenztes Pseudo-Zufallssignal. Beispielsweise können getaktete, rückgekoppelte Schieberegister ein solches bandbegrenztes Pseudo-Zufallssignal erzeugen. Die Pumpstrahlungsquelle (PLED ) emittiert dann Pumpstrahlung (LB ) in Abhängigkeit von dem Sendesignal (S5 ) und damit von dem Spreiz-Code. Die Pumpstrahlung (LB ) bestrahlt dann das Sensorelement (NVD ), wobei das Sensorelement (NVD ) Fluoreszenzstrahlung (FL ) in Abhängigkeit von der Pumpstrahlung (LB ) und in Abhängigkeit von einer weiteren physikalischen Größe, insbesondere in Abhängigkeit von der magnetischen Flussdichte B, emittiert. Die Fluoreszenzstrahlung (FL ) strahlt dann in den Strahlungsempfänger (PD ) ein, wobei der Strahlungsempfänger (PD ) das Signal der Intensität der Fluoreszenzstrahlung (FL ) in ein Empfängerausgangssignal (S0 ) wandelt. Ein Synchrondemodulator demoduliert das Empfängerausgangssignal (S0 ) mit Hilfe des Sendesignals (S5 ) zu einem demodulierten Signal (S4 ). Dieses demodulierte Signal (S4 ) kann dann als Messsignal verwendet werden. Sein Wert entspricht einem Wert für die Intensität der Fluoreszenzstrahlung (FL ) und damit für den Wert der physikalischen Größe. - Empfänger
- Bei der Ausarbeitung der Erfindung erkannten die Erfinder, dass die Geschwindigkeit der Vorrichtungen einen Einsatz als Empfänger für elektromagnetische Wellen ermöglicht. Ein solcher Empfänger ist dann bevorzugt versehen mit einem Magnetometer und/oder mit einem Modul und/oder mit einem Stromsensor und/oder mit einem quantenoptischen System und/oder mit einer optischen Vorrichtung und/oder mit einem Sensorsystem und/oder mit einer quantentechnologischen Vorrichtung, wie diese Schrift sie oben zuvor beschreibt.
- Das Messsignal ist dann bevorzugt das empfangene Signal.
- Bohrlochmessung
- Bei der Ausarbeitung der Erfindung erkannten die Erfinder, dass die hier beschriebenen Vorrichtungen in Bohrlöchern für geologische Untersuchungen eingesetzt werden können. Es handelt sich dann um ein Verfahren zur Vermessung der magnetischen Flussdichte B innerhalb eines Bohrlochs oder eines geologischen Suchfeldes mit den Schritten
- - Positionieren eines Magnetometers und/oder eines Moduls und/oder eines Stromsensors und/oder eines quantenoptischen Systems und/oder eines Schaltungsträgers und/oder einer optischen Vorrichtung und/oder eines Sensorsystems und/oder einer quantentechnologischen Vorrichtung als Messsystem oder Teil eines Messsystems in dem Bohrloch bzw. an einer vorgegebenen Position des geologischen Suchfeldes;
- - Erfassen der magnetischen Flussdichte B am Ort eines paramagnetischen Zentrums des Messsystems;
- - Übertragen des ermittelten Messwerts an die Oberfläche.
- Verfahren zum Herstellen eines optischen Systems
- Es ist besonders vorteilhaft, das notwendige optische System zumindest teilweise durch einfache Druck- und Dispens-Prozesse kostengünstig herstellen zu können. Es handelt sich um ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Systems umfassend u.a. die Schritte des Bereitstellens eines Systemträgers (
GPCB ) mit einer Oberfläche und des Aufbringens, insbesondere des Auf-Dispensierens, und/oder des Aufdruckens einer ersten Glasfrit-Paste auf den Systemträger (GPCB ) als erste Glasfrit-Struktur und des typischerweise anschließenden Aufschmelzens einer Glasfrit-Struktur zu einer aufgeschmolzenen Glasfrit-Struktur und des Erstarrens der aufgeschmolzenen Glasfrit-Struktur zu einer erstarrten Glasfrit-Struktur und des Verwendens der erstarrten Glasfrit-Struktur als optisches Funktionselement. - Der Systemträger (
GPCB ) weist bevorzugt auf der Oberfläche Strukturen, insbesondere bevorzugt fluidische und/oder mikrofluidische Strukturen, insbesondere Vertiefungen und/oder Gräben und/oder Lippen und/oder andere Mittel auf, die das Verfließen des geschmolzenen Glasfrits der aufgeschmolzenen Glasfrit-Struktur begrenzen und/oder steuern und/oder beeinflussen. - Bevorzugt sind zumindest einige der erstarrten Glasfrit-Strukturen optisch transparent, sodass die hier vorgestellten Vorrichtungen diese als optisches Funktionselement, wie beispielsweise Linsen oder Lichtwellenleiter, benutzen können. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Glasfrit-Paste Glaspulver umfasst.
- Bevorzugt sind zumindest einige der erstarrten Glasfrit-Strukturen optisch NICHT transparent, sodass die hier vorgestellten Vorrichtungen diese beispielsweise als Blende oder Wellensumpf benutzten können. Dies kann beispielsweise durch schwarze und/oder dunkle Partikel im Glasfrit erreicht werden.
- Solche Partikel können aber auch das Licht in einem auf diese Weise hergestellten Lichtwellenleiter gezielt streuen. Die erstarrte Glasfrit-Struktur weist dann Streukörper auf. Hierbei kann es sich beispielsweise um weiße Partikel handeln.
- Es kann eine Einfärbung des Streulichts erreicht werden. Die erstarrte Glasfrit-Struktur weist dann farbige Partikel auf.
- Ggf. kann die Glasfrit-Paste farbiges Glaspulver aufweisen, das z.B. durch die Verwendung von Salzen eingefärbt sein kann. Auf diese Weise können gezielt Farbfilter gedruckt und/oder dispensiert werden.
- Eine Glasfrit-Paste und/oder eine erstarrte Glasfrit-Struktur kann auch ferromagnetische Partikel aufweisen, um beispielsweise einen magnetischen Arbeitspunkt eines quantenoptischen Systems einzustellen.
- Um ein quantenoptisches Sensorsystem herzustellen, ist es darüber hinaus sinnvoll, wenn eine erstarrte Glasfrit-Struktur Partikel und/oder Kristalle mit paramagnetischen Zentren aufweist.
- Bevorzugt handelt es sich dann bei zumindest einem oder mehreren paramagnetischen Zentren der paramagnetischen Zentren um NV-Zentren in Diamant und/oder um SiV-Zentren in Diamant und/oder um ein ST1-Zentrum in Diamant und/oder um ein L2-Zentrum in Diamant. Bevorzugt ist die Dichte, wie an anderer Stelle in dieser Schrift bereits beschrieben, besonders hoch.
- Bei Verwendung einer geeigneten Drucktechnik kann die Drucktechnik eine sehr kleine Strukturgröße des Drucks verwenden. Bevorzugt weist die Glasfrit-Paste Mikro- und/oder Nanopartikel auf. Die erstarrte Glasfrit-Struktur weist dann an zumindest einer Stelle eine Breite von weniger als 1mm und/oder besser weniger als 500µm und/oder besser weniger als 200µm und/oder besser weniger als 100µm und/oder besser weniger als 50µm und/oder besser weniger als 20µm und/oder besser weniger als 10µm und/oder besser weniger als 5µm und/oder besser weniger als 2µm und/oder besser weniger als 1µm auf. Sollen diffraktive Optiken hergestellt werden, so muss die Struktur kleiner als die Wellenlänge sein. Die Breite ist dann bevorzugt sogar weniger als 0,5µm und/oder besser weniger als 0,2µm und/oder besser weniger als 0,1µm.
- Wenn diese Präzision der Herstellung z.B. durch die begrenzenden Gräben und/oder Lippen in der Oberfläche des Systemträgers (
GPCB ) erreicht ist, können optische Funktionselemente hergestellt werden. Zumindest eine Teilvorrichtung der erstarrten Glasfrit-Struktur ist dann bevorzugt eines der folgenden optischen Funktionselemente: - • ein optisches Filter, insbesondere ein Bragg-Filter, und/oder
- • ein Spiegel und/oder eine Spiegelfläche und/oder
- • eine Linse, insbesondere eine Mikrolinse und/oder
- • ein digitaloptisches Funktionselement und/oder
- • ein diffraktives optisches Funktionselement und/oder
- • ein photonischer Kristalle und eine photonische Kristallstruktur und/oder
- • ein optisches oder photonisches Gitter und/oder
- • ein Resonator und/oder
- • eine optische Blende und/oder
- • ein Wellensumpf und/oder
- • eine optische Abschirmung und/oder
- • ein Prisma und/oder
- • ein Strahlteiler und/oder
- • ein Lichtwellenleiter und/oder
- • ein optischer Resonator und/oder
- • ein optischer Wellenkoppler.
- Bevorzugt umfasst der Systemträger (
GPCB ) u.U., eine Antenne, beispielsweise eine Mikrowellenantenne für die Ansteuerung von paramagnetischen Zentren, insbesondere von NV-Zentren in Diamant, mittels elektromagnetischen Wellen, insbesondere Mikrowellen. - Verfahren zum Herstellen eines optischen Systems mit einer Folie
- Analog zu dem Verfahren mittels der Glasfrit-Deposition wird nun hier in dieser Schrift auch ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Systems mit Hilfe von aufeinander gestapelten strukturierten Folien beispielhaft definiert. Diese Verfahren beginnt dann ebenfalls mit dem Bereitstellen eines Systemträgers (
GPCB ) mit einer Oberfläche. Es folgt das Aufbringen und/oder Aufkleben und/oder Auflaminieren einer ersten Folie auf den Systemträger (GPCB ). Eine Fertigungsvorrichtung kann diese erste Folie in dem Fertigungsprozess vor oder nach dem Aufbringen wieder strukturieren. Diese Strukturierung kann wieder, wie zuvor mechanisch, z.B. mittels Schneidens z.B. mit einem Messer oder z.B. mittels eines Laser-Schneidegeräts oder fotolithografisch erfolgen. Somit erfolgt beispielsweise auf diese Weise ein Strukturieren der ersten Folie, um eine erste Folienstruktur zu erhalten, wobei das Strukturieren vor oder nach dem Schritt des Aufbringens, Aufklebens oder Auflaminierens erfolgen kann. Anschließend kann die so entstandene erste Folien-Struktur als optisches Funktionselement später verwendet werden. - Beispielsweise kann eine Folien-Struktur optisch transparent sein. Es kann sich beispielsweise um einen optisch transparenten Folienstreifen handeln. Die Vorrichtung verwendet diesen optisch transparenten Folienstreifen dann beispielsweise als Lichtwellenleiter.
- Um beispielsweise Blenden herstellen zu können, kann es sinnvoll sein, wenn eine Folien-Struktur optisch nicht transparent ist.
- Soll eine erste optisch transparente Folien-Struktur mit einer zweiten optisch nicht transparenten Folien-Struktur zusammen verwendet werden, was in der Regel der Fall sein dürfte, so ist es empfehlenswert, das Verfahren um weitere Schritte zu ergänzen.
- Das so erweiterte Verfahren umfasst dann bevorzugt das Aufbringen und/oder Aufkleben und/oder Auflaminieren einer zweiten Folie auf den Systemträger (
GPCB ), das Strukturieren der zweiten Folie, um eine zweite Folienstruktur zu erhalten, wobei das Stukturieren vor oder nach dem Schritt des Aufbringens, Aufklebens oder Auflaminierens der zweiten Folie erfolgen kann, und das Verwenden der zweiten Folien-Struktur als zweites optisches Funktionselement. Die zweite Folie kann sich in ihrer Zusammensetzung und /oder ihren optischen Eigenschaften von der ersten Folie unterscheiden. Diese Eigenschaften können beispielsweise der Brechungsindex, das Absorptionsspektrum bei Lichttransmission, das Reflexionsspektrum, das Transmissionsspektrum, die Streueigenschaften, die Anwesenheit, Anzahl, Dichte, Dichtestrukturierung und Art von Partikel in den Folien, insbesondere von Partikeln mit Quantenpunkten, paramagnetischen Zentren, Clustern paramagnetischer Zentren, also einer Vielzahl paramagnetischer Zentren, NV-Zentren, Clustern von NV-Zentren etc. umfassen. Auch kann die erste Folien-Struktur und/oder die zweite Folien-Struktur optisch nicht transparent sein und sich durch diese Transparenz bzw. Nicht-Transparenz von der anderen Folie unterscheiden. Natürlich kann eine Fertigungsvorrichtung im Fertigungsprozess einer Vorrichtung im Sinne dieser Schrift auch mehr als zwei verschiedene Folien verarbeiten. - Eine solche Folien-Struktur kann in ihrem Folienmaterial Streukörper oder Streustrukturen z.B. im Innern der Folien-Struktur oder an ihrer Oberfläche, insbesondere zur Ein- und Auskopplung von Licht aufweisen. Diese Strukturen können bei der Verwendung mehrerer Folien unterschiedlich sein.
- Eine solche Folien-Struktur kann optisch transparent und farbig sein.
- Das Folienmaterial einer solchen Folien-Struktur kann farbige Partikel aufweisen. Diese können in ihrer Transparenz oder Reflexion farbig sein.
- Das Folienmaterial einer solchen Folie und/oder einer solchen Folien-Struktur kann ferromagnetische Partikel aufweisen.
- Die Folien-Struktur kann auch in ihrem Folienmaterial Partikel und/oder Kristalle mit paramagnetischen Zentren aufweisen. Somit kann eine Folienstruktur aus einer solchen Folie, wenn die Folien-Struktur für die Fluoreszenzstrahlung (
FL ) und die Pumpstrahlung (LB ) optisch ausreichend transparent ist, als Sensorelement dienen. Eine solche Folienstruktur umfasst dann bevorzugt zumindest lokal ein Material innerhalb des Folienmaterials mit einem paramagnetischen Zentrum. Bei diesem Material kann es sich um einen oder mehrere Kristalle handeln. Ein oder mehrere Kristalle kann wieder eine so hohe Dichte an paramagnetischen Zentren aufweisen, dass beispielsweise die in dieser Schrift mehrfach erwähnten kollektiven Effekte bei der Kopplung mehrerer paramagnetischer Zentren auftreten. Beispielsweise kann es sich bei den Kristallen um Nanokristalle handeln. Beispielsweise kann es sich bei den Kristallen um Diamanten handeln. Bei zumindest einem oder mehreren paramagnetischen Zentren der paramagnetischen Zentren kann es sich dabei um NV-Zentren in Diamant und/oder um SiV-Zentren in Diamant und/oder um ein ST1-Zentrum in Diamant und/oder um ein L2-Zentrum in Diamant und/oder um ein anderes paramagnetisches Zentrum in einem Kristall handeln. - Die Folien-Struktur weist an zumindest einer Stelle eine Breite von weniger als 1mm und/oder weniger als 500µm und/oder weniger als 200µm und/oder weniger als 100µm und/oder weniger als 50µm und/oder weniger als 20µm und/oder weniger als 10µm und/oder weniger als 5µm und/oder weniger als 2µm und/oder weniger als 1µm und/oder weniger als 0,5µm und/oder weniger als 0,2µm und/oder weniger als 0,1µm auf.
- Zumindest eine Teilvorrichtung der Folien-Struktur ist bevorzugt eines der folgenden optischen Funktionselemente:
- o ein optisches Filter, insbesondere ein Bragg-Filter und/oder
- o ein Spiegel und/oder eine Spiegelfläche und/oder
- o eine Linse, insbesondere eine Mikrolinse und/oder
- o ein digitaloptisches Funktionselement und/oder
- o ein diffraktives optisches Funktionselement und/oder
- o ein photonischer Kristalle und eine photonische Kristallstruktur und/oder
- o ein optisches oder photonisches Gitter und/oder
- o ein Wellenkoppler und/oder
- o ein Resonator und/oder
- o eine optische Blende und/oder
- o ein Wellensumpf und/oder
- o eine optische Abschirmung und/oder
- o ein Prisma und/oder
- o ein Strahlteiler und/oder
- o ein Lichtwellenleiter und /oder
- o ein lichtleitendes Funktionselement und /oder
- o ein dispergierendes Funktionselement und /oder
- o ein optisch filterndes Funktionselement und /oder
- o ein polarisierendes Funktionselement und /oder
- o ein ablenkendes Funktionselement und /oder
- o ein apertur- und lichtstromänderndes Funktionselement und /oder
- o ein energiewandelndes Funktionselement und /oder
- o ein nichtlineares Funktionselement und /oder
- o ein wellenoptisches Funktionselement und /oder
- o ein holographisches Funktionselement.
- Vorteil
- Mit Hilfe der hier offengelegten technischen Lehre können Fertigungsvorrichtungen in Fertigungsprozessen zumindest in einigen Realisierungen der hier vorgestellten Vorrichtungen kompakte elektrooptische Messsysteme und/oder kompakte optische Systeme und insbesondere quantenoptische Systeme herstellen. Die Vorteile sind hierauf aber nicht beschränkt. Geeignete Fertigungsvorrichtungen können mittels Varianten der Fertigungsprozesse verschiedene Ausführungsformen der hier vorgestellten Vorrichtungen herstellen. Die vorgestellten Fertigungsprozesse können Dispensieren und/oder Drucken und/oder die Bildung von Schichten mittels Klebe- und/oder Laminierverfahren von Folien und/oder Folienteilen umfassen.
- Merkmale
- Die folgenden Merkmale fassen den hier vorgelegten Vorschlag in seiner inneren Strukturierung noch einmal zusammen. Einzelne Merkmale und Untermerkmale können mit anderen Merkmalen und/oder Untermerkmalen bei Sinnhaftigkeit kombiniert werden. Die Beanspruchung ergibt sich aus den jeweils geltenden Ansprüchen. Diese Beschreibung dient zur näheren Erläuterung der Zusammenhänge der Beanspruchung.
- Magnetometer (1-26)
-
- Merkmal 1: Magnetometer,
- - mit einem Sensorelement (
NVD ) und - - mit einem Schaltungsträger (
GPCB ) und - - mit einer Pumpstrahlungsquelle (
PLED ) und - - mit einem Strahlungsempfänger (
PD ) und - - mit Auswertemitteln (
ADC ,IF ), - - wobei die Pumpstrahlungsquelle (
PLED ) bei elektrischer Bestromung mit einem elektrischen Pumpstrom (Ipump ) Pumpstrahlung (LB ) aussendet und - - wobei das Sensorelement (
NVD ) zumindest einen Quantenpunkt, insbesondere ein paramagnetisches Zentrum in einem Kristall und/oder insbesondere eine Vielzahl paramagnetischer Zentren und/oder insbesondere ein NV-Zentrum in einem Diamantkristall und/oder insbesondere eine Vielzahl von NV-Zentren in einem Diamantkristall und/oder insbesondere ein SiV-Zentrum in einem Diamantkristall und/oder insbesondere ein G-Zentrum in einem Siliziumkristall, umfasst und - - wobei der mindestens eine Quantenpunkt des Sensorelements (
NVD ) bei Bestrahlung mit Pumpstrahlung (LB ) eine Fluoreszenzstrahlung (FL ) aussenden kann und - - wobei die Intensität der Fluoreszenzstrahlung (
FL ) des mindestens einen Quantenpunkts vom Wert der magnetischen Flussdichte B und/oder vom Wert eines anderen physikalischen Parameters am Ort des mindestens einen Quantenpunkts abhängt und - - wobei der Strahlungsempfänger (
PD ) für die Fluoreszenzstrahlung (FL ) empfindlich ist und die Intensität der Fluoreszenzstrahlung (FL ) oder einen anderen Parameter der Fluoreszenzstrahlung (FL ), beispielsweise den Wert einer Phasenverschiebung der Modulation der Intensität der Fluoreszenzstrahlung (FL ), in ein Empfängerausgangssignal (S0 ) wandelt und - - wobei ein Wert oder Werte des Empfängerausgangssignals (
S0 ) von dem Wert der Intensität der Fluoreszenzstrahlung (FL ) oder dem Wert des anderen Parameters der Fluoreszenzstrahlung (FL ) abhängen und - - wobei die Auswertemittel (
ADC ,IF ) dazu geeignet und bestimmt sind, den Wert und/oder die Werte des Empfängerausgangssignals (S0 ) als Messwert zu erfassen und/oder abzuspeichern und/oder bereitzuhalten und/oder weiterzugeben, gekennzeichnet dadurch, - - dass eine oder beide der folgenden Bedingungen,
- ■ dass das Material des Schaltungsträgers (
GPCB ) für Strahlung mit der Pumpstrahlungswellenlänge (λpmp ) der Pumpstrahlung (LB ) im Strahlungspfad zwischen Pumpstrahlungsquelle (PLED ) und Sensorelement (NVD ) zumindest lokal transparent ist und die Pumpstrahlung (LB ) der Pumpstrahlungsquelle (PLED ) diesen Strahlungspfad passiert und/oder - ■ dass das Material des Schaltungsträgers (
GPCB ) für Strahlung mit der Fluoreszenzwellenlänge (λfl ) der Fluoreszenzstrahlung (FL ) im Strahlungspfad zwischen Sensorelement (NVD ) und Strahlungsempfänger (PD ) zumindest lokal transparent ist und die Fluoreszenzstrahlung (FL ) des Quantenpunkts, insbesondere des paramagnetischen Zentrums und/oder insbesondere des NV-Zentrums und/oder der Vielzahl von NV-Zentren, des Sensorelements (NVD ) diesen Strahlungspfad passiert, erfüllt ist und
- ■ dass das Material des Schaltungsträgers (
- - dass zumindest eine oder mehrere oder alle der Komponenten Sensorelement (
NVD ) und/oder Pumpstrahlungsquelle (PLED ) und/oder Strahlungsempfänger (PD ) und/oder Auswertemittel an dem Schaltungsträger (GPCB ) mechanisch befestigt sind.
- - mit einem Sensorelement (
- Merkmal 2: Magnetometer nach Merkmal 1
- - wobei der Schaltungsträger (
GPCB ) aus Glas oder einem anderen für die Pumpstrahlung (LB ) und/oder die Fluoreszenzstrahlung (FL ) transparenten Material gefertigt ist.
- - wobei der Schaltungsträger (
- Merkmal 3: Magnetometer nach Merkmal 1 oder 2
- - wobei der Schaltungsträger (
GPCB ) mit zumindest einer elektrischen Leitung und/oder einer anderen elektrischen Funktionskomponente wie z.B. einem Widerstand und/oder einem Kondensator und/oder einer Induktivität und/oder einer Sicherung und/oder einem Kontakt in Dickschichttechnik oder einer anderen Aufbautechnik versehen ist.
- - wobei der Schaltungsträger (
- Merkmal 4: Magnetometer nach Merkmal 1 oder 3
- - wobei der Schaltungsträger (
GPCB ) mit zumindest einer elektrischen Leitung und/oder einer anderen elektrischen Funktionskomponente wie z.B. einem Widerstand und/oder einem Kondensator und/oder einer Induktivität und/oder einer Sicherung und/oder einem Kontakt in einer Schichtaufbautechnik basierend auf einer Bildung der Schichten durch Klebeverfahren und/oder in einer Laminiertechnik und/oder einer Fotolithografie basierenden Technik versehen ist.
- - wobei der Schaltungsträger (
- Merkmal 5: Magnetometer nach einem oder mehreren der Merkmale 1 bis 4
- - wobei der Schaltungsträger (
GPCB ) mit zumindest einer elektrischen Leitung und/oder einer anderen elektrischen Funktionskomponente wie z.B. einem Widerstand und/oder einem Kondensator und/oder einer Induktivität und/oder Sicherung und/oder einem Kontakt und/oder einer Diode und/oder einem Transistor in Dünnschicht versehen ist.
- - wobei der Schaltungsträger (
- Merkmal 6: Magnetometer nach Merkmal 3 und einem oder mehreren der Merkmale 1 bis 4
- - wobei zumindest eine oder mehrere oder alle der Komponenten Sensorelement (
NVD ) und/oder Pumpstrahlungsquelle (PLED ) und/oder Strahlungsempfänger (PD ) und/oder Auswertemittel (ADC ,IF ) an einer Leitung und/oder an einem Kontakt nach Merkmal 3 mittels Lötung und/oder oder Klebung, insbesondere elektrisch leitfähiger Klebung, befestigt sind und/oder mit diesem elektrisch verbunden sind und - - wobei die Leitung mechanisch mit dem Schaltungsträger (
GPCB ) verbunden ist.
- - wobei zumindest eine oder mehrere oder alle der Komponenten Sensorelement (
- Merkmal 7 Magnetometer nach einem oder mehreren der Merkmale 1 bis 6
- - wobei das Magnetometer ein optisches Funktionselement umfasst, das die Strahlführung zumindest eines Teils der Pumpstrahlung (
LB ) und/oder der Fluoreszenzstrahlung (FL ) verändert.
- - wobei das Magnetometer ein optisches Funktionselement umfasst, das die Strahlführung zumindest eines Teils der Pumpstrahlung (
- Merkmal 8: Magnetometer nach Merkmal 7
- - wobei dieses optische Funktionselement
- - ein optisches Filter, insbesondere ein Bragg-Filter oder
- - ein Spiegel und/oder eine Spiegelfläche (
ML ) oder - - eine Linse, insbesondere eine Mikrolinse oder
- - ein digitaloptisches Funktionselement oder
- - ein diffraktives optisches Funktionselement oder
- - ein photonischer Kristalle und/oder eine photonische Kristallstruktur oder
- - ein optisches oder photonisches Gitter oder
- - ein optischer Resonator oder
- - eine optische Blende oder
- - ein Wellensumpf oder
- - eine optische Abschirmung oder
- - ein Prisma oder
- - ein Strahlteiler oder
- - ein Lichtwellenleiter ist.
- - wobei dieses optische Funktionselement
- Merkmal 9: Magnetometer nach einem oder mehreren der Merkmale 1 bis 8
- - wobei auf dem Schaltungsträger (
GPCB ) ein Lichtwellenleiter (LWL ) in Dickschichttechnik oder in einer anderen Aufbautechnik, aufgebracht ist.
- - wobei auf dem Schaltungsträger (
- Merkmal 10: Magnetometer nach Merkmal 9
- - wobei der Lichtwellenleiter (
LWL ) Kristalle mit einem Quantenpunkt umfasst und/oder - - wobei der Lichtwellenleiter (
LWL ) Kristalle mit einem paramagnetischen Zentrum als Quantenpunkt umfasst und/oder - - wobei der Lichtwellenleiter (
LWL ) Kristalle mit einer Vielzahl paramagnetischer Zentren als Quantenpunkt umfasst und - - wobei insbesondere die Kristalle mit den paramagnetischen Zentren Diamantkristalle mit NV-Zentren sein können.
- - wobei der Lichtwellenleiter (
- Merkmal 11: Magnetometer nach einem oder mehreren der Merkmale 1 bis 10
- - wobei Vorrichtungsteile des Magnetometers die Intensität der durch den Quantenpunkt, insbesondere durch das paramagnetische Zentrum und/oder insbesondere durch das NV-Zentrum und/oder durch die Vielzahl von NV-Zentren, emittierten Fluoreszenzstrahlung (
FL ) auf der Seite des Sensorelements (NVD ) vermessen, von der auch die Pumpstrahlung (LB ) auf die paramagnetischen Zentren einfällt.
- - wobei Vorrichtungsteile des Magnetometers die Intensität der durch den Quantenpunkt, insbesondere durch das paramagnetische Zentrum und/oder insbesondere durch das NV-Zentrum und/oder durch die Vielzahl von NV-Zentren, emittierten Fluoreszenzstrahlung (
- Merkmal 12: Magnetometer nach einem oder mehreren der Merkmale 1 bis 11
- - mit einer Kompensationslichtquelle (
CLED ) und - - mit einem ersten Verstärker (
V1 ) und - - wobei der erste Verstärker (
V1 ), ggf im Zusammenwirken mit weiteren Teilvorrichtungen, das Empfängerausgangssignal (S0 ) des Strahlungsempfängers (PD ) verstärkt und mit einem Offset versieht, der ggf. auch 0 sein kann, und ein Kompensationssendesignal (S7 ) erzeugt und - - wobei die Kompensationsstrahlungsquelle (
CLED ) eine Kompensationsstrahlung (CL ) in Abhängigkeit von dem Kompensationssendesignal (S7 ) aussendet und - - wobei die Kompensationsstrahlungsquelle (
CLED ) diese Kompensationsstrahlung (CL ) in den Strahlungsempfänger (PD ) einstrahlt und - - wobei die Intensitäten der Kompensationsstrahlung (
CL ) und der Fluoreszenzstrahlung (FL ) sich in dem Strahlungsempfänger (PD ) summierend und/oder multiplizierend überlagern und - - wobei das Empfängerausgangssignal (
S0 ) dann von dieser Überlagerung abhängt und - - wobei die Verstärkung des ersten Verstärkers (
V1 ) und dessen Offset so eingestellt sind,- - dass der Regelkreis stabil ist und
- - dass dieser Regelkreis den Wert des Empfängerausgangssignals (
S0 ) nahezu bis auf den Regelfehler des Reglers, der bevorzugt ein P-Regler oder Pl-Regler oder PID-Regler ist, auf einen Gleichwert ausregelt.
- - mit einer Kompensationslichtquelle (
- Merkmal 13: Magnetometer nach Merkmal 12
- - wobei der Schaltungsträger (
GPCB ) Glas oder ein anderes für die Kompensationsstrahlung (CL ) transparentes Material umfasst oder aus diesem gefertigt ist.
- - wobei der Schaltungsträger (
- Merkmal 14: Magnetometer nach Merkmal 3 und einem oder mehreren der Merkmale 12 bis 13
- - wobei zumindest eine oder mehrere oder alle der Komponenten erster Verstärker (
V1 ) und/oder Kompensationsstrahlungsquelle (CLED ) mit einer Leitung und/oder mit einem Kontakt nach Merkmal 3 mittels Lötung und/oder Klebung befestigt sind und/oder mit diesem elektrisch verbunden sind und - - wobei die Leitung mechanisch mit dem Schaltungsträger (
GPCB ) verbunden ist.
- - wobei zumindest eine oder mehrere oder alle der Komponenten erster Verstärker (
- Merkmal 15: Magnetometer nach einem oder mehreren der Merkmale 12 bis 14
- - wobei das Magnetometer ein optisches Funktionselement umfasst, das die Strahlführung zumindest eines Teils der Kompensationsstrahlung (
CL ) verändert und - - wobei insbesondere dieses optische Funktionselement eine Spiegelfläche (
ML ) sein kann.
- - wobei das Magnetometer ein optisches Funktionselement umfasst, das die Strahlführung zumindest eines Teils der Kompensationsstrahlung (
- Merkmal 16: Magnetometer nach einem oder mehreren der Merkmale 1 bis 15
- - wobei die Pumpstrahlungsquelle (
PLED ) mit einem Sendesignal (S5 ) moduliert ist.
- - wobei die Pumpstrahlungsquelle (
- Merkmal 17: Magnetometer nach Merkmal 16
- - mit einem ersten Verstärker (
V1 ), der das Empfängeraufgangssignal (S0 ) des Strahlungsempfängers (PD ), zu einem demodulierten Signal (S4 ) verarbeitet und - - wobei der erste Verstärker (
V1 ) ein Synchrondemodulator (SDM ) ist, der das Sendesignal (S5 ) oder ein aus dem Sendesignal (S5 ) abgeleitetes Signal zur Demodulation des demodulierten Signals (S4 ) aus dem Empfängerausgangssignal (S0 ) verwendet.
- - mit einem ersten Verstärker (
- Merkmal 18: Magnetometer nach Merkmal 17
- - mit einem zweiten Verstärker (
V2 ), der das demodulierte Signal (S4 ), zu einem Kompensationssendesignal (S7 ) verarbeitet und - - wobei der zweite Verstärker (
V2 ) ein Modulator ist, der das Sendesignal (S5 ) oder ein aus dem Sendesignal (S5 ) abgeleitetes Signal zur Modulation des demodulierten Signals (S4 ) zu dem Kompensationssendesignal (S7 ) mit einer zweiten Verstärkung und einem zweiten Offset verwendet und - - wobei der zweite Verstärker (
V2 ) die Modulation des Kompensationssendesignals (S7 ) komplementär zu der Modulation der Pumpstrahlung (LB ) einregelt,- - sodass das Empfängerausgangssignal (
S0 ) im Wesentlichen ein konstantes Signal ist und/oder - - sodass das Empfängerausgangssignal (
S0 ) im Wesentlichen keinen Signalanteil des Sendesignals (S5 ) mehr aufweist.
- - sodass das Empfängerausgangssignal (
- - mit einem zweiten Verstärker (
- Merkmal 19: Magnetometer nach einem oder mehreren der Merkmale 1 bis 18
- - wobei der Quantenpunkt ein paramagnetisches Zentrum ist oder umfasst und - wobei das paramagnetische Zentrum zumindest ein NV-Zentrum in Diamant ist und
- - wobei das Sensorelement (
NVD ) Diamant umfasst.
- Merkmal 20: Magnetometer nach Merkmal 19
- - wobei zumindest lokal im Sensorelement (
NVD ) die Dichte der NV-Zentren größer als 500ppm und/oder größer als 200ppm und/oder größer als 100ppm und/oder größer als 50ppm und/oder größer als 20ppm und/oder größer als 10ppm und/oder größer als 5ppm und/oder größer als 2ppm und/oder größer als 1ppm und/oder größer als 0,1ppm und/oder größer als 0,01ppm größer als 0,0001ppm und/oder größer als 0,0002ppm und/oder größer als 0,0005ppm und/oder größer als 0,001ppm und/oder größer als 0,002ppm und/oder größer als 0,005ppm und/oder größer als 0,01ppm und/oder größer als 0,02ppm und/oder größer als 0,05ppm und/oder größer als 0,1ppm und/oder größer als 0,2ppm und/oder größer als 0,5ppm bezogen auf die Anzahl der Kohlenstoffatome pro Volumeneinheit ist, wobei insbesondere eine Dichte von >200ppm bevorzugt ist.
- - wobei zumindest lokal im Sensorelement (
- Merkmal 21: Magnetometer nach einem oder mehreren der Merkmale 1 bis 21
- - wobei das Sensorelement (
NVD ) mehrere Kristalle, insbesondere Nanokristalle, umfasst und - - wobei mindestens zwei dieser Kristalle jeweils mindestens einen Quantenpunkt, insbesondere ein paramagnetisches Zentrum und/oder insbesondere ein NV-Zentrum und/oder eine Vielzahl von NV-Zentren, im Sinne des Merkmals 1 umfassen.
- - wobei das Sensorelement (
- Merkmal 22: Magnetometer nach einem oder mehreren der Merkmale 1 bis 21
- - wobei das Sensorelement (
NVD ) eine Vielzahl paramagnetischer Zentren im Sinne des Merkmals 1 umfasst.
- - wobei das Sensorelement (
- Merkmal 23: Magnetometer nach Merkmal 22
- - wobei zumindest lokal im Sensorelement (
NVD ) die Dichte der paramagnetischen Zentren im Sinne des Merkmals 1 so hoch ist, dass die Quantenpunkte bzw. paramagnetischen Zentren sich gegenseitig so beeinflussen, - - dass die Fluoreszenzstrahlung (
FL ) in ihrer Intensität in einem ersten Wertebereich des Betrags der magnetischen Flussdichte B, insbesondere in einem ersten Wertebereich >10mT, bei einem steigenden Betrag der magnetischen Flussdichte B sinkt oder - dass die Fluoreszenzstrahlung (FL ) in ihrer Intensität in einem zweiten Wertebereich des Betrags der magnetischen Flussdichte B, insbesondere in einem zweiten Wertebereich <1mT, bei einem steigenden Betrag der magnetischen Flussdichte B steigt, - - wobei der erste Wertebereich vom zweiten Wertebereich verschieden ist und
- - wobei der erste Wertebereich nicht mit dem zweiten Wertebereich überlappt.
- - wobei zumindest lokal im Sensorelement (
- Merkmal 24: Magnetometer nach einem oder mehreren der Merkmale 1 bis 23
- - wobei das Magnetometer einen optischen Filter (
F1 ) umfasst, der transparent für Strahlung mit der Fluoreszenzwellenlänge (λfl ) der Fluoreszenzstrahlung (FL ) ist und der nicht transparent für Strahlung mit der Pumpstrahlungswellenlänge (λpmp ) der Pumpstrahlung (LB ) ist und - - wobei der optische Filter (
F1 ) sicherstellt, dass die Pumpstrahlung (LB ) den Strahlungsempfänger (PD ) nicht oder nur ausreichend gedämpft erreichen kann und - - wobei der optische Filter (
F1 ) sicherstellt, dass die Fluoreszenzstrahlung (FL ) den Strahlungsempfänger (PD ) ausreichend ungedämpft erreichen kann.
- - wobei das Magnetometer einen optischen Filter (
- Merkmal 25: Magnetometer nach einem oder mehreren der Merkmale 1 bis 24
- - wobei das Magnetometer mindestens ein Funktionselement umfasst, um die Dichte der Intensität der Bestrahlung, insbesondere mit Pumpstrahlung (
LB ), zumindest eines Teils des Sensorelements (NVD ) zu erhöhen.
- - wobei das Magnetometer mindestens ein Funktionselement umfasst, um die Dichte der Intensität der Bestrahlung, insbesondere mit Pumpstrahlung (
- Merkmal 26: Magnetometer nach einem oder mehreren der Merkmale 1 bis 25
- - wobei der Schaltungsträger (
GPCB ) eine Durchschlagsfestigkeit von mehr als 100V und/oder von mehr als 200V und/oder von mehr als 500V und/oder von mehr als 1kV und/oder von mehr als 2kV und/oder von mehr als 5kV und/oder von mehr als 10kV und/oder von mehr als 20kV und/oder von mehr als 50kV und/oder von mehr als 100kV und/oder von mehr als 200kV und/oder von mehr als 500kV und/oder von mehr als 1MV und/oder von mehr als 2MV und/oder von mehr als 5MV hat.
- - wobei der Schaltungsträger (
- Modul (27-37)
-
- Merkmal 27: Modul, insbesondere zu Verwendung in einem Magnetometer nach einem oder mehreren der Merkmale 1 bis 26,
- - mit einem Sensorelement (
NVD ) und - - mit einem Schaltungsträger (
GPCB ) und - - wobei das Sensorelement (
NVD ) zumindest einen Quantenpunkt, insbesondere ein paramagnetisches Zentrum in einem Kristall und/oder insbesondere eine Vielzahl paramagnetischer Zentren und/oder insbesondere ein NV-Zentrum in einem Diamantkristall und/oder insbesondere eine Vielzahl von NV-Zentren in einem Diamantkristall und/oder insbesondere ein SiV-Zentrum in einem Diamantkristall und/oder insbesondere ein G-Zentrum in einem Siliziumkristall, umfasst und - - wobei der Quantenpunkt, insbesondere zumindest das paramagnetische Zentrum und/oder insbesondere das NV-Zentrum und/oder insbesondere die Vielzahl von NV-Zentren, des Sensorelements (
NVD ) bei Bestrahlung mit einer Pumpstrahlung (LB ), die eine Pumpstrahlungswellenlänge (λpmp ) aufweist, eine Fluoreszenzstrahlung (FL ), die eine Fluoreszenzstrahlungswellenlänge (λfl ) aufweist, aussenden kann und - - wobei die Fluoreszenzstrahlung (
FL ) von der magnetischen Flussdichte B oder einem anderen physikalischen Parameter am Ort des Quantenpunkts, insbesondere am Ort des paramagnetischen Zentrums und/oder insbesondere am Ort des NV-Zentrums und/oder insbesondere am Ort der Vielzahl von NV-Zentren, abhängt, gekennzeichnet dadurch, - - dass das Material des Schaltungsträgers (
GPCB ) für Strahlung mit der Pumpstrahlungswellenlänge (λpmp ) der Pumpstrahlung (LB ) transparent ist und/oder - - dass das Material des Schaltungsträgers (
GPCB ) transparent ist und - - mit dem Schaltungsträger (
GPCB ) zumindest eine Leitung verbunden ist, sodass der Schaltungsträger zumindest diese mindestens eine Leitung aufweist.
- - mit einem Sensorelement (
- Merkmal 28: Modul nach Merkmal 27
- - wobei der Quantenpunkt ein paramagnetisches Zentrum umfasst und
- - wobei das paramagnetische Zentrum zumindest ein NV-Zentrum in Diamant umfasst und
- - wobei das Sensorelement (
NVD ) Diamant umfasst.
- Merkmal 29: Modul nach Merkmal 28
- - wobei zumindest lokal im Sensorelement (
NVD ) die Dichte der NV-Zentren größer als 500ppm und/oder größer als 200ppm und/oder größer als 100ppm und/oder größer als 50ppm und/oder größer als 20ppm und/oder größer als 10ppm und/oder größer als 5ppm und/oder größer als 2ppm und/oder größer als 1ppm und/oder größer als 0,1ppm und/oder größer als 0,01ppm größer als 0,0001ppm und/oder größer als 0,0002ppm und/oder größer als 0,0005ppm und/oder größer als 0,001ppm und/oder größer als 0,002ppm und/oder größer als 0,005ppm und/oder größer als 0,01ppm und/oder größer als 0,02ppm und/oder größer als 0,05ppm und/oder größer als 0,1ppm und/oder größer als 0,2ppm und/oder größer als 0,5ppm bezogen auf die Anzahl der Kohlenstoffatome pro Volumeneinheit ist, wobei insbesondere eine Dichte von >200ppm bevorzugt ist.
- - wobei zumindest lokal im Sensorelement (
- Merkmal 30: Modul nach einem oder mehreren der Merkmale 27 bis 29
- - wobei das Sensorelement (
NVD ) mehrere Kristalle, insbesondere Nanokristalle, umfasst und - - wobei mindestens zwei dieser Kristalle jeweils mindestens ein paramagnetisches Zentrum im Sinne des Merkmals 27 umfassen.
- - wobei das Sensorelement (
- Merkmal 31: Modul nach einem oder mehreren der Merkmale 27 bis 30
- - wobei das Sensorelement (
NVD ) eine Vielzahl paramagnetischer Zentren im Sinne des Merkmals 27 umfasst.
- - wobei das Sensorelement (
- Merkmal 32: Modul nach Merkmal 31
- - wobei die Dichte der paramagnetischen Zentren im Sinne des Merkmals 25 so ausreichend hoch ist, dass die paramagnetischen Zentren sich gegenseitig so beeinflussen,
- - dass die Fluoreszenzstrahlung (
FL ) der paramagnetischen Zentren in ihrer Intensität in zumindest einem Wertebereich des Betrags der magnetischen Flussdichte B, insbesondere in einem Wertebereich >10mT, bei einem steigenden Betrag der magnetischen Flussdichte B sinkt oder - - dass die Fluoreszenzstrahlung (
FL ) in ihrer Intensität in zumindest einem Wertebereich des Betrags der magnetischen Flussdichte B, insbesondere in einem Wertebereich <1mT, bei einem steigenden Betrag der magnetischen Flussdichte B steigt.
- Merkmal 33: Modul nach einem oder mehreren der Merkmale 27 bis 32
- - wobei der Schaltungsträger (
GPCB ) optische Funktionselemente umfasst.
- - wobei der Schaltungsträger (
- Merkmal 34: Modul nach Merkmal 33
- - wobei zumindest eines der optischen Funktionselemente in digitaler Optik hergestellt ist.
- Merkmal 35: Modul nach einem oder mehreren der Merkmale 27 bis 34
- - wobei die mindestens eine Leitung des Schaltungsträger (
GPCB ) mit mindestens einem Anschluss mindestens eines elektronischen und/oder elektrischen Bauelements durch Lötung und/oder elektrisch leitfähige Klebung elektrisch verbunden ist und - - wobei die Leitung mechanisch mit dem Schaltungsträger (
GPCB ) verbunden ist.
- - wobei die mindestens eine Leitung des Schaltungsträger (
- Merkmal 36: Modul nach Merkmal 35
- - wobei das elektronische Bauelement ein opto-elektronisches Bauelement ist, dass optisch mit dem Schaltungsträger (
GPCB ) gekoppelt ist.
- - wobei das elektronische Bauelement ein opto-elektronisches Bauelement ist, dass optisch mit dem Schaltungsträger (
- Merkmal 37: Modul nach Merkmal 36
- - wobei das elektronische Bauelement ein opto-elektronisches Bauelement ist, dass optisch über den Schaltungsträger (
GPCB ) mit einem oder mehreren Quantenpunkten, insbesondere einem oder mehreren paramagnetischen Zentren und/oder insbesondere einer Vielzahl paramagnetischer Zentren, des Sensorelements (NVD ) gekoppelt ist.
- - wobei das elektronische Bauelement ein opto-elektronisches Bauelement ist, dass optisch über den Schaltungsträger (
- Stromsensor (38-42)
-
- Merkmal 38: Stromsensor
- - mit einem Magnetometer nach einem oder mehreren der Merkmale 1 bis 26 und
- - mit einem elektrischen Leiter (
LTG ), - - wobei der elektrische Leiter (
LTG ) so zum Sensorelement (NVD ) angeordnet ist, dass die durch einen elektrischen Stromfluss im elektrischen Leiter (LTG ) erzeugte zusätzliche magnetische Flussdichte B die Intensität der Fluoreszenzstrahlung (FL ) beeinflussen kann.
- Merkmal 39: Stromsensor nach Merkmal 38
- - wobei der elektrische Leiter (
LTG ) zumindest an einer Stelle nicht gerade, sondern gebogen ist.
- - wobei der elektrische Leiter (
- Merkmal 40: Stromsensor nach Merkmal 39
- - wobei die Biegung des elektrischen Leiters (
LTG ) eine Ebene definiert und - - wobei das Sensorelement (
NVD ) und/oder der Quantenpunkt, insbesondere das paramagnetische Zentrum und/oder die Vielzahl paramagnetischer Zentren, nicht mehr als 0,5mm und/oder nicht mehr als 1mm und/oder nicht mehr als 2mm und/oder nicht mehr als 5mm und/oder nicht mehr als 10mm beabstandet von dieser Ebene montiert ist, wobei ein Abstand von nicht mehr als 0,5mm bevorzugt ist.
- - wobei die Biegung des elektrischen Leiters (
- Merkmal 41: Stromsensor nach einem oder mehreren der Merkmale 38 bis 40
- - wobei der Stromsensor den zeitlichen Verlauf des Stromwerts des elektrischen Stroms im elektrischen Leiter (
LTG ) als Stromsignal erfasst und - - wobei der Stromsensor über Mittel, insbesondere Filter und Verstärker, verfügt, um ein im Stromsignal enthaltenes Informations- und/oder Datensignal aus dem Stromsignal als Informationssignal abzutrennen.
- - wobei der Stromsensor den zeitlichen Verlauf des Stromwerts des elektrischen Stroms im elektrischen Leiter (
- Merkmal 42: Stromsensor nach Merkmal 41
- - wobei das Informationssignal des Stromsensors
- o zur Steuerung einer Vorrichtung und/oder
- o zur Datenübertragung und/oder
- o zur Informationsübertragung und/oder
- o zur Signalübertragung genutzt wird.
- - wobei das Informationssignal des Stromsensors
- Merkmal 43: Stromsensor, insbesondere nach einem oder mehreren der Merkmale 38 bis 42
- - wobei eine Feature-Vektor-Extraktionseinheit des Stromsensors aus dem zeitlichen Verlauf der Strommesswerte ein Informationssignal extrahiert und zu einem Feature-Vektor-Signal umwandelt und/oder aus dem Informationssignal abgeleitete Daten zu einem Feature-Vektor-Signal umwandelt.
- Merkmal 44: Stromsensor nach Merkmal 43
- - wobei eine Teilvorrichtung des Stromsensors ein neuronales Netzwerkmodell und/oder ein HMM-Modell ausführt, die mit der Hilfe dieses neuronalen Netzwerkmodells und/oder dieses HMM-Modells das Feature-Vektor-Signal analysiert und eine oder mehrere Signalisierungen, insbesondere für eine übergeordnete Steuereinheit erzeugt.
- Energieversorgungseinrichtung (45-49)
-
- Merkmal 45: Energieversorgungseinrichtung
- - wobei die Energieversorgungseinrichtung zumindest ein Magnetometer nach einem oder mehreren der Merkmale 1 bis 26 und/oder ein Modul nach einem oder mehreren der Merkmale 27 bis 37 und/oder einen Stromsensor nach einem oder mehreren der Merkmale 38 bis 40 aufweist.
- Merkmal 46: Energieversorgungseinrichtung nach Merkmal 45
- - wobei die Energieversorgungseinrichtung eine der folgenden Vorrichtungen umfasst oder eine der folgenden Vorrichtungen ist oder mit einer der folgenden Vorrichtungen in Wechselwirkung steht:
- o ein Transformator,
- o ein Hochstromschalter,
- o ein Thyristor,
- o eine Diode,
- o ein Diac,
- o ein Triac,
- o ein Transistor,
- o ein Leistungsregler,
- o ein Stromregler,
- o ein Spannungsregler,
- o ein Spannungswandler,
- o eine Endstufe,
- o eine H-Brücke,
- o eine Halbbrücke,
- o ein Wechselrichter,
- o ein Gleichrichter,
- o eine Überlandleitung,
- o eine Hochspannungsleitung,
- o ein Generator,
- o ein Motor,
- o eine Turbine,
- o eine Versorgungsleitung,
- o ein Verbrennungsmotor,
- o eine Brennstoffzelle,
- o eine Batterie,
- o ein Akkumulator,
- o eine Sende- oder Empfangsspule zur Übertragung von elektrischer Energie,
- o eine Ladestation, insbesondere für Elektrofahrzeuge,
- o ein thermoelektrischer Wandler,
- o ein fotoelektrischer Energiewandler,
- o ein Energy-Harvester.
- - wobei die Energieversorgungseinrichtung eine der folgenden Vorrichtungen umfasst oder eine der folgenden Vorrichtungen ist oder mit einer der folgenden Vorrichtungen in Wechselwirkung steht:
- Merkmal 47: Energieversorgungseinrichtung
- - wobei die Energieversorgungseinrichtung zumindest einen Quantenpunkt, Insbesondere ein paramagnetisches Zentrum und/oder eine Vielzahl paramagnetischer Zentren, aufweist.
- Merkmal 48: Energieversorgungseinrichtung nach einem oder mehreren der Merkmale 45 bis 47
- - wobei die Energieversorgungseinrichtung eine der folgenden Vorrichtungen umfasst oder eine der folgenden Vorrichtungen ist oder mit einer der folgenden Vorrichtungen in Wechselwirkung steht:
- o ein Transformator,
- o ein Hochstromschalter,
- o ein Thyristor,
- o eine Diode,
- o ein Diac,
- o ein Triac,
- o ein Transistor,
- o ein Leistungsregler,
- o ein Stromregler,
- o ein Spannungsregler,
- o ein Spannungswandler,
- o eine Endstufe,
- o eine H-Brücke,
- o eine Halbbrücke,
- o ein Wechselrichter,
- o ein Gleichrichter,
- o eine Überlandleitung,
- o eine Hochspannungsleitung,
- o ein Generator,
- o ein Motor,
- o eine Turbine,
- o eine Versorgungsleitung,
- o ein Verbrennungsmotor,
- o eine Brennstoffzelle,
- o eine Batterie,
- o ein Akkumulator,
- o eine Sende- oder Empfangsspule zur Übertragung von elektrischer Energie,
- o eine Ladestation, insbesondere für Elektrofahrzeuge
- o ein thermoelektrischer Wandler,
- o ein fotoelektrischer Energiewandler,
- o ein Energy-Harvester.
- - wobei die Energieversorgungseinrichtung eine der folgenden Vorrichtungen umfasst oder eine der folgenden Vorrichtungen ist oder mit einer der folgenden Vorrichtungen in Wechselwirkung steht:
- Merkmal 49: Energieversorgungseinrichtung nach einem oder mehreren der Merkmale 45 bis 48
- - wobei ein Stromsensor nach Merkmal 42 die Energieversorgungseinrichtung oder eine Teilvorrichtung derselben insbesondere mittels eines Messwerts dieses Stromsensors steuert.
- Batteriesensor (50)
- Merkmal 50: Batteriesensor zur Überwachung der Funktion einer Batterie oder eines Akkumulators oder einer anderen elektrischen Energiespeichereinrichtung, in dieser Schrift synonym mit Batterie bezeichnet,
- - wobei der Batteriesensor zumindest ein Magnetometer nach einem oder mehreren der Merkmale 1 bis 26 und/oder ein Modul nach einem oder mehreren der Merkmale 27 bis 37und/oder einen Stromsensor nach einem oder mehreren der Merkmale 38 bis 42 aufweist.
- Leistungsüberwachungsvorrichtung (51-55)
-
- Merkmal 51. Leistungsüberwachungsvorrichtung, insbesondere ein FI-Schalter oder eine Sicherung,
- - mit einem elektrischen Leiter (
LTG ) und - - mit zumindest einem ersten Stromsensor nach einem oder mehreren der Merkmale 38 bis 42 und
- - mit zumindest einem zweiten Stromsensor nach einem oder mehreren der Merkmale 38 bis 42 und
- - mit einer Messwertauswertevorrichtung,
- - wobei der elektrische Leiter (
LTG ) eine erste Leiterposition aufweist und - - wobei der elektrische Leiter (
LTG ) eine zweite Leiterposition aufweist, die von der ersten Leiterposition verschieden und längs des vorgesehenen Stromflusses in dem elektrischen Leiter (LTG ) beabstandet ist und - - wobei der erste Stromsensor den elektrischen Strom im elektrischen Leiter (
LTG ) an der ersten Leiterposition in Form eines ersten Messwerts ermittelt und - - wobei der zweite Stromsensor den elektrischen Strom im elektrischen Leiter (
LTG ) an der zweiten Leiterposition in Form eines zweiten Messwerts ermittelt und - - wobei die Messwertauswertevorrichtung den ersten Messwert mit dem zweiten Messwert vergleicht und einen Vergleichswert bildet und bereitstellt und/oder an eine übergeordnete Vorrichtung überträgt.
- - mit einem elektrischen Leiter (
- Merkmal 52: Leistungsüberwachungsvorrichtung nach Merkmal 51
- - wobei die Messwertauswertevorrichtung den Vergleichswert durch Bildung der Differenz zwischen dem ersten Messwert und dem zweiten Messwert erzeugt und/oder
- - wobei die Messwertauswertevorrichtung den Vergleichswert durch Division des ersten Messwerts durch den zweiten Messwert erzeugt und/oder
- - wobei die Messwertauswertevorrichtung den Vergleichswert durch Division des zweiten Messwerts durch den ersten Messwert erzeugt.
- Merkmal 53: Leistungsüberwachungsvorrichtung nach Merkmal 51 und/oder 52
- - wobei die Messwertauswertevorrichtung über Mittel, insbesondere einen Schalter, zur Unterbrechung des Stromflusses in dem elektrischen Leiter (
LTG ) in Abhängigkeit von dem Vergleichswert verfügt.
- - wobei die Messwertauswertevorrichtung über Mittel, insbesondere einen Schalter, zur Unterbrechung des Stromflusses in dem elektrischen Leiter (
- Merkmal 54: Leistungsüberwachungsvorrichtung nach einem oder mehreren der Merkmale 51 bis 53
- - wobei die Messwertauswertevorrichtung
- - den Stromfluss in dem elektrischen Leiter (
LTG ) in unterbricht und/oder - - eine solche Unterbrechung des Stromflusses in dem elektrischen Leiter (
LTG ) veranlasst oder - - eine Reduktion des Stromflusses in dem elektrischen Leiter (
LTG ) veranlasst oder - - eine Reduktion der Spannung zwischen dem Potenzial des elektrischen Leiters (
LTG ) und einem Bezugspotenzial veranlasst, - - wenn der erste Messwert vom zweiten Messwert um mehr als 10-10 des Betrags des ersten Messwerts und/oder um mehr als 10-9 des Betrags des ersten Messwerts und/oder um mehr als 10-8 des Betrags des ersten Messwerts und/oder um mehr als 10-7 des Betrags des ersten Messwerts und/oder um mehr als 10-6 des Betrags des ersten Messwerts und/oder um mehr als 10-5 des Betrags des ersten Messwerts und/oder um mehr als 10-4 des Betrags des ersten Messwerts und/oder um mehr als 10-3 des Betrags des ersten Messwerts abweicht.
- Merkmal 55: Leistungsüberwachungsvorrichtung nach einem oder mehreren der Merkmale 51 bis 54
- - wobei die Messwertauswertevorrichtung
- - den Stromfluss in dem elektrischen Leiter (
LTG ) unterbricht oder - - eine solche Unterbrechung des Stromflusses in dem elektrischen Leiter (
LTG ) veranlasst oder - - eine Reduktion des Stromflusses in dem elektrischen Leiter (
LTG ) veranlasst oder - - eine Reduktion der Spannung zwischen dem Potenzial des elektrischen Leiters (
LTG ) und einem Bezugspotenzial veranlasst, - - wenn der erste Messwert vom zweiten Messwert um mehr als 100mA vom ersten Messwert und/oder um mehr als 50mA vom ersten Messwert und/oder um mehr als 20mA vom ersten Messwert und/oder um mehr als 10mA vom ersten Messwert und/oder um mehr als 5mA vom ersten Messwert und/oder um mehr als 2mA vom ersten Messwert und/oder um mehr als 1mA vom ersten Messwert und/oder um mehr als 0,5mA vom ersten Messwert und/oder um mehr als 0,2mA vom ersten Messwert und/oder um mehr als 0,1mA vom ersten Messwert und/oder um mehr als 0,05mA vom ersten Messwert und/oder um mehr als 0,02mA vom ersten Messwert und/oder um mehr als 0,01mA vom ersten Messwert und/oder um mehr als 0,005mA vom ersten Messwert und/oder um mehr als 0,002mA vom ersten Messwert und/oder um mehr als 0,001mA vom ersten Messwert abweicht. Der spätere Anwender der technischen Lehre dieser Schrift wird die Schwelle in Abhängigkeit von der jeweiligen Anwendung festgelegen. Hierbei spielen die Störfelder in der Umgebung des Sensors eine entscheidende Rolle.
- Merkmal 56: Leistungsüberwachungsvorrichtung nach einem oder mehreren der Merkmale 51 bis 54
- - wobei die Leistungsüberwachungsvorrichtung aus zeitlichen Veränderungen des ersten und/oder zweiten Messwerts ein Informationssignal extrahiert und
- - wobei die Leistungsüberwachungsvorrichtung das extrahierte Informationssignal und/oder daraus abgeleitete Daten bereithält und/oder signalisiert und/oder an eine übergeordnete Vorrichtung signalisiert.
- Leistungsüberwachungsvorrichtung mit neuronalem Netzwerkmodell (57)
-
- Merkmal 57: Leistungsüberwachungsvorrichtung, insbesondere nach einem oder mehreren der Merkmale 51 bis 56,
- - wobei eine Teilvorrichtung ein neuronales Netzwerkmodell und/oder ein HMM-Modell ausführt.
- Quantenoptisches System (58)
-
- Merkmal 58: Quantenoptisches System
- - mit mindestens einem Quantenpunkt, insbesondere mit einem oder mehreren paramagnetischen Zentren in einem oder mehreren Kristallen und/oder insbesondere mit mindestens einer Vielzahl paramagnetischer Zentren in einem oder mehreren Kristallen und/oder insbesondere mit einem oder mehreren NV-Zentren in einem oder mehreren Diamantkristallen und/oder insbesondere mindestens einer Vielzahl von NV-Zentren in einem oder mehreren Diamantkristallen und/oder insbesondere einem oder mehreren SiV-Zentren in einem oder mehreren Diamantkristallen und/oder insbesondere einem oder mehreren G-Zentren in einem oder mehreren Siliziumkristallen,
- - mit mindestens einem Schaltungsträger (
GPCB ), - - insbesondere mit einem Schaltungsträger (
GPCB ) aus einem optisch transparenten Material, - - wobei der Quantenpunkt mit einer optischen Strahlung wechselwirken kann und
- - wobei der Schaltungsträger (
GPCB ) in der Form mit dem Quantenpunkt wechselwirkt, dass der Schaltungsträger (GPCB ) als ein optisches Funktionselement für zumindest einen Teil der optischen Strahlung wirkt, die mit dem Quantenpunkt wechselwirken kann oder wechselgewirkt hat.
- Schaltungsträger (59-60)
-
- Merkmal 59: Schaltungsträger (
GPCB )- - wobei der Schaltungsträger (
GPCB ) dazu bestimmt ist,- o in einem Magnetometer nach Merkmal 1 bis 26 und/oder
- o in einem Modul nach Merkmal 27 bis 37 und/oder
- o in einem Stromsensor nach Merkmal 38 bis 42 und/oder
- o in einer Energieversorgungseinrichtung nach Merkmal 45 bis 49 und/oder
- o in einem Batteriesensor nach Merkmal 50 und/oder
- o in einer Leistungsüberwachungsvorrichtung nach Merkmal 51 bis 5755 und/oder
- o in einem quantenoptischen System nach Merkmal 58 eingesetzt zu werden.
- - wobei der Schaltungsträger (
- Merkmal 60: Schaltungsträger (
GPCB ) nach Merkmal 59- - wobei in den Schaltungsträger (
GPCB ) optische Funktionselemente wie insbesondere- o optische Filter, insbesondere Bragg-Filter,
- o Spiegel und/oder Spiegelflächen (
ML ), - o Linsen, insbesondere Mikrolinsen,
- o digitaloptische Funktionselemente,
- o diffraktive optische Funktionselemente,
- o photonische Kristalle und photonische Kristallstrukturen,
- o ein optisches oder photonisches Gitter und/oder
- o Resonatoren,
- o optische Blenden,
- o ein Wellensumpf und/oder
- o optische Abschirmungen,
- o ein Prisma und/oder
- o ein Strahlteiler und/oder
- o ein Lichtwellenleiter eingearbeitet sind.
- - wobei in den Schaltungsträger (
- Fahrzeug (61)
-
- Merkmal 61: Fahrzeug und/oder Fluggerät und/oder Flugkörper und/oder Geschoss und/oder Über- oder Unterwasserfahrzeug und/oder ein Über- oder Unterwasserschwimmkörper, im Folgenden mit Fahrzeug bezeichnet,
- - wobei das Fahrzeug ein Subsystem mit einem Sensorelement (
NVD ) umfasst und - - wobei das Sensorelement (
NVD ) einen Quantenpunkt, insbesondere ein paramagnetisches Zentrum in einem Kristall und/oder insbesondere eine Vielzahl paramagnetischer Zentren und/oder insbesondere ein NV-Zentrum in einem Diamantkristall und/oder insbesondere eine Vielzahl von NV-Zentren in einem Diamantkristall und/oder insbesondere ein SiV-Zentrum in einem Diamantkristall und/oder insbesondere ein G-Zentrum in einem Siliziumkristall, umfasst und - - wobei das Fahrzeug
- - zumindest ein Magnetometer nach einem oder mehreren der Merkmale 1 bis 26 und/oder
- - zumindest ein Modul nach einem oder mehreren der Merkmale 27 bis 37 und/oder
- - zumindest einen Stromsensor nach einem oder mehreren der Merkmale 38 bis 42 und/oder
- - zumindest ein quantenoptisches System nach Merkmal 58 und/oder
- - zumindest einen Schaltungsträger (
GPCB ) nach einem oder mehreren der Merkmale 59 bis 60 und/oder - - zumindest eine optische Vorrichtung nach einem oder mehreren der Merkmale 83 bis 86 und/oder
- - zumindest ein Sensorsystem nach einem oder mehreren der Merkmale 87 bis 89 und/oder
- - zumindest eine quantentechnologische Vorrichtung nach Merkmal 90 als Subsystem umfassen kann und
- - wobei das Subsystem einen Messwert ermittelt und/oder ausgibt und/oder überträgt und/oder bereitstellt, der von dem Wert eines physikalischen Parameters innerhalb des Fahrzeugs, insbesondere von einer magnetischen Flussdichte B und/oder einer elektrischen Feldstärke und/oder einer Temperatur und/oder von einer Orientierung des Fahrzeugs oder eines Fahrzeugteils und/oder von einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs oder eines Fahrzeugteils und/oder von einer Beschleunigung des Fahrzeugs oder eines Fahrzeugteils, der auf das Sensorelement (
NVD ) einwirkt, abhängt.
- - wobei das Fahrzeug ein Subsystem mit einem Sensorelement (
- Verfahren zur Herstellung eines Schaltungsträgers (62-69)
-
- Merkmal 62: Verfahren zur Herstellung eines Schaltungsträgers (
GPCB ) mit den Schritten- - Bereitstellen eines Schaltungsträger-Rohlings (
GPCB ); - - Aufbringen einer Glasfrit-Paste mittels eines Druck- oder Dispensverfahrens oder eines anderen geeigneten Aufbringverfahrens auf den Schaltungsträger-Rohling (
GPCB ), - - wobei das Aufbringen zumindest lokal eine linienförmige Glasfrit-Struktur zur Folge hat;
- - Durchführen einer Temperaturbehandlung zum Umschmelzen der lokal linienförmigen Glasfrit-Struktur zu einer linearen Glasstruktur;
- - Verwenden der linearen Glasstruktur als Lichtwellenleiter (
LWL ).
- - Bereitstellen eines Schaltungsträger-Rohlings (
- Merkmal 63: Verfahren zur Herstellung eines Schaltungsträgers (
GPCB ) mit den Schritten- - Bereitstellen eines Schaltungsträger-Rohlings (
GPCB ); - - Aufbringen einer Glasfrit-Paste mittels eines Druck- oder Dispens- oder Lackierverfahrens auf den Schaltungsträger-Rohling,
- - wobei das Aufbringen zumindest lokal eine Glasfrit-Struktur zur Folge hat;
- - Durchführen einer Temperaturbehandlung zum Schmelzen der Glasfrit-Struktur zu einer Glasstruktur des Schaltungsträgers (
GPCB ); - - Verwenden der Glasstruktur des Schaltungsträgers (
GPCB ) als optisches Funktionselement des Schaltungsträgers (GPCB ), insbesondere als Linse und/oder Filter und/oder Blende und/oder Spiegel und/oder photonischer Kristall und/oder Bragg-Filter und/oder Fabry-Perot-Interferometer.
- - Bereitstellen eines Schaltungsträger-Rohlings (
- Merkmal 64: Verfahren zur Herstellung eines Schaltungsträgers (
GPCB ) nach einem oder mehreren der Merkmale 62 bis 63- - wobei eine Glasfrit-Paste, die für die Herstellung des Schaltungsträgers (
GPCB ) verwendet wird, ferromagnetische Partikel aufweist.
- - wobei eine Glasfrit-Paste, die für die Herstellung des Schaltungsträgers (
- Merkmal 65: Verfahren zur Herstellung eines Schaltungsträgers (
GPCB ) nach einem oder mehreren der Merkmale 62 bis 65- - wobei eine Glasfrit-Paste, die für die Herstellung des Schaltungsträgers (
GPCB ) verwendet wird, farbige Partikel aufweist.
- - wobei eine Glasfrit-Paste, die für die Herstellung des Schaltungsträgers (
- Merkmal 66: Verfahren zur Herstellung eines Schaltungsträgers (
GPCB ) nach einem oder mehreren der Merkmale 62 bis 65- - wobei eine Glasfrit-Paste, die für die Herstellung des Schaltungsträgers (
GPCB ) verwendet wird, Partikel aufweist, - - die Strahlung mit der Pumpstrahlungswellenlänge (
λpmp ) der Pumpstrahlung (LB ) und/oder - - die Strahlung mit der Fluoreszenzstrahlungswellenlänge (
λfl ) der Fluoreszenzstrahlung (FL ) und/oder - - die Strahlung mit der Kompensationsstrahlungswellenlänge (
λks ) Kompensationsstrahlung (CL ) absorbieren.
- - wobei eine Glasfrit-Paste, die für die Herstellung des Schaltungsträgers (
- Merkmal 67: Verfahren zur Herstellung eines Schaltungsträgers (
GPCB ) nach einem oder mehreren der Merkmale 62 bis 67- - wobei eine erste Glasfrit-Paste, die für die Herstellung des Schaltungsträgers (
GPCB ) verwendet wird, Partikel aufweist, die nach dem Aufschmelzen ein erstes optisch transparentes Material mit einem ersten Brechungsindex ergibt, und - - wobei eine zweite Glasfrit-Paste, die für die Herstellung des Schaltungsträgers (
GPCB ) verwendet wird, Partikel aufweist, die nach dem Aufschmelzen ein zweites optisch transparentes Material mit einem zweiten Brechungsindex ergibt, und - - wobei der erste Brechungsindex vom zweiten Brechungsindex verschieden ist.
- - wobei eine erste Glasfrit-Paste, die für die Herstellung des Schaltungsträgers (
- Merkmal 68: Verfahren zur Herstellung eines Schaltungsträgers (
GPCB ) nach einem oder mehreren der Merkmale 62 bis 67- - wobei eine Glasfrit-Paste, die für die Herstellung des Schaltungsträgers (
GPCB ) verwendet wird, einen Quantenpunkt, insbesondere einen oder mehrere Kristalle mit einem oder mehreren paramagnetischen Zentren und/oder insbesondere einen oder mehrere Kristalle mit mindestens einer Vielzahl paramagnetischer Zentren und/oder insbesondere einen oder mehrere Diamantkristalle mit einem oder mehreren NV-Zentren und/oder insbesondere einen oder mehrere Diamantkristalle mit mindestens einer Vielzahl von NV-Zentren, aufweist.
- - wobei eine Glasfrit-Paste, die für die Herstellung des Schaltungsträgers (
- Merkmal 69: Verfahren zur Herstellung eines Schaltungsträgers (
GPCB ) nach Merkmal 68- - wobei ein oder mehrere Kristalle mit paramagnetischen Zentren
- o Diamantkristalle mit NV-Zentren und/oder
- o Diamantkristalle mit ST1-Zentren und/oder
- o Diamantkristalle mit L2-Zentren und/oder
- o Diamantkristalle mit SiV-Zentren und/oder
- o Siliziumkristalle mit G-Zentren und/oder
- o andere paramagnetischen Zentren in Diamantkristallen und/oder Siliziumkristallen und/oder Siliziumkarbidkristallen oder anderen Kristallen sind.
- - wobei ein oder mehrere Kristalle mit paramagnetischen Zentren
- Glasfrit-Paste, insbesondere für ein Verfahren zur Herstellung eines Schaltungsträgers (70-71)
-
- Merkmal 70: Glasfrit-Paste, insbesondere für ein Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 62 bis 69
- - wobei eine Glasfrit-Paste Kristalle mit Quantenpunkten, insbesondere mit einem oder mehreren paramagnetischen Zentren und/oder insbesondere mit mindestens einer Vielzahl paramagnetischer Zentren und/oder mit einem oder mehreren NV-Zentren und/oder mit mindestens einer Vielzahl von NV-Zentren, aufweist.
- Merkmal 71: Glasfrit-Paste nach Merkmal 70
- - wobei die Glasfrit-Paste Glaspulverpartikel und/oder andere optisch zumindest teilweise transparente, aufschmelzbare Partikel aufweist.
- Merkmal 72: Glasfrit-Paste nach einem oder mehreren der Merkmale 70 bis 71
- - wobei ein oder mehrere Kristalle mit paramagnetischen Zentren
- - Diamantkristalle mit NV-Zentren und/oder
- - Diamantkristalle mit ST1-Zentren und/oder
- - Diamantkristalle mit L2-Zentren und/oder
- - Diamantkristalle mit SiV-Zentren und/oder
- - Siliziumkristalle mit G-Zentren und/oder
- - andere paramagnetischen Zentren in Diamantkristallen und/oder Siliziumkristallen und/oder Siliziumkarbidkristallen oder in anderen Kristallen sind.
- Verfahren zur Herstellung eines Schaltungsträgers mittels Laminier- oder Klebetechnik (73-80)
-
- Merkmal 73: Verfahren zur Herstellung eines Schaltungsträgers (
GPCB ) mit den Schritten- - Bereitstellen eines Schaltungsträger-Rohlings (
GPCB ); - - Aufbringen einer optisch transparenten Folie durch Laminieren oder Kleben oder mittels eines anderen geeigneten Aufbringverfahrens auf den Schaltungsträger-Rohling (
GPCB ); - - Strukturieren der optisch transparenten Folie vor oder nach dem Aufbringen, sodass Folienstrukturen entstehen;
- - Verwenden einer Folienstruktur der Folienstrukturen als optisches Funktionselement.
- - Bereitstellen eines Schaltungsträger-Rohlings (
- Merkmal 74: Verfahren zur Herstellung eines Schaltungsträgers (
GPCB ) nach Merkmal 73- - wobei das Verwenden einer Folienstruktur der Folienstrukturen als optisches Funktionselement eine Verwendung als Linse und/oder Filter und/oder Blende und/oder Spiegel und/oder photonischer Kristall und/oder digital optisches Funktionselement und/oder diffraktives optisches Funktionselement und/oder Bragg-Filter und/oder Fabry-Perot-Interferometer ist.
- Merkmal 75: Verfahren zur Herstellung eines Schaltungsträgers (
GPCB ) nach einem oder mehreren der Merkmale 73 bis 74 umfassend den Schritt- - Aufbringen einer zweiten Folie durch Laminieren oder Kleben oder mittels eines anderen geeigneten Aufbringverfahrens auf den Schaltungsträger-Rohling (
GPCB ), - - wobei diese zweite Folie, die für die Herstellung des Schaltungsträgers (
GPCB ) verwendet wird, ferromagnetische Partikel in ihrem Folienmaterial aufweist.
- - Aufbringen einer zweiten Folie durch Laminieren oder Kleben oder mittels eines anderen geeigneten Aufbringverfahrens auf den Schaltungsträger-Rohling (
- Merkmal 76: Verfahren zur Herstellung eines Schaltungsträgers (
GPCB ) nach einem oder mehreren der Merkmale 73 bis 75- - Aufbringen einer dritten optisch transparenten Folie durch Laminieren oder Kleben oder mittels eines anderen geeigneten Aufbringverfahrens auf den Schaltungsträger-Rohling (
GPCB ), - - wobei diese dritte optisch transparente Folie, die für die Herstellung des Schaltungsträgers (
GPCB ) verwendet wird, farbige Partikel in ihrem Folienmaterial aufweist.
- - Aufbringen einer dritten optisch transparenten Folie durch Laminieren oder Kleben oder mittels eines anderen geeigneten Aufbringverfahrens auf den Schaltungsträger-Rohling (
- Merkmal 77: Verfahren zur Herstellung eines Schaltungsträgers (
GPCB ) nach einem oder mehreren der Merkmale 73 bis 76- - Aufbringen einer vierten Folie durch Laminieren oder Kleben oder mittels eines anderen geeigneten Aufbringverfahrens auf den Schaltungsträger-Rohling (
GPCB ), - - wobei diese vierte Folie, die für die Herstellung des Schaltungsträgers (
GPCB ) verwendet wird, Partikel in ihrem Folienmaterial aufweist, - - wobei die Partikel oder Teilvorrichtungen der Partikel
- - Strahlung mit der Pumpstrahlungswellenlänge (
λpmp ) der Pumpstrahlung (LB ) und/oder - - Strahlung mit einer Fluoreszenzstrahlungswellenlänge (
λfl ) der Fluoreszenzstrahlung (FL ) und/oder - - Strahlung mit der Kompensationsstrahlungswellenlänge (
λks ) der Kompensationsstrahlung (CL ) absorbieren und
- - Strahlung mit der Pumpstrahlungswellenlänge (
- - wobei die vierte Folie für Strahlung mit der Pumpstrahlungswellenlänge (
λpmp ) der Pumpstrahlung (LB ), wenn diese die nicht absorbiert wird, transparent sein kann und - - wobei die vierte Folie für Strahlung mit der Fluoreszenzstrahlungswellenlänge (
λfl ) der Fluoreszenzstrahlung (FL ), wenn diese die nicht absorbiert wird, transparent sein kann und - - wobei die vierte Folie für Strahlung mit der Kompensationsstrahlungswellenlänge (
λks ) der Kompensationsstrahlung (CL ), wenn diese die nicht absorbiert wird, transparent sein kann.
- - Aufbringen einer vierten Folie durch Laminieren oder Kleben oder mittels eines anderen geeigneten Aufbringverfahrens auf den Schaltungsträger-Rohling (
- Merkmal 78: Verfahren zur Herstellung eines Schaltungsträgers (
GPCB ) nach einem oder mehreren der Merkmale 73 bis 77- - wobei eine fünfte Folie, die für die Herstellung des Schaltungsträgers (
GPCB ) verwendet wird, einen ersten Brechungsindex aufweist und - - wobei eine sechste Folie, die für die Herstellung des Schaltungsträgers (
GPCB ) verwendet wird, einen zweiten Brechungsindex aufweist und - - wobei der erste Brechungsindex vom zweiten Brechungsindex verschieden ist.
- - wobei eine fünfte Folie, die für die Herstellung des Schaltungsträgers (
- Merkmal 79: Verfahren zur Herstellung eines Schaltungsträgers (
GPCB ) nach einem oder mehreren der Merkmale 73 bis 78- - wobei eine siebte Folie, die für die Herstellung des Schaltungsträgers (
GPCB ) verwendet wird, in ihrem Folienmaterial Quantenpunkte, insbesondere Kristalle mit paramagnetischen Zentren und/oder insbesondere Kristalle mit mindestens einer Vielzahl paramagnetischer Zentren und/oder insbesondere Diamantkristalle mit NV-Zentren und/oder insbesondere Diamantkristalle mit mindestens einer Vielzahl von NV-Zentren, aufweist.
- - wobei eine siebte Folie, die für die Herstellung des Schaltungsträgers (
- Merkmal 80: Verfahren zur Herstellung eines Schaltungsträgers (
GPCB ) nach Merkmal 79- - wobei ein oder mehrere Kristalle mit paramagnetischen Zentren
- o Diamantkristalle mit NV-Zentren und/oder
- o Diamantkristalle mit ST1-Zentren und/oder
- o Diamantkristalle mit L2-Zentren und/oder
- o Diamantkristalle mit SiV-Zentren und/oder
- o Siliziumkristalle mit G-Zentren und/oder
- o andere paramagnetischen Zentren in Diamantkristallen und/oder Siliziumkristallen und/oder Siliziumkarbidkristallen oder in anderen Kristallen sind.
- - wobei ein oder mehrere Kristalle mit paramagnetischen Zentren
- Folie für ein Verfahren zur Herstellung eines Schaltungsträgers (81-82)
-
- Merkmal 81: Folie, insbesondere für ein Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 73 bis 80
- - wobei die Folie in ihrem Folienmaterial Quantenpunkte, insbesondere Kristalle mit paramagnetischen Zentren und/oder insbesondere Kristalle mit mindestens einer Vielzahl paramagnetischer Zentren und/oder insbesondere Diamantkristalle mit NV-Zentren und/oder insbesondere Diamantkristalle mit mindestens einer Vielzahl von NV-Zentren, aufweist.
- Merkmal 82: Folie nach Merkmal 81
- - wobei ein oder mehrere Kristalle mit paramagnetischen Zentren
- o Diamantkristalle mit NV-Zentren und/oder
- o Diamantkristalle mit ST1-Zentren und/oder
- o Diamantkristalle mit L2-Zentren und/oder
- o Diamantkristalle mit SiV-Zentren und/oder
- o Siliziumkristalle mit G-Zentren und/oder
- o andere paramagnetischen Zentren in Diamantkristallen und/oder Siliziumkristallen und/oder Siliziumkarbidkristallen oder in anderen Kristallen sind.
- - wobei ein oder mehrere Kristalle mit paramagnetischen Zentren
- Optische Vorrichtung (83-86)
-
- Merkmal 83: optische Vorrichtung
- - mit einem optischen Funktionselement, das mit einem Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 62 bis 69 hergestellt worden ist und/oder
- - mit einem optischen Funktionselement,
- - wobei das optische Funktionselement eine lineare Glasstruktur umfasst und/oder
- - wobei das optische Funktionselement eine Glasstruktur mit zumindest einem Quantenpunkt, insbesondere mit einem oder mehreren Kristallen mit einem oder mehreren paramagnetischen Zentren und/oder insbesondere mit einem oder mehreren Kristallen mit mindestens einer Vielzahl paramagnetischer Zentren und/oder insbesondere mit einem oder mehreren Diamantkristallen mit einem oder mehreren NV-Zentren und/oder insbesondere mit einem oder mehreren Diamantkristallen mit mindestens einer Vielzahl von NV-Zentren, aufweist oder ist.
- Merkmal 84: optische Vorrichtung nach Merkmal 83
- - mit mindestens einem optisch aktiven elektronischen Bauelement, insbesondere mit einer LED oder einem Laser,
- - das mit dem optischen Funktionselement, das insbesondere mit einem Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 62 bis 69 hergestellt sein kann, optisch gekoppelt ist.
- Merkmal 85: optische Vorrichtung nach Merkmal 83 und/oder 84
- - mit mindestens einem optisch sensitiven elektronischen Bauelement, insbesondere mit einer Fotodiode und/oder einem oder mehreren CCD-Elementen und/oder einer SPAD und/oder einer AVD, und,
- - das mit dem optischen Funktionselement, das insbesondere mit einem Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 62 bis 80 hergestellt sein kann, optisch gekoppelt ist.
- Merkmal 86: optischen Vorrichtung nach einem oder mehreren der Merkmale 83 bis 85,
- - wobei die Vorrichtung zumindest ein elektrisches Funktionselement umfasst, das insbesondere ein Funktionselement aus der folgenden Liste sein kann:
- o eine Leitung,
- o eine Microstrip-Leitung,
- o eine Tri-Plate-Leitung,
- o eine Antenne,
- o eine Spule,
- o ein Transformator,
- o eine Elektrode,
- o eine Kontaktfläche,
- o ein Kondensator,
- o eine Diode,
- o ein Transistor,
- o eine mikrointegrierte Schaltung,
- o ein Regler,
- o ein Verstärker,
- o ein elektrischer Filter,
- o ein elektrischer Widerstand,
- o ein elektrisches Heizelement,
- o eine elektrische Sicherung,
- o ein Thermistor,
- o eine LED,
- o ein Laser,
- o ein Fotoempfänger,
- o ein Sensorelement mit einem elektrischen Ausgangssignal.
- o Direkt-Kontakt-Sensor.
- - wobei die Vorrichtung zumindest ein elektrisches Funktionselement umfasst, das insbesondere ein Funktionselement aus der folgenden Liste sein kann:
- Sensorsystem (87-89)
-
- Merkmal 87: Sensorsystem
- - mit einem Sensorelement (
NVD ), das eine optischen Eigenschaft in Abhängigkeit von einer physikalischen Größe ändert, und - - mit einer optischen Vorrichtung nach einem oder mehreren der Merkmale 83 bis 86 und nach Merkmal 85 und Merkmal 86,
- - wobei das Sensorelement (
NVD ) mit der optischen Vorrichtung optisch gekoppelt ist und - - wobei die optische Vorrichtung die optische Eigenschaft des Sensorelements (
NVD ) optisch erfasst und mittels des optisch sensitiven elektronischen Bauelements in ein Empfängerausgangssignal (S0 ) wandelt, das einen Signalwert umfasst, der als Maß für einen Wert der physikalischen Größe verwendet werden kann oder verwendet wird oder der dazu bestimmt ist, als ein solcher Wert verwendet zu werden.
- - mit einem Sensorelement (
- Merkmal 88: Sensorsystem nach Merkmal 87
- - wobei die physikalische Größe die magnetische Flussdichte B ist.
- Merkmal 89: Sensorsystem nach Merkmal 88
- - wobei das Sensorelement (
NVD ) einen Quantenpunkt, insbesondere ein paramagnetisches Zentrum in einem Kristall und/oder insbesondere eine Vielzahl paramagnetischer Zentren und/oder insbesondere ein NV-Zentrum in einem Diamantkristall und/oder insbesondere eine Vielzahl von NV-Zentren in einem Diamantkristall und/oder insbesondere ein SiV-Zentrum in einem Diamantkristall und/oder insbesondere ein G-Zentrum in einem Siliziumkristall, umfasst.
- - wobei das Sensorelement (
- Ouantentechnologische Vorrichtung (90)
-
- Merkmal 90: quantentechnologische Vorrichtung
- - mit einer optischen Vorrichtung nach einem oder mehreren der Merkmale 83 bis 86,
- - wobei ein optisches Funktionselement der Vorrichtung ein Quantenpunkt, insbesondere ein paramagnetisches Zentrum in einem Kristall und/oder insbesondere eine Vielzahl paramagnetischer Zentren und/oder insbesondere ein NV-Zentrum in einem Diamantkristall und/oder insbesondere eine Vielzahl von NV-Zentren in einem Diamantkristall und/oder insbesondere ein SiV-Zentrum in einem Diamantkristall und/oder insbesondere ein G-Zentrum in einem Siliziumkristall, ist.
- Quantencomputer (91)
-
- Merkmal 91: Quantencomputer
- - mit einer optischen Vorrichtung nach einem oder mehreren der Merkmale 83 bis 86.
- Verwendung in ionisierendem Strahlungsfeld (92-93)
-
- 1. Merkmal 92: Verwendung einer optischen Vorrichtung
- - in einer Umgebung mit technisch verursachter, nicht natürlicher ionisierender Teilchen- und/oder Photonen-Strahlung mit einer Wellenlänge kürzer als 10nm, wobei der Strahlungspegel um mehr als 1000% über dem normalen, natürlichen Strahlungspegel liegt,
- - wobei die optische Vorrichtung ein optisches Funktionselement umfasst und
- - wobei das optische Funktionselement zumindest einen Quantenpunkt, insbesondere einen oder mehrere Kristalle mit einem oder mehreren paramagnetischen Zentren und/oder insbesondere einen oder mehrere Kristalle mit mindestens einer Vielzahl paramagnetischer Zentren und/oder insbesondere einen oder mehrere
- - wobei es sich bei der optischen Vorrichtung
- - um ein Magnetometer nach einem oder mehreren der Merkmale 1 bis 26 und/oder
- - um ein Modul nach einem oder mehreren der Merkmale 27 bis 37 und/oder
- - um einen Stromsensor nach einem oder mehreren der Merkmale 38 bis 42 und/oder
- - um eine Energieversorgungseinrichtung nach einem oder mehreren der Merkmale 45 bis 49 und/oder
- - um einen Batteriesensor nach Merkmal 50 und/oder
- - um eine Leistungsüberwachungsvorrichtung nach einem oder mehreren der Merkmale 51 bis 57 und/oder
- - um ein quantenoptisches System nach Merkmal 58 und/oder
- - um einen Schaltungsträger nach einem oder mehreren der Merkmale 59 bis 60 und/oder
- - um ein Fahrzeug nach Merkmal 61 und/oder
- - um eine optische Vorrichtung nach einem oder mehreren der Merkmale 83 bis 86 und/oder
- - um ein Sensorsystem nach einem oder mehreren der Merkmale 87 bis 89 und/oder
- - um eine quantentechnologische Vorrichtung nach Merkmal 90 und/oder
- - um einen Quantencomputer nach Merkmal 91 handeln kann.
- Merkmal 93: Vorrichtung zur technischen oder medizinischen Nutzung ionisierender Strahlung
- - wobei die Vorrichtung ein optisches Funktionselement umfasst und
- - wobei das optische Funktionselement zumindest einen Quantenpunkt, insbesondere einen oder mehrere Kristalle mit einem oder mehreren paramagnetischen Zentren und/oder insbesondere einen oder mehrere Kristalle mit mindestens einer Vielzahl paramagnetischer Zentren und/oder insbesondere einen oder mehrere Diamantkristalle mit einem oder mehreren NV-Zentren und/oder insbesondere einen oder mehrere Diamantkristalle mit mindestens einer Vielzahl von NV-Zentren, aufweist und
- - wobei es sich bei der Vorrichtung
- - um ein Magnetometer nach einem oder mehreren der Merkmale 1 bis 26 und/oder
- - um ein Modul nach einem oder mehreren der Merkmale 27 bis 37 und/oder
- - um einen Stromsensor nach einem oder mehreren der Merkmale 38 bis 42 und/oder
- - um eine Energieversorgungseinrichtung nach einem oder mehreren der Merkmale 45 bis 49 und/oder
- - um einen Batteriesensor nach Merkmal 50 und/oder
- - um eine Leistungsüberwachungsvorrichtung nach einem oder mehreren der Merkmale 51 bis 57 und/oder
- - um ein quantenoptisches System nach Merkmal 58 und/oder
- - um einen Schaltungsträger nach einem oder mehreren der Merkmale 59 bis 60 und/oder
- - um ein Fahrzeug nach Merkmal 61 und/oder
- - um eine optische Vorrichtung nach einem oder mehreren der Merkmale 83 bis 86 und/oder
- - um ein Sensorsystem nach einem oder mehreren der Merkmale 87 bis 89 und/oder
- - um eine quantentechnologische Vorrichtung nach Merkmal 90 und/oder
- - um einen Quantencomputer nach Merkmal 91 handeln kann.
- Direkt-Kontakt-Sensorsystem (94)
-
- Merkmal 94: Direkt-Kontakt-Sensorsystem
- - wobei das Direkt-Kontakt-Sensorsystem ein Sensorelement (
NVD ) aus einem Material, insbesondere Diamant, mit einer Materialoberfläche umfasst und - - wobei das Sensorelement (
NVD ) einen Quantenpunkt, insbesondere ein paramagnetisches Zentrum in einem Kristall und/oder insbesondere eine Vielzahl paramagnetischer Zentren und/oder insbesondere ein NV-Zentrum in einem Diamantkristall und/oder insbesondere eine Vielzahl von NV-Zentren in einem Diamantkristall und/oder insbesondere ein SiV-Zentrum in einem Diamantkristall und/oder insbesondere ein G-Zentrum in einem Siliziumkristall, umfasst und - - wobei eine Materialoberfläche des Sensorelements (
NVD ) über zumindest einen Teil einer Außenfläche des Sensorelements (NVD ) mechanisch direkt zugänglich ist und - - wobei die mechanische Vickers-Härte dieser direkt zugänglichen Materialoberfläche größer ist als 40GPa (Grenze für super harte Werkstoffe) und
- - wobei das Direkt-Kontakt-Sensorsystem
- - ein Magnetometer nach einem oder mehreren der Merkmale 1 bis 26 und/oder
- - ein Modul nach einem oder mehreren der Merkmale 27 bis 37 und/oder
- - einen Stromsensor nach einem oder mehreren der Merkmale 38 bis 42 und/oder
- - ein quantenoptisches System nach Merkmal 58 und/oder
- - einen Schaltungsträger nach einem oder mehreren der Merkmale 59 bis 60 und/oder
- - eine optische Vorrichtung nach einem oder mehreren der Merkmale 83 bis 86 und/oder
- - ein Sensorsystem nach einem oder mehreren der Merkmale 87 bis 89 und/oder
- - eine quantentechnologische Vorrichtung nach Merkmal 90 als Subsystem umfassen kann und
- - wobei dieses Subsystem das Sensorelement (
NVD ) im Falle des Vorhandenseins des Subsystems umfasst und - - wobei das Direkt-Kontakt-Sensorsystem einen Messwert ermittelt und/oder ausgibt und/oder überträgt und/oder bereitstellt, der von dem Wert eines physikalischen Parameters, der auf das Sensorelement (
NVD ) einwirkt, abhängt.
- - wobei das Direkt-Kontakt-Sensorsystem ein Sensorelement (
- Sensorelement (95)
-
- Merkmal 95: Sensorelement (
NVD )- - insbesondere
- o für ein Magnetometer nach einem oder mehreren der Merkmale 1 bis 26 und/oder
- o für ein Modul nach einem oder mehreren der Merkmale 27 bis 37 und/oder
- o für einen Stromsensor nach einem oder mehreren der Merkmale 38 bis 42 und/oder
- o für eine Energieversorgungseinrichtung nach einem oder mehreren der Merkmale 45 bis 49 und/oder
- o für einen Batteriesensor nach Merkmal 50 und/oder
- o für eine Leistungsüberwachungsvorrichtung nach einem oder mehreren der Merkmale 51 bis 57 und/oder
- o für ein quantenoptisches System nach Merkmal 58 und/oder
- o für einen Schaltungsträger nach einem oder mehreren der Merkmale 59 bis 60 und/oder
- o für eine optische Vorrichtung nach einem oder mehreren der Merkmale 83 bis 86 und/oder
- o für ein Sensorsystem nach einem oder mehreren der Merkmale 87 bis 89 und/oder
- o für eine quantentechnologische Vorrichtung nach Merkmal 90 und/oder
- o für einen Quantencomputer nach Merkmal 91
- - wobei das Sensorelement (
NVD ) einen oder mehrere Quantenpunkte, insbesondere ein oder mehrere paramagnetisches Zentren in einem oder mehreren Kristallen und/oder insbesondere zumindest eine Vielzahl paramagnetischer Zentren und/oder insbesondere ein oder mehrere NV-Zentren in einem oder mehreren Diamantkristallen und/oder insbesondere zumindest eine Vielzahl von NV-Zentren in einem oder mehreren Diamantkristallen und/oder insbesondere ein oder mehrere SiV-Zentren in einem oder mehreren Diamantkristallen und/oder insbesondere ein oder mehrere G-Zentren in einem oder mehreren Siliziumkristallen, umfasst und - - mit einem Oberflächenteil einer Sensorelementoberfläche mit dem einen oder den mehreren Quantenpunkten,
- - wobei die Dichte der Quantenpunkte bezogen auf den Oberflächenteil mit einer Dichtefunktion in Abhängigkeit von der Position auf dem Oberflächenteil und/oder in Abhängigkeit von der Tiefe senkrecht zu dem Oberflächenteil im Bereich dieses Oberflächenteils moduliert ist und
- - wobei diese Dichtemodulation zumindest einen räumlich periodischen Anteil umfasst.
- - insbesondere
- Quantensystem (96-98)
-
- Merkmal 96: Quantensystem
- - mit einer Pumpstrahlungsquelle (
PLED ), die Pumpstrahlung (LB ) in Abhängigkeit von einem Sendesignal (Ipump ,S5 ) aussendet und - - mit einem Sensorelement (
NVD ) mit mindestens einem Quantenpunkt, insbesondere mit mindestens einem paramagnetischen Zentrum in einem Kristall und/oder insbesondere mit mindestens einer Vielzahl paramagnetischer Zentren und/oder insbesondere mit mindestens einem NV-Zentrum in mindestens einem Diamantkristall und/oder insbesondere mit mindestens einer Vielzahl von NV-Zentren in einem Diamantkristall und/oder insbesondere mit mindestens einem SiV-Zentrum in einem Diamantkristall und/oder insbesondere mit mindestens einem G-Zentrum in einem Siliziumkristall, und - - mit einer Ansteuerschaltung (
IC ), die das Sendesignal (Ipump ,S5 ) erzeugt, - - wobei der oder die Quantenpunkte in Abhängigkeit von einer physikalischen Größe, insbesondere in Abhängigkeit von dem Betrag der magnetischen Flussdichte B am Ort des jeweiligen Quantenpunkts, in Abhängigkeit von der Intensität der eingestrahlten Pumpstrahlung (
LB ) eine Fluoreszenzstrahlung (FL ) emittieren und - - wobei das Sendesignal (
Ipump ,S5 ) mit einer Pumpperiode zeitlich periodisch ist und - - wobei über mindestens 5 Pumpperioden der Betrag des Sendesignals (
Ipump ,S5 ) einen Mittelwert aufweist und - - wobei in einem ersten Zeitraum sich der Betrag des Sendesignals (
Ipump ,S5 ) über diesem Mittelwert während dieser mindestens 5 Pumpperioden befindet und - - wobei in einem zweiten Zeitraum sich der Betrag des Sendesignals (
Ipump ,S5 ) unter diesem Mittelwert während dieser mindestens 5 Pumpperioden befindet und - - wobei das Verhältnis des ersten Betrags der ersten zeitlichen Länge des ersten Zeitraums geteilt durch den zweiten Betrag der zweiten zeitlichen Länge des zweiten Zeitraums von 0,5 abweicht.
- - mit einer Pumpstrahlungsquelle (
- Merkmal 97. Quantensystem
- - mit einer Pumpstrahlungsquelle (
PLED ), die Pumpstrahlung in Abhängigkeit von einem Sendesignal (Ipump ,S5 ) aussendet und - - mit einem Sensorelement (
NVD ) mit mindestens einem Quantenpunkt, insbesondere mit mindestens einem paramagnetischen Zentrum und/oder insbesondere mit mindestens einer Vielzahl paramagnetischer Zentren und/oder insbesondere mit mindestens einem NV-Zentrum in mindestens einem Diamantkristall und/oder insbesondere mit mindestens einer Vielzahl von NV-Zentren in einem oder mehreren Diamantkristallen und/oder insbesondere mit mindestens einem SiV-Zentrum in einem Diamantkristall und/oder insbesondere mit mindestens einem G-Zentrum in mindestens einem Siliziumkristall, und - - mit einer Ansteuerschaltung (
IC ), die das Sendesignal (Ipump ,S5 ) erzeugt, - - wobei der oder die Quantenpunkte in Abhängigkeit von einer physikalischen Größe, insbesondere in Abhängigkeit von dem Betrag der magnetischen Flussdichte B am Ort des jeweiligen Quantenpunkts, in Abhängigkeit von der Intensität der eingestrahlten Pumpstrahlung (
LB ) eine Fluoreszenzstrahlung (FL ) emittieren und - - wobei das Sendesignal (
Ipump ,S5 ) mit einem Spreiz-Code moduliert ist.
- - mit einer Pumpstrahlungsquelle (
- Merkmal 98: Quantensystem nach Merkmal 97
- - mit einem Generator (
G ) und - - mit einer Pumpstrahlungsquelle (
PLED ) und - - mit einem Sensorelement (
NVD ) mit einem oder mehreren Quantenpunkten, insbesondere mit einem oder mehreren paramagnetischen Zentren und/oder insbesondere mit mindestens einer Vielzahl paramagnetischer Zentren und/oder insbesondere mit einem oder mehreren NV-Zentren in einem oder mehreren Diamantkristallen und/oder insbesondere mit mindestens einer Vielzahl von NV-Zentren in einem oder mehreren Diamantkristallen und/oder insbesondere mit einem oder mehreren SiV-Zentren in einem oder mehreren Diamantkristallen und/oder insbesondere mit einem oder mehreren G-Zentren in einem oder mehreren Siliziumkristallen, - - mit einem Strahlungsempfänger (
PD ), - - wobei der Generator (
G ) das Sendesignal (S5 ) erzeugt und - - wobei das Sendesignal (
S5 ) bandbegrenzt in einem Sendefrequenzband mit einer unteren Sendefrequenz und einer oberen Sendefrequenz ist und - - wobei der Betrag der unteren Sendefrequenz von dem Betrag der oberen Sendefrequenz verschieden ist und
- - wobei insbesondere das Sendesignal (
S5 ) mit einem Spreiz-Code moduliert sein kann und - - wobei insbesondere der Spreizcode ein Zufallssignal oder ein bandbegrenztes Pseudo-Zufallssignal sein kann und
- - wobei die Pumpstrahlungsquelle (
PLED ) Pumpstrahlung (LB ) in Abhängigkeit von dem Sendesignal (S5 ) emittiert und - - wobei die Pumpstrahlung (
LB ) das Sensorelement (NVD ) zumindest lokal bestrahlt und - - wobei das Sensorelement (
NVD ) Fluoreszenzstrahlung (FL ) in Abhängigkeit von der Intensität der Pumpstrahlung (LB ) und in Abhängigkeit von einer weiteren physikalischen Größe, insbesondere in Abhängigkeit von der magnetischen Flussdichte B, emittiert und - - wobei die Fluoreszenzstrahlung (
FL ) in den Strahlungsempfänger (PD ) einstrahlt und - - wobei der Strahlungsempfänger (
PD ) das Signal der Fluoreszenzstrahlung (FL ) in ein Empfängerausgangssignal (S0 ) wandelt und - - wobei ein Synchrondemodulator (
SDM ) das Empfängerausgangssignal (S0 ) mit Hilfe des Sendesignals (S5 ) zu einem demodulierten Signal (S4 ) demoduliert.
- - mit einem Generator (
- Empfänger (99-101)
-
- Merkmal 99: Empfänger
- - wobei der Empfänger ein Sensorelement (
NVD ) umfasst und - - wobei das Sensorelement (
NVD ) einen Quantenpunkt, insbesondere ein paramagnetisches Zentrum in einem Kristall und/oder insbesondere eine Vielzahl paramagnetischer Zentren und/oder insbesondere ein NV-Zentrum in einem Diamantkristall und/oder insbesondere eine Vielzahl von NV-Zentren in einem Diamantkristall und/oder insbesondere ein SiV-Zentrum in einem Diamantkristall und/oder insbesondere ein G-Zentrum in einem Siliziumkristall, umfasst und - - wobei der Empfänger
- - ein Magnetometer nach einem oder mehreren der Merkmale 1 bis 26 und/oder
- - ein Modul nach einem oder mehreren der Merkmale 27 bis 37 und/oder
- - einen Stromsensor nach einem oder mehreren der Merkmale 38 bis 42 und/oder
- - ein quantenoptisches System nach Merkmal 58 und/oder
- - einen Schaltungsträger nach einem oder mehreren der Merkmale 59 bis 60 und/oder
- - eine optische Vorrichtung nach einem oder mehreren der Merkmale 83 bis 86 und/oder
- - ein Sensorsystem nach einem oder mehreren der Merkmale 87 bis 89 und/oder
- - eine quantentechnologische Vorrichtung nach Merkmal 90 als Subsystem umfassen kann oder sein kann und
- - wobei dieses Subsystem das Sensorelement (
NVD ) im Falle des Vorhandenseins des Subsystems umfasst und - - wobei der Empfänger einen zeitlichen Messwertverlauf aus einer Abfolge von Messwerten als Empfangssignal ermittelt und/oder ausgibt und/oder überträgt und/oder bereitstellt, der von dem Wert eines physikalischen Parameters, insbesondere von einer elektromagnetischen Welle, der auf das Sensorelement (
NVD ) einwirkt, abhängt.
- - wobei der Empfänger ein Sensorelement (
- Merkmal 100: Empfänger nach Merkmal 99
- - wobei der Empfänger mit Hilfe eines Quantenpunkts ein Informationssignal in einem elektromagnetischen Feld extrahiert und zur Verfügung stellt.
- Übertragungsvorrichtung (101)
-
- Merkmal 101: Übertragungsvorrichtung
- - mit einer Felderzeugungsvorrichtung, die ein elektromagnetisches und/oder magnetisches Feld erzeugt,
- - wobei die Felderzeugungsvorrichtung dem elektromagnetischen und/oder magnetischen Feld ein Informationssignal aufgeprägt oder aufmoduliert, und
- - mit einem Empfänger nach Merkmal 100,
- - wobei der Empfänger mit Hilfe eines Quantenpunkts das Informationssignal aus dem zeitlichen Verlauf, insbesondere der magnetischen Flussdichte B, des elektromagnetischen und/oder magnetischen Feldes extrahiert und zur Verfügung stellt,
- - wobei die Zurverfügungstellung insbesondere mittels der Signalisierung über eine Leitung und/oder mittels des Bereithaltens von Signalwerten und/oder mittels des Bereithaltens von Abtastwerten und/oder mittels des Bereithaltens oder Übergebens oder Signalisierens von Informationen, die die Übertragungsvorrichtung und/oder der Empfänger aus dem Informationssignal extrahiert, erfolgen kann.
- Bohrlochmessung (102-103)
-
- Merkmal 102: Verfahren zur Vermessung der magnetischen Flussdichte B innerhalb eines Bohrlochs oder eines geologischen Suchfeldes mit den Schritten
- - Positionieren eines Messsystems oder eines Teils eines Messsystems in dem Bohrloch,
- - wobei das Messsystem ein Sensorelement (
NVD ) aus einem Material, insbesondere Diamant, mit einer Materialoberfläche umfasst und - - wobei das Sensorelement (
NVD ) einen Quantenpunkt, insbesondere ein paramagnetisches Zentrum in einem Kristall und/oder insbesondere eine Vielzahl paramagnetischer Zentren und/oder insbesondere ein NV-Zentrum in einem Diamantkristall und/oder insbesondere eine Vielzahl von NV-Zentren in einem Diamantkristall und/oder insbesondere ein SiV-Zentrum in einem Diamantkristall und/oder insbesondere ein G-Zentrum in einem Siliziumkristall, umfasst und - - wobei das Messsystem
- - ein Magnetometer nach einem oder mehreren der Merkmale 1 bis 26 und/oder
- - ein Modul nach einem oder mehreren der Merkmale 27 bis 37 und/oder
- - einen Stromsensor nach einem oder mehreren der Merkmale 38 bis 42 und/oder
- - ein quantenoptisches System nach Merkmal 58 und/oder
- - einen Schaltungsträger einem oder mehreren der Merkmale 59 bis 60 und/oder
- - eine optische Vorrichtung nach einem oder mehreren der Merkmale 83 bis 86 und/oder
- - ein Sensorsystem nach einem oder mehreren der Merkmale 87 bis 89 und/oder
- - eine quantentechnologische Vorrichtung nach Merkmal 90
- - als Subsystem umfassen kann und
- - wobei dieses Subsystem das Sensorelement (
NVD ) im Falle des Vorhandenseins des Subsystems umfasst und - - wobei das Messsystem einen Messwert ermittelt und/oder ausgibt und/oder überträgt und/oder bereitstellt, der von dem Wert eines physikalischen Parameters, insbesondere der magnetischen Flussdichte B, abhängt, der auf das Sensorelement (
NVD ) einwirkt; - - Erfassen des Werts des physikalischen Parameters, insbesondere des Werts der magnetischen Flussdichte B, am Ort des Sensorelements (
NVD ) des Messsystems als ermittelten Messwert und - - Übertragen oder Transportieren des ermittelten Messwerts an die Oberfläche.
- Merkmal 103: Verfahren nach Merkmal 102
- - wobei das Messsystem ein Direkt-Kontakt-Sensorsystem aufweist oder ist.
- Verfahren zum Herstellen eines optischen Systems
-
- Merkmal 104: Verfahren zur Herstellung eines optischen Systems
- - umfassend folgende Schritte:
- - Bereitstellen eines Systemträgers (
GPCB ) mit einer Oberfläche; - - Aufbringen, insbesondere Auf-Dispensieren, und/oder Aufdrucken einer ersten Glasfrit-Paste auf den Systemträger (
GPCB ) als erste Glasfrit-Struktur; - - Aufschmelzen einer Glasfrit-Struktur zu einer aufgeschmolzenen Glasfrit-Struktur;
- - Erstarren der aufgeschmolzenen Glasfrit-Struktur zu einer erstarrten Glasfrit-Struktur;
- - Verwenden der erstarrten Glasfrit-Struktur als optisches Funktionselement.
- Merkmal 105: Verfahren nach Merkmal 104
- - wobei der Systemträger (
GPCB ) auf der Oberfläche Strukturen, insbesondere fluidische und/oder mikrofluidische Strukturen, insbesondere Vertiefungen und/oder Gräben und/oder Lippen und/oder andere Mittel aufweist, die das Verfließen des geschmolzenen Glasfrits der aufgeschmolzenen Glasfrit-Struktur begrenzen und/oder steuern und/oder beeinflussen.
- - wobei der Systemträger (
- Merkmal 106: Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 104 bis 105
- - wobei die erstarrte Glasfrit-Struktur optisch transparent ist.
- Merkmal 107: Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 104 bis 106
- - wobei die erstarrte Glasfrit-Struktur optisch nicht transparent ist.
- Merkmal 108: Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 104 bis 107
- - wobei die erstarrte Glasfrit-Struktur Streukörper aufweist.
- Merkmal 109: Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 104 bis 108
- - wobei die erstarrte Glasfrit-Struktur farbige Partikel aufweist.
- Merkmal 110: Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 104 bis 109
- - wobei die erstarrte Glasfrit-Struktur transparente, farbige Partikel aufweist.
- Merkmal 111: Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 104 bis 110
- - wobei die Glasfrit-Paste eingefärbte Glas-Partikel aufwies oder aufweist.
- Merkmal 112: Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 104 bis 111
- - wobei die Glasfrit-Paste und/oder die erstarrte Glasfrit-Struktur ferromagnetische Partikel aufweist.
- Merkmal 113: Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 104 bis 112
- - wobei die erstarrte Glasfrit-Struktur Partikel und/oder Kristalle mit einem oder mehreren Quantenpunkten, insbesondere mit einem oder mehreren paramagnetischen Zentren und/oder insbesondere mit mindestens einer Vielzahl paramagnetischer Zentren und/oder insbesondere mit einem oder mehreren NV-Zentren in einem oder mehreren Diamantkristallen und/oder insbesondere mit mindestens einer Vielzahl von NV-Zentren in einem oder mehreren Diamantkristallen und/oder insbesondere mit einem oder mehreren SiV-Zentren in einem oder mehreren Diamantkristallen und/oder insbesondere mit einem oder mehreren G-Zentren in einem oder mehreren Siliziumkristallen aufweist.
- Merkmal 114: Verfahren nach Merkmal 113
- - wobei es sich bei zumindest einem oder mehreren paramagnetischen Zentren der paramagnetischen Zentren
- o um NV-Zentren in Diamant und/oder
- o um SiV-Zentren in Diamant und/oder
- o um ein ST1-Zentrum in Diamant und/oder
- o um ein L2-Zentrum in Diamant und/oder
- o um ein anderes paramagnetisches Zentrum in einem Kristall handelt.
- - wobei es sich bei zumindest einem oder mehreren paramagnetischen Zentren der paramagnetischen Zentren
- Merkmal 115: Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 104 bis 114
- - wobei die erstarrte Glasfrit-Struktur an zumindest einer Stelle eine Breite von weniger als 1mm und/oder weniger als 500µm und/oder weniger als 200µm und/oder weniger als 100µm und/oder weniger als 50µm und/oder weniger als 20µm und/oder weniger als 10µm und/oder weniger als 5µm und/oder weniger als 2µm und/oder weniger als 1µm und/oder weniger als 0,5µm und/oder weniger als 0,2µm und/oder weniger als 0,1µm aufweist.
- Merkmal 116: Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 104 bis 115
- - wobei zumindest eine Teilvorrichtung der erstarrten Glasfrit-Struktur eines der folgenden optischen Funktionselemente ist:
- o ein optisches Filter, insbesondere ein Bragg-Filter und/oder
- o ein Spiegel und/oder eine Spiegelfläche und/oder
- o eine Linse, insbesondere eine Mikrolinse und/oder
- o ein digitaloptisches Funktionselement und/oder
- o ein diffraktives optisches Funktionselement und/oder
- o ein photonischer Kristalle und eine photonische Kristallstruktur und/oder
- o ein optisches oder photonisches Gitter und/oder
- o ein Wellenkoppler und/oder
- o ein Resonator und/oder
- o eine optische Blende und/oder
- o ein Wellensumpf und/oder
- o eine optische Abschirmung und/oder
- o ein Prisma und/oder
- o ein Strahlteiler und/oder
- o ein Lichtwellenleiter und /oder
- o ein lichtleitendes Funktionselement und /oder
- o ein dispergierendes Funktionselement und /oder
- o ein optisch filterndes Funktionselement und /oder
- o ein polarisierendes Funktionselement und /oder
- o ein ablenkendes Funktionselement und /oder
- o ein apertur- und lichtstromänderndes Funktionselement und /oder
- o ein energiewandelndes Funktionselement und /oder
- o ein nichtlineares Funktionselement und /oder
- o ein wellenoptisches Funktionselement und /oder
- o ein holographisches Funktionselement.
- - wobei zumindest eine Teilvorrichtung der erstarrten Glasfrit-Struktur eines der folgenden optischen Funktionselemente ist:
- Verfahren zum Herstellen eines optischen Systems mit einer Folie (117-127)
-
- Merkmal 117: Verfahren zur Herstellung eines optischen Systems
- - umfassend folgende Schritte:
- - Bereitstellen eines Systemträgers (
GPCB ) mit einer Oberfläche; - - Aufbringen und/oder Aufkleben und/oder Auflaminieren einer ersten Folie auf den Systemträger (
GPCB ); - - Strukturieren der ersten Folie, um eine erste Folienstruktur zu erhalten, wobei das Stukturieren vor oder nach dem Schritt des Aufbringens, Aufklebens oder Auflaminierens erfolgen kann;
- - Verwenden der ersten Folien-Struktur als optisches Funktionselement.
- Merkmal 118: Verfahren nach Merkmal 117
- - wobei die erste Folien-Struktur optisch transparent ist.
- Merkmal 119: Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 117 bis 118 mit den zusätzlichen Schritten
- - Aufbringen und/oder Aufkleben und/oder Auflaminieren einer zweiten Folie auf den Systemträger (
GPCB ); - - Strukturieren der zweiten Folie, um eine zweite Folienstruktur zu erhalten, wobei das Strukturieren vor oder nach dem Schritt des Aufbringens, Aufklebens oder Auflaminierens der zweiten Folie erfolgen kann;
- - Verwenden der zweiten Folien-Struktur als zweites optisches Funktionselement.
- - Aufbringen und/oder Aufkleben und/oder Auflaminieren einer zweiten Folie auf den Systemträger (
- Merkmal 120 Verfahren nach einem oder mehreren der der Merkmale 117 bis 119
- - wobei die erste Folien-Struktur optisch nicht transparent ist.
- Merkmal 121: Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 117 bis 120
- - wobei die erste Folien-Struktur in ihrem Folienmaterial Streukörper oder Streustrukturen aufweist.
- Merkmal 122: Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 117 bis 121
- - wobei die erste Folien-Struktur optisch transparent und farbig ist.
- Merkmal 123: Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 117 bis 122
- - wobei die erste Folien-Struktur in ihrem Material farbige Partikel aufweist.
- Merkmal 124: Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 117 bis 123
- - wobei die Folie und/oder die erste Folien-Struktur in ihrem Folienmaterial ferromagnetische Partikel aufweist.
- Merkmal 125: Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 117 bis 124
- - wobei die erste Folien-Struktur in ihrem Folienmaterial Partikel und/oder Kristalle mit einem oder mehreren Quantenpunkten, insbesondere mit einem oder mehreren paramagnetischen Zentren und/oder insbesondere mit mindestens einer Vielzahl paramagnetischer Zentren und/oder insbesondere mit einem oder mehreren NV-Zentren in einem oder mehreren Diamantkristallen und/oder insbesondere mit mindestens einer Vielzahl von NV-Zentren in einem oder mehreren Diamantkristallen und/oder insbesondere mit einem oder mehreren SiV-Zentren in einem oder mehreren Diamantkristallen und/oder insbesondere mit einem oder mehreren G-Zentren in einem oder mehreren Siliziumkristallen, aufweist.
- Merkmal 125: Verfahren nach Merkmal 124
- - wobei es sich bei zumindest einem oder mehreren paramagnetischen Zentren der paramagnetischen Zentren
- o um NV-Zentren in Diamant und/oder
- o um SiV-Zentren in Diamant und/oder
- o um ein ST1-Zentrum in Diamant und/oder
- o um ein L2-Zentrum in Diamant und/oder
- o um ein G-Zentrum in Silizium und/oder
- o um ein anderes paramagnetisches Zentrum in einem Kristall handelt.
- - wobei es sich bei zumindest einem oder mehreren paramagnetischen Zentren der paramagnetischen Zentren
- Merkmal 126: Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 117 bis 125
- - wobei die erste Folien-Struktur an zumindest einer Stelle eine Breite von weniger als 1mm und/oder weniger als 500µm und/oder weniger als 200µm und/oder weniger als 100µm und/oder weniger als 50µm und/oder weniger als 20µm und/oder weniger als 10µm und/oder weniger als 5µm und/oder weniger als 2µm und/oder weniger als 1µm und/oder weniger als 0,5µm und/oder weniger als 0,2µm und/oder weniger als 0,1µm aufweist.
- Merkmal 127: Verfahren nach einem oder mehreren der Merkmale 117 bis 126
- - wobei zumindest eine Teilvorrichtung der erste Folien-Struktur eines der folgenden optischen Funktionselemente ist:
- o ein optisches Filter, insbesondere ein Bragg-Filter und/oder
- o ein Spiegel und/oder eine Spiegelfläche und/oder
- o eine Linse, insbesondere eine Mikrolinse und/oder
- o ein digitaloptisches Funktionselement und/oder
- o ein diffraktives optisches Funktionselement und/oder
- o ein photonischer Kristalle und eine photonische Kristallstruktur und/oder
- o ein optisches oder photonisches Gitter und/oder
- o ein Wellenkoppler und/oder
- o ein Resonator und/oder
- o eine optische Blende und/oder
- o ein Wellensumpf und/oder
- o eine optische Abschirmung und/oder
- o ein Prisma und/oder
- o ein Strahlteiler und/oder
- o ein Lichtwellenleiter und /oder
- o ein lichtleitendes Funktionselement und /oder
- o ein dispergierendes Funktionselement und /oder
- o ein optisch filterndes Funktionselement und /oder
- o ein polarisierendes Funktionselement und /oder
- o ein ablenkendes Funktionselement und /oder
- o ein apertur- und lichtstromänderndes Funktionselement und /oder
- o ein energiewandelndes Funktionselement und /oder
- o ein nichtlineares Funktionselement und /oder
- o ein wellenoptisches Funktionselement und /oder
- o ein holographisches Funktionselement.
- - wobei zumindest eine Teilvorrichtung der erste Folien-Struktur eines der folgenden optischen Funktionselemente ist:
- Figurenliste
- Die Figuren erläutern einige, aber nicht alle Aspekte des Vorschlags. Sie dienen der Verdeutlichung. Für die Beanspruchung sind die geltenden Ansprüche ausschlaggebend. Die Figuren sind nur einzelne Beispiele, die die Beanspruchung nicht beschränken.
-
1 zeigt den Grundaufbau des Magnetometers als stark vereinfachtes Blockschema. -
2 zeigt ein Modul, das in seiner Funktion dem Grundaufbau eines beispielhaften Magnetometers der1 entspricht, im Querschnitt. -
3 zeigt einen Stromsensor basierend auf dem Modul der2 . -
4 zeigt das Blockschema eines Magnetometers mit optischer Rückkopplungskompensation. -
5 zeigt das Blockschema eines Magnetometers mit einer Chopper-Stufe. -
6 zeigt ein Modul, das in seiner Funktion dem Aufbau eines beispielhaften Magnetometers der5 entspricht, im Querschnitt. -
7 zeigt einen Stromsensor basierend auf dem Modul der6 . -
8 zeigt ein Sensorelement in einem Lichtwellenleiter als Kern einer elektrischen Spule zur Strommessung. -
9 zeigt eine Empfindlichkeitskurve für die Änderung der Intensität der Fluoreszenzstrahlung (FL ) in Abhängigkeit von der magnetischen Flussdichte B. - Die
10 bis18 zeigen ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Moduls mittels einer Glasfrit-Paste, die aufgeschmolzen wird. - Beschreibung der Figuren
- Figur 1
-
1 zeigt den Grundaufbau des Magnetometers als stark vereinfachtes Blockschema. Als Signalgenerator (G ) dient in diesem einfachen Beispiel eine Pumpstromquelle (I0 ), die in diesem Beispiel nicht moduliert sein kann. Die Pumpstromquelle (I0 ) erzeugt als Sendesignal (S5 ) den Pumpstrom (Ipump ). Der Pumpstrom (Ipump ) speist die Pumpstrahlungsquelle (PLED ). Die Pumpstrahlungsquelle (PLED ) emittiert in eine erste Übertragungsstrecke (i1 , nicht eingezeichnet) eine Pumpstrahlung (LB ) hinein. Die Intensität der Pumpstrahlung (LB ) hängt dabei typischerweise von dem Sendesignal (S5 ) ab. Hierdurch bestrahlt die Pumpstrahlungsquelle (PLED ) zumindest einen Bereich des Sensorelements (NVD ) mit Pumpstrahlung (LB ). Das Sensorelement (NVD ) emittiert in Abhängigkeit von der Pumpstrahlung (LB ) Fluoreszenzstrahlung (FL ). Die Stärke der Fluoreszenzstrahlung (FL ) hängt dabei von der Intensität der Pumpstrahlung (LB ) im Emissionsbereich der Fluoreszenzstrahlung (FL ) und ggf. von weiteren Parametern, beispielsweise dem Betrag der magnetischen Flussdichte B, in diesem Bereich ab. Ein optischer Filter (F1 ) lässt bevorzugt einen für das Messsystem ausreichen Anteil der Fluoreszenzstrahlung (FL ) passieren, während er einen für das Messsystem ausreichen Anteil der Pumpstrahlung (LB ) nicht passieren lässt. Hierdurch gelangt im Wesentlichen nur die Fluoreszenzstrahlung (FL ) über eine zweite Übertragungsstrecke (I2, in der1 nicht eingezeichnet) in den Strahlungsempfänger (PD ). Der Strahlungsempfänger (PD ) wandelt die empfangene Intensität der Fluoreszenzstrahlung (FL ) und ggf. weiterer empfangener Strahlung in ein Empfängerausgangssignal (S0 ) um, dessen Wert den Betrag der durch den Strahlungsempfänger (PD ) empfangenen Strahlungsintensität repräsentiert. In dem Beispiel der1 verstärkt ein erster Verstärker (V1 ) das Empfängerausgangssignal (S0 ) zu einem demodulierten Signal (S4 ). Dieser Name „demoduliertes Signal“ ist nur deshalb so gewählt, weil später Modulationen hinzukommen werden. - Ein Analog-zu-Digitalwandler (
ADC ) wandelt in diesem Beispiel das demodulierte Signal (S4 ) in ein digitalisiertes Signal (DS ) um. Eine Datenschnittstelle (IF ) ermöglicht dann den Zugriff auf diesen Wert über einen Datenbus (DB ). - Figur 2
- Die
2 zeigt ein beispielhaftes Modul, das in seiner Funktion dem Grundaufbau eines beispielhaften Magnetometers der1 entspricht, im Querschnitt. Auf einem beispielhaften Schaltungsträger (GPCB ), der beispielsweise aus optisch transparentem Glas ist, sind beispielsweise auf der Oberseite des Schaltungsträgers (GPCB ) hier nicht eingezeichnete Leitungen beispielsweise in Dickschichttechnik aufgebracht, mit denen beispielsweise eine mikrointegrierte Schaltung (IC ), der Strahlungsempfänger (PD ) und die Pumpstrahlungsquelle (PLED ) elektrisch und ggf. auch mechanisch verbunden sind. Die Pumpstrahlungsquelle (PLED ) bestrahlt ein Sensorelement (NVD ), das beispielsweise NV-Zentren in Diamant mitumfasst, mit Pumpstrahlung (LB ). In Abhängigkeit von der magnetischen Flussdichte B als beispielhafte physikalische Größe, emittieren die NV-Zentren des Sensorelements (NVD ) Fluoreszenzstrahlung (FL ). Ein optischer Filter (F1 ) sorgt dafür, dass keine Pumpstrahlung (LB ) in den Strahlungsempfänger (PD ) einstrahlt. Ein Gehäuse (GH ) sorgt dafür, dass potenzielle andere optische Pfade unterbrochen werden. Das Gehäuse (GH ) umfasst als Gehäusematerial bevorzugt schwarzen Duroplast. Eine Spiegelfläche (ML ) sorgt dafür, dass möglichst viel der Pumpstrahlung (LB ) der Pumpstrahlungsquelle (PLED ) das Sensorelement (NVD ) erreicht und dass möglichst viel der Fluoreszenzstrahlung (FL ) den Strahlungsempfänger (PD ) erreicht, um die Sensitivität des Systems zu maximieren. - Das Sensorelement (
NVD ) ist bevorzugt auf der anderen Seite des Schaltungsträgers (GPCB ) angebracht. Hierdurch ist es galvanisch von der mikrointegrierten Schaltung (IC ) und den anderen elektronischen Bauelementen (PLED ,PD ) auf der Oberseite des Schaltungsträgers (GPCB ) getrennt. - Ein Bias-Magnet (
BM ), der typischerweise ein Permanentmagnet ist, ist an der Oberseite des Schaltungsträgers (GPCB ) hier beispielhaft angebracht, um das Bias-Magnetfeld einzustellen. In9 kann später erkannt werden, dass z.B. ein Bias-Magnetfeld von ca. 10mA für NV-Zentren oft sehr gut geeignet ist. - Figur 3
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3 zeigt einen Stromsensor basierend auf dem Modul der2 . Das Modul der2 ist nun um einen elektrischen Leiter (LTG ) ergänzt. Findet ein Stromfluss in dem elektrischen Leiter (LTG ) statt, so erzeugt dieser eine magnetische Flussdichte B, die die Fluoreszenzstrahlung (FL ) des Sensorelements (NVD ) beeinflusst und daher gemessen und in einen Messwert gewandelt und dessen Messwerte über den besagten Datenbus (DB ) beispielsweise weitergegeben werden können. - Figur 4
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4 zeigt das Blockschema eines Magnetometers mit optischer Rückkopplungskompensation. Es entsprich weitestgehend der1 . Nun jedoch verstärkt ein zweiter Verstärker (V2 ) das demodulierte Signal (S4 ). Der zweite Verstärker (V2 ) versieht dabei das demodulierte Signal (S4 ) ggf. mit einem Offset. Der zweite Verstärker (V2 ) erzeugt mittels der Kompensationsstromquelle (I1 ) hier das Kompensationssendesignal (S7 ). Das Kompensationssendesignal (S7 ) speist die Kompensationsstrahlungsquelle (CLED ) mit einem Kompensationssendestrom (Icomp ). Der Kompensationssender (CLED ) strahlt über eine dritte Übertragungsstrecke (I3, hier nicht eingezeichnet) ebenfalls in den Strahlungsempfänger (PD ) ein. Die Einstrahlung der Fluoreszenzstrahlung (FL ) und der Kompensationsstrahlung (CL ) der Kompensationsstrahlungsquelle (CLED ) erfolgt bevorzugt näherungsweise summierend mit einer Gesamtintensität. Der momentane Wert des Empfängerausgangssignals (S0 ) des Strahlungsempfängers (PD ) ist von dieser momentanen Gesamtintensität abhängig. Damit ist Der momentane Wert des Empfängerausgangssignals (S0 ) des Strahlungsempfängers (PD ) auch von der Intensität der Fluoreszenzstrahlung (FL ) und der Intensität der Kompensationsstrahlung (CL ) abhängig. Die Verstärkungen und Vorzeichen in diesem Regelkreis sind dabei bevorzugt so gewählt, dass sich Stabilität einstellt. Hierdurch ist die Gesamtintensität bevorzugt konstant, sodass sich die physikalischen Verhältnisse in dem Strahlungsempfänger (PD ) auch bei Änderung der Intensität der Fluoreszenzstrahlung (FL ) nicht ändern, da dann eine entsprechende gegenläufige Änderung der Intensität der Kompensationsstrahlung (CL ) dies wieder ausgleicht. - Figur 5
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5 zeigt das Blockschema eines beispielhaften Magnetometers mit einer beispielhaften Chopper-Stufe. Der Strahlungsempfänger (PD ) empfängt wieder wie in4 die Gesamtintensität der Strahlungen und zwar der Fluoreszenzstrahlung (FL ) des Sensorelements (NVD ) und der Kompensationsstrahlung (CL ). Ein optischer Filter (F1 ) verhindert wieder, dass Pumpstrahlung (LB ) den Strahlungsempfänger (PD ) erreicht. Der Strahlungsempfänger (PD ) wandelt den Wert der Gesamtstrahlungsintensität in den momentanen Wert des Empfängerausgangssignals (S0 ) um. Ein Synchrondemodulator (SDM ) wandelt das Empfängerausgangssignal (S0 ) in das demodulierte Signal (S4 ) mit Hilfe des Sendesignals (S5 ) um. Ein Signalgenerator (G ) erzeugt bevorzugt das Sendesignal (S5 ). Das Sendesignal (S5 ) hat bevorzugt eine von 0Hz verschiedene Frequenz. In dem Beispiel der5 umfasst der beispielhafte Synchrondemodulator (SDM ) einen ersten Multiplizierer (M1 ), der das Empfängerausgangssignal (S0 ) durch Multiplikation des Momentanwerts des Empfängerausgangssignals (S0 ) mit dem Momentanwert des Sendesignals (S5 ) in einen Momentanwert des Multiplikatorausgangssignals (S3 ) wandelt. Ein beispielhafter Tiefpassfilter (TP ) verstärkt und filtert das Multiplikatorausgangssignal (S3 ) zum demodulierten Signal (S4 ). Der Tiefpass (TP ) hat hier also die Funktion des ersten Verstärkers (V1 ) der1 und der4 übernommen. Der Tiefpass (TP ) lässt bevorzugt im Wesentlichen nur ein Gleichsignal und keine Frequenzen des Sendesignals (S5 ) und höher durch. Nicht mehr eingezeichnete Auswertemittel (ADC ,IF ) können dann das demodulierte Signal (S4 ), wie in4 gezeigt, weiterverarbeiten. Ein zweiter Multiplizierer (M2 ) multipliziert den Momentanwert des demodulierten Signals (S4 ) mit dem Momentanwert des Sendesignals (S5 ) zum Momentanwert des Kompensationsvorsignals (S6 ). Ein zweiter Verstärker (V2 ) verstärkt ggf. das Kompensationsvorsignal (S6 ) weiter zum Kompensationssendesignal (S7 ) und versieht es typischerweise mit einem Offset. Die Intensität der von der Kompensationsstrahlungsquelle (CLED ) abgestrahlten Kompensationsstrahlung (CL ) hängt dabei typischerweise vom Momentanwert des Kompensationssendesignals (S7 ) ab. Die Intensität der von der Pumpstrahlungsquelle (PLED ) abgestrahlten Pumpstrahlung (LB ) hängt dabei typischerweise vom Momentanwert des Sendesignals (S5 ) ab. Die Verstärkungen und Offsets im Regelkreis sind bevorzugt so gestaltet, dass sich im Wesentlichen abgesehen von Regelfehlern und Systemrauschen Stabilität einstellt. - Figur 6
-
6 zeigt ein Modul, das in seiner Funktion dem Aufbau eines beispielhaften Magnetometers der5 entspricht, im Querschnitt. Es entspricht dem Modul der2 . Im Gegensatz zur2 umfasst es nun die zusätzliche Kompensationsstrahlungsquelle (CLED ) der4 und5 . Ein Anwender der hier offengelegten technisch Lehre wird bevorzugt die Kompensationswellenlänge (λks ) der Kompensationsstrahlung (CL ) so wählen, dass sie in dem Beispiel der6 den optischen Filter (F1 ) passieren kann. Ist die Pumpstrahlung (LB ) beispielsweise grün und die Fluoreszenzstrahlung (FL ) beispielsweise rot, so kann eine Infrarotstrahlung als Kompensationsstrahlung (CL ) sinnvoll sein. - Figur 7
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7 zeigt wieder einen Stromsensor basierend auf dem Modul der6 . Analog zu3 umfasst es wieder den besagten elektrischen Leiter (LTG ). - Figur 8
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8 zeigt ein Sensorelement in einem Lichtwellenleiter (LWL ) als Kern einer elektrischen Spule (L ) zur Strommessung. Die optischen Übertragungsstrecken der zuvor dargestellten Systeme können auch ganz oder teilweise als Lichtwellenleiter (LWL ) ausgeführt sein. Es kann dann sinnvoll sein, eine Spule (L ) als elektrischen Leiter (LTG ) um den Lichtwellenleiter (LWL ) und das in den Lichtwellenleiter (LWL ) eingefügte Sensorelement (NVD ) herumzuwickeln, um die magnetische Flussdichte B zu maximieren. - Figur 9
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9a zeigt eine beispielhafte Fluoreszenzkurve für ein Sensorelement mit NV-Zentren in Diamant.9b zeigt die zugehörige Empfindlichkeitskurve für die Änderung der Intensität der Fluoreszenzstrahlung in Abhängigkeit von der magnetischen Flussdichte B. - Figuren 10 bis 18
- Die
10 bis18 zeigen ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Moduls. Die Reihenfolge einzelner Schritte kann ggf. abgeändert sein. Das Verfahren kann um Schritte ergänzt sein. Es können bei Bedarf und sofern sinnvoll Schritte wegegelassen sein. - Figur 10
- Das beispielhafte Verfahren beginnt mit der Bereitstellung eines Systemträgers (
GPCB ) in10 . In dem Beispiel der10 ist der Systemträger (GPCB ) optisch intransparent. Er weist eine erste beispielhafte optisch transparente Durchführung (OV1 ) und eine zweite beispielhafte optisch transparente Durchführung (OV2 ) und eine dritte beispielhafte optisch transparente Durchführung (OV3 ) auf, die es späteren Funktionselementen erlauben, optisch mit der anderen Seite des Systemträgers (GPCB ) zu kommunizieren. - Figur 11
- Die nicht gezeichnete Fertigungsvorrichtung bringt auf den Systemträger (
GPCB ) der10 in dem hier dargestellten Beispiel eine Glasfrit-Paste aus Glasstaub und einem Trägermittel auf. Dieses Aufbringen kann funktionsäquivalente Materialien aus anderen Stoffen (z.B. aus Salzen) verwenden. Das Aufbringen der Glasfrit-Paste erfolgt hier beispielsweise mit Schablonendruck. Die so gedruckten Abschnitte der Glasfrit-Paste bilden später die erste Übertragungsstrecke (i1 ) und die zweite Übertragungsstrecke (i2 ) und die dritte Übertragungsstrecke (i3 ). - Figur 12
- Die nicht gezeichnete Fertigungsvorrichtung bringt auf der anderen Seite des Systemträgers (
GPCB ) beispielsweise mittels Schablonendruck eine Glasfrit-Paste, die ferromagnetische Partikel umfasst, auf den Systemträger der11 auf. Diese Glasfrit-Paste, die ferromagnetische Partikel umfasst, soll später beispielsweise den Bias-Magneten (BM ) bilden. - Figur 13
- Die nicht gezeichnete Fertigungsvorrichtung bringt auf dem Systemträger (
GPCB ) der12 in die Lücke zwischen dem Glasfrit-Pasten-Abschnitt, der später die zweite Übertragungsstrecke (i2 ) darstellen wird, und dem Glasfrit-Pasten-Abschnitt, der später die erste Übertragungsstrecke (i1 ) darstellen wird, eine Glasfrit-Paste beispielsweise mittels Schablonendruck ein. Diese Glasfrit-Paste kann beispielsweise mit Diamant-Mikrokristallen mit NV-Zentren hoher Dichte durchsetzt sein. Dieser neue Glasfrit-Pasten-Abschnitt wird später dann das Sensorelement (NVD ) bilden. - Figur 14
- Die nicht gezeichnete Fertigungsvorrichtung bringt auf dem Systemträger (
GPCB ) der13 in die Lücke zwischen dem Glasfrit-Pasten-Abschnitt, der später die zweite Übertragungsstrecke (i2 ) darstellen wird, und dem links davon liegenden Glasfrit-Pasten-Abschnitt eine Glasfrit-Paste beispielsweise mittels Schablonendruck ein. Diese Glasfrit-Paste kann beispielsweise mit eingefärbten Glaspartikeln oder einem färbenden Salz durchsetzt sein. Dieses Zusatzmaterial ist so gewählt, dass später dieser Abschnitt keine Pumpstrahlung (LB ) der Pumpstrahlungsquelle (PLED ) mehr durchlässt, wohl aber Strahlung mit der Fluoreszenzwellenlänge (λfl ) der Fluoreszenzstrahlung (FL ) des Sensorelements (NVD ) durchlässt. Dieser neue Glasfrit-Pasten-Abschnitt wird später dann das optische Filter (F1 ) bilden. - Figur 15
- Die nicht gezeichnete Fertigungsvorrichtung bringt auf dem Systemträger (
GPCB ) der14 in die Lücke zwischen dem Glasfrit-Pasten-Abschnitt, der später die dritte Übertragungsstrecke (i3 ) darstellen wird, und dem rechts davon liegenden Glasfrit-Pasten-Abschnitt eine Glasfrit-Paste beispielsweise mittels Schablonendruck ein. Diese Glasfrit-Paste kann beispielsweise mit weiß eingefärbten Glaspartikeln oder mit Partikeln eines anderen Brechungsindexes durchsetzt sein. Dieses Zusatzmaterial führt dann in dem hier vorgeschlagenen beispielhaften Fall zu einer Streuung der Kompensationsstrahlung (CL ) und der Fluoreszenzstrahlung (FL ) an diesen Partikeln, so dass diese Strahlung dann durch die zweite beispielhafte optisch transparente Durchführung (OV2 ) später auf den hier noch nicht montierten Strahlungsempfänger (PD ) fallen kann. Dieser neue Glasfrit-Pasten-Abschnitt wird später einen optischen Streukörper (STR ) im Strahlengang bilden. - Figur 16
- Eine Wärmebehandlung des Systemträgers (
GPCB ) der15 schmilzt die Glasfrit-Pasten-Abschnitte auf und schmilzt diese um. Sie gehen nun bevorzugt mit dem Systemträger (GPCB ) eine feste mechanische Verbindung ein. - Figur 17
- Eine Drucktechnik bringt bevorzugt in Dickschichttechnik elektrische Leitungen (
LT ) auf dem Systemträger (GPCB ) der16 auf. - Figur 18
- Eine nicht gezeichnete Fertigungsvorrichtung bedruckt den Systemträger (
GPCB ) der17 mit Lotpaste. Eine nicht gezeichnete Bestückungsvorrichtung bestück den Systemträger (GPCB ) der17 mit elektronischen Bauteilen (IC ,CLED ,PD ,PLED ). Der Systemträger wird beispielsweise in einer nicht gezeichneten Lötvorrichtung, beispielsweise einem Reflow-Ofen, gelötet. Die Pumpstrahlungsquelle (PLED ), beispielsweise eine grüne LED, kann nun die beispielsweise grüne Pumpstrahlung (LB ) über die erste beispielhafte optisch transparente Durchführung (OV1 ) in die erste Übertragungsstrecke (i1 ) einspeisen, die nach dem Schmelzen nun als Lichtwellenleiter (LWL ) fungiert. Die Pumpstrahlung (LB ) trifft auf das Sensorelement (NVD ), das hier beispielhaft NV-Zentren umfasst. Das Sensorelement (NVD ) fungiert hier als kurzer Lichtwellenleiter (LWL ) mit aktiven Komponenten, den NV-Zentren. Das Sensorelement (NVD ) emittiert Fluoreszenzstrahlung (FL ) in die zweite Übertragungsstrecke (i2 ), in die auch Pumpstrahlung (LB ) gelangt und die ebenfalls als Lichtwellenleiter (LWL ) fungiert. Der optische Filter (F1 ) fungiert hier als wellenlängen-selektiver Lichtwellenleiter (LWL ). Der optische Filter (F1 ) lässt aufgrund seiner Einfärbung nur die Fluoreszenzstrahlung (FL ) passieren. Die Fluoreszenzstrahlung (FL ) gelangt nun in einen weiteren Lichtwellenleiter (LWL ). Auf der anderen Seite strahlt die Kompensationsstrahlungsquelle (CLED ) die Kompensationsstrahlung (CL ) über die dritte beispielhafte optisch transparente Durchführung (OV3 ) in die dritte Übertragungsstrecke (i3 ) ein. Über die dritte Übertragungsstrecke (i3 ) gelangt die Kompensationsstrahlung (CL ) in den Streukörper (STR ), der als Lichtwellenleiter (LWL ) mit einem stark streuenden Material fungiert. Der Streukörper (STR ) streut die Kompensationsstrahlung (CL ) über die zweite beispielhafte optisch transparente Durchführung (OV2 ) in Richtung des Strahlungsempfängers (PD ). Der Streukörper (STR ) streut die Fluoreszenzstrahlung (FL ) aus dem weiteren Lichtwellenleiter (LWL ) ebenfalls über die zweite beispielhafte optisch transparente Durchführung (OV2 ) in Richtung des Strahlungsempfängers (PD ), wo sich die Fluoreszenzstrahlung (FL ) und die Kompensationsstrahlung (CL ) überlagern. Der Strahlungsempfänger (PD ) empfängt die Gesamtstrahlungsintensität aus Intensität der einstrahlenden Fluoreszenzstrahlung (FL ) und einstrahlender Kompensationsstrahlung (CL ). Im Übrigen sei ab hier auf die Beschreibung der Regelkreise verwiesen. - Bezugszeichen- und Abkürzungsliste
- ADC
- Analog-zu-Digital-Wandler (ein Auswertemittel);
- BM
- Bias-Magnet;
- CLED
- Kompensationsstrahlungsquelle;
- CL
- Kompensationsstrahlung;
- DB
- Datenbus;
- DS
- digitalisiertes Signal;
- F1
- optischer Filter. Der optische Filter (
F1 ) ist bevorzugt für die Pumpstrahlung (LB ) in einer für die Funktion des Sensorsystems bzw. des Magnetometers ausreichenden Weise nicht transparent und für die Kompensationsstrahlung (CL ) und die Fluoreszenzstrahlung (FL ) des Sensorelements (NVD ) transparent. Der optische Filter (F1 ) verhindert somit, dass Pumpstrahlung (LB ) auf den Strahlungsempfänger (PD ) gelangt. Ggf. kann es sinnvoll sein, dass der optische Filter (F1 ) einen vorgegebenen Anteil der Pumpstrahlung (LB ) passieren lässt, um den Arbeitspunkt eines Regelkreises einzustellen. - FL
- Fluoreszenzstrahlung;
- G
- Signalgenerator;
- GH
- Gehäuse;
- GPCB
- Schaltungsträger. Diese Schrift bezeichnet den Schaltungsträger (
GPCB ) auch mit dem im Sinne dieser Schrift synonymen Begriff Systemträger (GPCB ). Bevorzugt handelt es sich bei dem Schaltungsträger (GPCB ) um ein für Strahlung mit der Pumpstrahlungswellenlänge (λpmp ) der Pumpstrahlung (LB ) und/oder für Strahlung mit der Fluoreszenzstrahlungswellenlänge (λfl ) Fluoreszenzstrahlung (FL ) und/oder für Strahlung mit der Kompensationsstrahlungswellenlänge (λks ) der Kompensationsstrahlung (CL ) und/oder eine andere Funktionsstrahlung in zumindest den betreffenden Bereichen, die für die Funktion des Sensormoduls / des Magnetometers / des quantenoptischen Systems / des Quantencomputers relevant sind, transparent; - 10
- Pumpstromquelle;
- I1
- Kompensationsstromquelle;
- i1
- erste Übertragungsstrecke;
- i2
- zweite Übertragungsstrecke;
- i3
- dritte Übertragungsstrecke;
- IC
- mikrointegrierte Schaltung. Die beispielhafte mikrointegrierte Schaltung (
IC ) umfasst vorzugsweise die Reglerschaltung mit den Filtern, Verstärkern, dem Analog-zu-Digital-Wandler (ADC ) und der Datenschnittstelle (IF ) sowie ggf. weiteren elektrischen Funktionsteilen; - Icomp
- Kompensationssendestrom;
- IF
- Datenschnittstelle (ein Auswertemittel). Die Datenschnittstelle (
IF ) umfasst typischerweise eine Rechnereinheit und eine Datenbusschnittstelle; - Ipump
- elektrischer Pumpstrom der Pumpstromquelle (
I0 ). Der elektrische Pumpstrom (Ipump ) der Pumpstromquelle (I0 ) betreibt die Pumpstrahlungsquelle (PLED ). Diese Schrift bezeichnet den elektrischen Pumpstrom (Ipump )der Pumpstromquelle (I0 ) auch als Sendesignal (S5 ). Ggf. kann der Pumpstrom (Ipump ) von dem Sendesignal (S5 ) in der Art abweichen, dass ein Signalgenerator (G ) das Sendesignal (S5 ) erzeugt und dass die Pumpstromquelle (I0 ) in Abhängigkeit von dem Sendesignal (S5 ) den Pumpstrom (Ipump ) moduliert. Bevorzugt ist die Abhängigkeit des von der Pumpstromquelle (I0 ) erzeugten Pumpstromes (Ipump ) von dem Wert des Sendesignals (S5 ) im typischen Arbeitspunkt im Wesentlichen eine lineare Abhängigkeit. Daher ist die vereinfachte Betrachtung der Verhältnisse im Regelkreis in Form dieser Gleichsetzung meistens zulässig; - λfl
- Fluoreszenzstrahlungswellenlänge (
λfl ) der Fluoreszenzstrahlung (FL ), die das paramagnetische Zentrum und/oder die paramagnetischen Zentren, also beispielsweise ein NV-Zentrum und/oder mehrere NV-Zentren und/oder eine Vielzahl von NV-Zentren in Form eines Clusters aus NV-Zentren, bei Bestrahlung mit Strahlung der Pumpstrahlungswellenlänge (λpmp ) der Pumpstrahlung (LB ) der Pumpstrahlungsquelle (PLED ) emittiert; - λks
- Kompensationsstrahlungswellenlänge (
λks ) der Kompensationsstrahlung (CL ) der Kompensationsstrahlungsquelle (CLED ); - λpmp
- Pumpstrahlungswellenlänge (
λpmp ) der Pumpstrahlung (LB ) der Pumpstrahlungsquelle (PLED ); - L
- Spule;
- LB
- Pumpstrahlung;
- LT
- elektrische Leitung in Dick- oder Dünnschichttechnik;
- LTG
- elektrischer Leiter (
LTG ), dessen elektrischer Strom zu messen ist. - LWL
- Lichtwellenleiter;
- M1
- erster Multiplizierer;
- M2
- zweiter Multiplizierer;
- ML
- Spiegelfläche (optisches Funktionselement);
- NVD
- Sensorelement. Eine Pumpstrahlung (
LB ) steuert das Sensorelement (NVD ) an. Das Sensorelement (NVD ) ändert seine optische Eigenschaft in Abhängigkeit von einer physikalischen Größe und in Abhängigkeit von der Ansteuerung durch die Pumpstrahlung (LB ). Bevorzugt handelt es sich um einen oder mehrere Kristalle von denen einer, bevorzugt aber mehrere ein bevorzugt jedoch eine Mehrzahl und noch mehr bevorzugt eine Vielzahl der Kristalle eine zumindest lokal sehr hohe Dichte dieser paramagnetischen Zentren aufweisen. Bevorzugt ist zumindest lokal die Dichte der paramagnetischen Zentren im Sensorelement dabei so hoch, dass ggf. deren Sekundärstrahlung und/oder deren Spin-Zustände die anderen paramagnetischen Zentren beeinflusst und sich so neue optische Eigenschaften ergeben. Bevorzugt handelt es sich bei einem oder mehreren der paramagnetischen Zentren um NV-Zentren in Diamant und/oder St1-Zentren in Diamant und/oder L2-Zentren in Diamant und/oder SiV-Zentren in Diamant. Bevorzugt handelt es sich um eine Vielzahl von Kristallen. Ganz besonders bevorzugt handelt es sich um eine Vielzahl von Mikro- und/oder Nanokristallen. Bevorzugt sind diese Kristalle und/oder Kristallite innerhalb des Sensorelements (NVD ) stochastisch ausgerichtet. - OV1
- erste beispielhafte optisch transparente Durchführung;
- OV2
- zweite beispielhafte optisch transparente Durchführung;
- OV3
- dritte beispielhafte optisch transparente Durchführung;
- PD
- Strahlungsempfänger;
- PLED
- Pumpstrahlungsquelle. Die Pumpstrahlungsquelle (
PLED ) emittiert bevorzugt die Pumpstrahlung (LB ) in Abhängigkeit der Intensität der Pumpstrahlung (LB ) von dem Sendesignal (S5 ). Die Pumpstrahlungsquelle (PLED ) ist bevorzugt eine Leuchtdiode oder ein Laser, insbesondere ein Halbleiter-Laser. Besonders bevorzugt umfasst die Pumpstrahlungsquelle (PLED ) ggf. auch optische Funktionselemente wie Spiegel und Linsen, die die Pumpstrahlung (LB ) auf einen Bereich des Sensorelements (NVD ) fokussieren und so für eine hohe Pumpstrahlungsleistungsdichte in dem mit der Pumpstrahlung (LB ) bestrahlten Bereich des Sensorelements (NVD ) sorgen. - S0
- Empfängerausgangssignal;
- S1
- Verstärkerausgangssignal;
- S3
- Multipliziererausgangssignal;
- S4
- demoduliertes Signal;
- S5
- Sendesignal;
- S6
- Kompensationsvorsignal;
- S7
- Kompensationssendesignal;
- SDM
- Synchrondemodulator;
- STR
- Streukörper;
- TP
- Tiefpassfilter;
- V1
- erster Verstärker. Der erste Verstärker (
V1 ) verstärkt das modulierte Empfängeraufgangssignal (S0 ) des Strahlungsempfängers (PD ) zu einem demodulierten verstärkten Empfängerausgangssignal (S0 ); - V2
- zweiter Verstärker. Der zweite Verstärker (
V2 ) verstärkt das demodulierte Signal (S4 ) zu einem Kompensationssendesignal (S7 ); - Liste der zitierten Schriften
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- A. M. Zaitsev, „Optical Properties of Diamond: A Data Handbook" Springer Berlin Heidelberg; Auflage: Softcover reprint of hardcover Ist ed. 2001 (19. Februar 2010),
- B. Burchard „Elektronische und optoelektronische Bauelemente und Bauelementstrukturen auf Diamantbasis", Hagen 1994,
- Heinz Haferkorn, „Physikalisch-technische Grundlagen und Anwendungen", 27 November 2002, 2003 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA,
- Bernhard C. Kress und Patrick Meyrueis „Applied Digital Optics: From Micro-optics to Nanophotonics: Micro-Optics, Optical MEMS and Nanophotonics" Wiley; Auflage: 1. (27. Oktober 2009),
- Bernhard Kress und Patrick Meyrueis „Digital Diffractive Optics" Wiley; (2000),
-
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Claims (4)
- optische Vorrichtung - mit einem optischen Funktionselement, - wobei das optische Funktionselement eine lineare Glas-Struktur umfasst und/oder - wobei das optische Funktionselement eine Glas-Struktur mit zumindest einem Quantenpunkt, insbesondere mit einen oder mehrere Kristalle mit einem oder mehreren paramagnetischen Zentren und/oder insbesondere mit einem oder mehreren Kristallen mit mindestens einer Vielzahl paramagnetischer Zentren und/oder insbesondere mit einem oder mehreren Diamantkristallen mit einem oder mehreren NV-Zentren und/oder insbesondere mit einem oder mehreren Diamantkristallen mit mindestens einer Vielzahl von NV-Zentren, aufweist oder ist und/oder - wobei das optische Funktionselement eine Folienstruktur mit zumindest einem Quantenpunkt, insbesondere mit einen oder mehrere Kristalle mit einem oder mehreren paramagnetischen Zentren und/oder insbesondere mit einem oder mehreren Kristallen mit mindestens einer Vielzahl paramagnetischer Zentren und/oder insbesondere mit einem oder mehreren Diamantkristallen mit einem oder mehreren NV-Zentren und/oder insbesondere mit einem oder mehreren Diamantkristallen mit mindestens einer Vielzahl von NV-Zentren, aufweist oder ist.
- optische Vorrichtung nach
Anspruch 1 - mit mindestens einem optisch aktiven elektronischen Bauelement, insbesondere mit einer LED oder einem Laser, - das mit dem optischen Funktionselement optisch gekoppelt ist. - optische Vorrichtung nach
Anspruch 1 und/oder 2 - mit mindestens einem optisch sensitiven elektronischen Bauelement, insbesondere mit einer Fotodiode und/oder einem oder mehreren CCD-Elementen und/oder einer SPAD und/oder einer AVD, und, - das mit dem optischen Funktionselement optisch gekoppelt ist. - optischen Vorrichtung nach einem oder mehreren der
Ansprüche 1 bis3 , - wobei die Vorrichtung zumindest ein elektrisches Funktionselement umfasst, das insbesondere ein Funktionselement aus der folgenden Liste sein kann: - eine Leitung, - eine Microstrip-Leitung, - eine Tri-Plate-Leitung, - eine Antenne, - eine Spule, - ein Transformator, - eine Elektrode, - eine Kontaktfläche, - ein Kondensator, - eine Diode, - ein Transistor, - eine mikrointegrierte Schaltung, - ein Regler, - ein Verstärker, - ein elektrischer Filter, - ein elektrischer Widerstand, - ein elektrisches Heizelement, - eine elektrische Sicherung, - ein Thermistor, - eine LED, - ein Laser, - ein Fotoempfänger, - ein Sensorelement mit einem elektrischen Ausgangssignal. - Direkt-Kontakt-Sensor.
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