WO2021151429A2 - Nv-zentrum basierendes mikrowellenfreies und galvanisch getrenntes magnetometer - Google Patents

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Jan Meijer
Arthur RÖNISCH
Robert STAACKE
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Elmos Semiconductor Se
Turck Duotec GmbH
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Definitions

  • the invention is directed to a scalar magnetometer and its device parts and essential applications.
  • the core of the scalar magnetometer is a quantum optical system.
  • the quantum optical system typically includes at least one quantum dot.
  • the quantum dot can in particular one or more paramagnetic centers in one or more crystals and / or in particular at least a plurality of paramagnetic centers in one or more crystals and / or in particular one or more NV centers in one or more diamond crystals and / or in particular at least a plurality of NV centers in one or more diamond crystals and / or in particular one or more SiV centers in one or more diamond crystals and / or in particular one or more G centers in one or more silicon crystals.
  • the quantum optical system comprises a circuit carrier (GPCB) made of an at least partially optically transparent material.
  • the quantum dot can interact with optical radiation.
  • the circuit carrier (GPCB) can interact with the quantum dot in such a way that the circuit carrier (GPCB) acts as an optical functional element for at least part of the optical radiation that can interact or has interacted with the quantum dot.
  • this radiation is the pump radiation (LB) and / or the fluorescence radiation (FL) and / or possibly the compensation radiation (CL), an interaction of the quantum dot with the compensation radiation (CL) actually not being desired.
  • a magnetometer in the sense of this document is a device for measuring the magnetic flux density B.
  • the term is therefore expressly not limited in this document to the measurement of the earth's magnetic field.
  • magnetometers can determine the direction, the strength and the relative change in the magnetic field at a specific spatial position. Measuring the magnetization of a magnetic material is an example of such an application. Carl Friedrich Gauss invented the first magnetometer that was able to measure the absolute magnetic field strength in 1833. Flall probes are often used to measure magnetic fields.
  • Magnetometers are used to measure the earth's magnetic field in order to detect and measure magnetic anomalies for exploring the interior of the earth. They are used in aircraft to determine the direction and position. A military application is the detection of submarines and other submerged floating bodies, as well as mine search. Therefore, magnetometer technologies are considered military technologies.
  • Magnetometers can be used for metal detection and metal classification if the magnetometers can detect and process not only static signals, but also dynamic signals. In this case, for example, the reaction of surrounding materials to a temporal jump in the magnetic flux density B can be recorded and spectrally analyzed.
  • German utility models DE 202020106 110 Ul and DE 202020 106 145 Ul are after the priority date 30.01.2020 of the document DE 102020102311.1.
  • Various magnetometers based on NV centers are known from the patent literature.
  • the documents WO 2016083 140 A1 and WO 2018 169997 A1 describe an AFM magnetometer that is suitable, for example, for examining microelectronic circuits.
  • the documents US 9541610 B2, US 9551763 B1 and US 10408889 B2 describe a magnetometer with a spatial sensitivity.
  • US 9823314 B2, US 9823314 B2, US 9829545 B2 and US 9910 104 B2 describe NV center-based magnetometers and their details. All of these magnetometers use microwaves for spin manipulation.
  • the core idea of the magnetometer presented here is the coupling of a large number of paramagnetic centers, here NV centers in diamond, in order to use these paramagnetic centers as a radiation source for microwave radiation through non-linear coupling effects.
  • This idea can be applied to quantum dots in a very general way.
  • Such quantum dots can comprise individual paramagnetic centers.
  • the quantum dots can also comprise a plurality of quantum dots.
  • a quantum dot preferably comprises a local multiplicity of paramagnetic centers which are so close to one another that they couple with one another.
  • this preferably means locally limited clusters, i.e. density increases in the density of paramagnetic centers.
  • the technical teaching of the document presented here selects a different construction and connection technology which enables some very efficient applications.
  • NV center Various paramagnetic centers are also known from the prior art, which appear to be suitable from today's point of view. In addition to the NV center, these are, for example, the SiV center in diamond and / or the STl center in diamond and / or the L2 center in diamond. When NV center is mentioned in this document, the term NV center in the description and use includes these centers in case of doubt, since their analogous application should be obvious to the person skilled in the art.
  • the core of the invention relates to a magnetometer with a sensor element (NVD), a circuit carrier (GPCB), a pump radiation source (PLED), a radiation receiver (PD) and with evaluation means (ADC, IF).
  • the pump radiation source (PLED) sends out pump radiation (LB) when it is electrically energized with an electrical pump current (I Pum ) through a pump current source (10).
  • the sensor element (NVD) comprises at least one paramagnetic center.
  • the sensor element (NVD) is preferably a diamond or a plurality of diamonds which have one or more NV centers or SiV centers or functionally equivalent centers as paramagnetic centers.
  • the paramagnetic center of the sensor element typically emits fluorescence radiation (FL) when irradiated with pump radiation (LB).
  • the pump wavelength of the pump radiation (LB) should be in the wavelength range from 500 to 700 nm.
  • Pump radiation (LB) with a pump wavelength of 532 nm for the excitation of NV centers in diamond is particularly preferred.
  • Lasers and / or LEDs preferably form the pump radiation source (PLED).
  • a transmission signal (S5) which is typically impressed on the pump current (I pump ), can technically very easily modulate the radiation output from lasers and / or LEDs (light-emitting diodes).
  • This transmission signal (S5) is then typically impressed on the radiant power output of the pump radiation source (PLED) and thus on the time profile of the intensity of the pump radiation (LB).
  • the fluorescence radiation (FL) of the paramagnetic center typically depends on the value of the magnetic flux density B or the value of other physical parameters at the location of the paramagnetic center.
  • Such other physical parameters can be, for example: the temperature q, the acceleration a, the speed v, the electric flux density D, the electric field strength E, the magnetic field strength H, the gravitational field strength g, the rotational speed co, the rotational acceleration a, the distance r the location of the paramagnetic center from the axis of rotation, etc.
  • a typical sensor element (NVD) proposed here as a whole preferably comprises a plurality of crystals, each of which preferably has one or more paramagnetic centers and / or one or more clusters of paramagnetic centers, hereinafter also circumscribed by “in each case at least a multiplicity of paramagnetic centers”.
  • the orientation of such crystals is preferably distributed stochastically. However, it is also possible to use oriented crystal platelets. Crystals of these crystals preferably have one or more paramagnetic centers. It is preferably a large number of crystals. Nevertheless, the sensor element (NVD) can also use nanocrystals. They are preferably not nanocrystals in order to avoid surface effects.
  • the crystals preferably have a size greater than 1pm, better greater than 2pm, better greater than 5pm, better greater than 10pm, better greater than 20pm, better greater than 50pm, better greater than 100pm, better greater than 200pm, better greater than 500 pm.
  • it is not CVD diamonds, which are often contaminated with hydrogen, but FIPT-synthesized diamonds.
  • Particle bombardment, in particular with electrons and / or protons, and subsequent heat treatment preferably produce the NV centers and possibly also the other functionally equivalent centers in the diamonds.
  • the inventors refer to the utility model DE 202020 106 110 Ul in this context.
  • the particle bombardment preferably shines through the crystals completely.
  • the crystals then show a characteristic luminescence spectrum of radiation damage. This luminescence spectrum, in particular the electro- or photoluminescence spectrum, is a distinguishing feature for the use of such diamonds.
  • the radiation receiver (PD) is preferably a photodiode or a functionally equivalent radiation receiver, which is preferably for the fluorescence radiation (FL) of the paramagnetic
  • the center is sensitive and converts the intensity of the fluorescence radiation (FL) into a receiver output signal (SO).
  • the evaluation means (ADC, IF) are preferably suitable and intended to record the value of the receiver output signal (SO) as a measured value and to store and / or pass it on.
  • These evaluation means (ADC, IF) can include, for example, amplifiers (VI, V 2), filters, regulators, analog-to-digital converters (ADC), signal processors with memories and programs, data interfaces (IF), data buses, etc.
  • the proposed device is preferably characterized in that in particular one or both of the following conditions are met.
  • the material of the circuit carrier is transparent for the pump radiation (LB) in the radiation path between the pump radiation source (PLED) and the sensor element (NVD). Furthermore, according to condition 1, the pump radiation (LB) of the pump radiation source (PLED) also preferably passes this radiation path, so that this property is also effective.
  • a circuit carrier thus enables a particularly compact design, which distinguishes the technical teaching presented here from the prior art.
  • the material of the circuit carrier is transparent for the fluorescence radiation (FL) in the radiation path between the sensor element (NVD) and the radiation receiver (PD). Furthermore, the fluorescence radiation (FL) of the paramagnetic center of the sensor element (NVD) passes this radiation path, so that this property is also effective.
  • a circuit carrier thus also enables a particularly compact design, which also distinguishes the technical teaching presented here from the prior art.
  • Both conditions 1 and 2 are preferably met together.
  • At least one or more or all of the components sensor element (NVD) and / or pump radiation source (PLED) and / or radiation receiver (PD) and / or evaluation means (ADC, IF) and / or possibly microintegrated circuits (IC) on the circuit carrier are preferred (GPCB) attached. This attachment can be done for example by gluing and / or soldering.
  • the production facility connects the contacts of the pump radiation source (PLED) and / or radiation receiver (PD) and / or the evaluation means (ADC, IF) and / or the possibly microintegrated circuits (IC) with an electrically conductive adhesive Conductor tracks applied to the circuit carrier (GPCB) electrically, mechanically and, if necessary, thermally.
  • the circuit carrier (GPCB) thus fulfills the function of a circuit board and an optical functional element at the same time through its use corresponding to an FR4 circuit board and through its simultaneous use as an optical functional element for a quantum optical system together with paramagnetic centers. This double use in a quantum technological system is new compared to the state of the art.
  • the circuit carrier preferably at least partially comprises glass or another one for radiation with the pump radiation wavelength ( ⁇ pmp) of the pump radiation (LB) and / or for radiation with the fluorescence radiation wavelength ( ⁇ fi ) of the fluorescence radiation (FL) transparent material.
  • This can also be acrylic glass or a similar material, for example. If the material is not heat-resistant, bonding with an electrically conductive adhesive can, if necessary, also establish the electrical connections, as described.
  • the circuit carrier (GPCB) comprises at least one electrical line and / or another electrical functional component such as a resistor and / or a capacitor and / or an inductance and / or a fuse and / or a contact using thick-film technology .
  • the manufacture of the formwork carrier (GPCB) preferably includes, for example, printing a glass body, which serves as a circuit carrier (GPCB), with a thick-film paste suitable for this glass body. If necessary, a full or partial surface preparation prepares the surface of the glass body of the circuit carrier (GPCB) on its surface at the corresponding points on the surface, for example by roughening by means of laser beams and / or etching and / or coating with an adhesive. Printing is preferably carried out using stencils or screen printing. After the thick-film paste has been burned in, the device can attach the circuit board (GPCB) like a circuit board (English: printed circuit board). Other application methods for the thick film paste are also possible.
  • circuit carrier can alternatively or additionally at least one or more electrical lines and / or one or more other electrical functional components such as resistors and / or capacitors and / or inductors and / or fuses and / or contacts and / or diodes and / or have transistors in thin film.
  • solderings and / or adhesives in particular electrical and / or thermally conductive adhesives, preferably at least one or more or all of the components sensor element (NVD) and / or pump radiation source (PLED) and / or Radiation receiver (PD) and / or evaluation means (ADC,
  • connections and / or fastenings are preferably electrically and / or thermally conductive.
  • these connections connect the components electrically and / or thermally to the relevant line and / or the corresponding contact.
  • the magnetometer preferably comprises an optical functional element that changes the beam guidance of at least part of the pump radiation (LB) and / or the fluorescence radiation (FL).
  • an optical functional element that changes the beam guidance of at least part of the pump radiation (LB) and / or the fluorescence radiation (FL).
  • suitable optical functional elements such as mirrors (ML) and lenses, for example, can increase the pump power density of the pump radiation (LB) at the locations of the paramagnetic centers (NV centers) used for the measurement, and because they thereby increase the coupling probability between the paramagnetic centers, which leads to increased sensitivity.
  • this optical functional element has a mirror surface (ML) and / or a lens and / or an optical or photonic grating and / or a diaphragm and / or a wave sump and / or a prism and / or a beam splitter and / or an optical waveguide.
  • ML mirror surface
  • the manufacturing device not shown in the figures applies, for example, an optical waveguide (LWL) using thick-film technology to the circuit carrier (GPCB). (More on this later.)
  • LWL optical waveguide
  • GPCB circuit carrier
  • the optical waveguide (LWL) preferably includes locally crystals with a paramagnetic center or several paramagnetic centers. In the case of an optical waveguide (LWL), microcrystals or nanocrystals are very particularly preferred.
  • the crystals with the paramagnetic centers are preferably micro- and nanocrystals and, in particular, particularly preferably diamond crystals with NV centers.
  • the mean size of the crystals to the pump radiation wavelength (l r ⁇ tir) of the pump radiation (LB) and / or the is preferred
  • the mean size of the crystals along a direction of the crystals preferably deviates by not more than 25%, better not more than 10%, even better not more than 5% from an integral multiple of half the pump radiation wavelength (l rpir) of the pump radiation (LB) and / or half the fluorescence radiation wavelength (l ⁇ ) of the fluorescence radiation (FL).
  • This assessment is preferably based on a random sample of 100 crystals that can be measured using a microscope. Diamond crystals with a very high density of NV centers, which can then couple with one another and thus result in a particularly high magnetic field sensitivity, are particularly advantageous.
  • the inventors refer to the utility model DE 202020 106 110 Ul in this context.
  • the optical waveguide (LWL) for the fluorescence radiation (FL) is a hollow waveguide preferably filled with vacuum or air or gas or another filling material.
  • the filler material should, if possible, show no fluorescence and, above all, no fluorescence radiation with the fluorescence wavelength (l ⁇ ) when irradiated with radiation with the pump radiation wavelength (l rpir ).
  • the jacket of this hollow waveguide can be made of a metal or a dielectric with a higher refractive index than the filling material of the hollow waveguide. Therefore, the jacket of the hollow waveguide throws the fluorescence radiation (FL) of the paramagnetic center or the paramagnetic centers of the sensor element (NVD) guided in it back into the interior, i.e.
  • the jacket of the hollow waveguide used as an optical waveguide (LWL) for the fluorescence radiation (FL) of the paramagnetic centers be made of a material that is optically transparent for radiation with the pump radiation wavelength (l rpir) manufacture.
  • the jacket of the hollow waveguide can transport the pump radiation (LB) to the sensor element (NVD), while the interior of the hollow waveguide transports the fluorescent radiation (FL) back to the receiver (PD), for example.
  • the device is then a quantum optical system, in particular a quantum sensor or a quantum computer, with at least one paramagnetic, but preferably with a plurality of paramagnetic centers, which may be coupled to one another, that is, in particular, entangled.
  • the quantum optical system has a hollow waveguide as an optical waveguide (LWL).
  • a pump radiation source (PLED) sends pump radiation (LB) to a paramagnetic center and / or to a plurality of paramagnetic centers.
  • the hollow waveguide transports the fluorescence radiation (FL) of the paramagnetic center and / or the paramagnetic centers to a radiation receiver (PD) in the cavity.
  • the pump radiation source (PLED) preferably sends the pump radiation (LB) to the paramagnetic center and / or to the plurality of paramagnetic centers via the jacket of the hollow waveguide, which is designed, for example, as a glass tube and here is a hollow optical waveguide.
  • the fluorescence radiation wavelength (l ⁇ ) of the fluorescence radiation (FL) of the NV centers is such that they appear red.
  • their compensation wavelength is selected in one possible variant so that it is, for example, in the infrared range.
  • their compensation radiation (CL) cannot excite the fluorescence of the NV center and thus cannot excite any fluorescence radiation (FL) of the NV center.
  • the pump radiation wavelength (l rpir) of the pump radiation (LB) is generally selected to be smaller than the fluorescence radiation wavelength (l ⁇ ) of the fluorescence radiation (FL), especially when NV centers are used as paramagnetic centers.
  • the pump radiation source (PLED) of the pump radiation (LB) is preferably a green, blue or ultraviolet LED in the case of NV centers in diamond as paramagnetic centers.
  • PLED pump radiation source
  • LB pump radiation
  • the pump radiation (LB) of the pump radiation source (PLED) should have a pump radiation wavelength (l rpir) in a wavelength range from 400 nm to 700 nm wavelength and / or better 450 nm to 650 nm and / or better 500 nm to 550 nm and / or better 515 nm to 540 nm.
  • the inventors recognized that, in contrast to the prior art, no microwave radiation is necessary so that the paramagnetic center excited in this way to a high level falls to an intermediate level. Rather, it is sufficient if the sensor element (NVD), that is to say for example the diamond crystal, has a sufficiently high density of paramagnetic centers, that is to say NV centers.
  • the inventors refer to the utility model DE 202020 106 110 Ul in this context.
  • An exemplary diamond crystal preferably has an NV center density of with an NV center density of more than 500 ppm and / or of more than 200 ppm and / or of more than 100 ppm and / or of more than 50 ppm and / or of more than 20 ppm and / or of more than 10ppm and / or of more than 5ppm and / or of more than 2ppm and / or of more than 1ppm and / or more than 0.1ppm and / or more than 0.01ppm based on the number of carbon atoms per Volume unit on. The higher this density, the better. Densities of> 200 ppm are very particularly preferred.
  • the sensor element (NVD) can also have lower concentrations such as, for example, of more than 0.01 ppm and / or of more than 10 3 ppm and / or of more than 10 4 ppm and / or of more than 10 5 ppm and / or of more use than 10 6 ppm.
  • the fluorescence signal of the intensity of the fluorescence radiation (FL) then weakens more and more, so that the attenuating fluorescence signal of the fluorescence radiation (FL) places ever higher demands on the electronic post-processing and worsens the signal-to-noise ratio.
  • the density of the paramagnetic centers does not need to reach the highest possible density everywhere in the sensor element (NVD), i.e. the exemplary diamond.
  • the inventors recognized that it is rather sufficient if the density of the paramagnetic centers locally exceeds this density.
  • the device therefore preferably uses more than 100, better still more than 1000, better more than 10 4 , better more than 10 5 , better than 10 6 , at least locally in an area of the sensor element (NVD) illuminated by the pump radiation (LB), better than 10 7 paramagnetic centers for the operation of the sensor system.
  • NBD sensor element
  • LB pump radiation
  • the inventors recognized that the high density of paramagnetic centers - when using diamond, a high density of NV centers - the need for device parts for production and Makes introduction of microwave radiation superfluous and thus saves. Nevertheless, the use of microwave antennas and transmitters is useful when the pump radiation (LB) is to additionally modulate the fluorescence radiation (FL) of the paramagnetic centers or when the device is to include diamonds with a lower density. Dispensing with microwave radiation makes such sensor systems as the one presented here only usable for use in biological and, in particular, medical applications. Otherwise the tissue is exposed to radiation, which massively restricts the use of sensors with microwave excitation of the excited paramagnetic centers to an intermediate level for such purposes. Dispensing with microwave radiation also avoids thermal problems.
  • the device therefore preferably detects and measures the intensity of the fluorescence radiation (FL) from the side of the sensor element (NVD) from which the pump radiation (LB) is incident by means of its corresponding device parts. That is, the pump radiation (LB) enters the sensor element (NVD) via a surface of the sensor element (NVD) and thus into the crystal with the paramagnetic center and the fluorescence radiation (FL) of the paramagnetic center preferably leaves the sensor element again via this preferably same surface (NVD).
  • This beam guidance typically doubles the signal-to-noise ratio compared to a transmission measurement in which the fluorescence radiation (FL) of the paramagnetic center leaves the sensor element (NVD) again via another surface of the sensor element (NVD).
  • the magnetometer comprises a pump radiation source (PLED) that emits pump radiation (LB), a sensor element (NVD) that generates the pump radiation (LB) from the pump radiation source (PLED) as a function of one of the aforementioned physical quantities - here the magnetic ones Flux density B - converted into an intensity of fluorescence radiation (FL), a compensation radiation source (CLED) and a first amplifier (VI).
  • the first amplifier (VI) amplifies the receiver output signal (SO) of the radiation receiver (PD) and provides it with an offset, which can also be 0 if necessary.
  • the first amplifier (VI) directly generates a compensation transmission signal (S7) as its amplifier output signal (otherwise S4).
  • the compensation radiation source (CLED) sends out compensation radiation (CL) as a function of the compensation transmission signal (S7).
  • the compensation radiation source (CLED) radiates this compensation radiation (CL) in the radiation receiver (PD).
  • the compensation radiation (CL) and the fluorescence radiation (FL) of the paramagnetic centers, in particular the NV centers, of the sensor element (NVD) are superimposed, adding and / or multiplying, in the radiation receiver (PD).
  • the radiation receiver (PD) generates a receiver output signal (SO) as a function of the value of this superposition, which then depends on the value of this superposition.
  • the gain of the first amplifier (VI) and its offset are set in such a way that the control loop is stable and the control loop regulates the value of the receiver output signal (SO) in the steady state to almost the same value, except for the control error of the P controller.
  • the circuit carrier (GPCB) preferably comprises glass or another material, preferably also transparent for radiation with the compensation radiation wavelength (KS) of the compensation radiation (CL).
  • KS compensation radiation wavelength
  • the circuit carrier (GPCB) galvanically separates the sensor element (NVD) from the pump radiation source (PLED) and the radiation receiver (PD) as well as the rest of the electronics.
  • the device can thus measure magnetic fields while the location of the sensor element (NVD) of the device is at a very high electrical potential relative to the electrical potential of the evaluation circuit (IC) of the device.
  • At least one or more or all of the further components of the first amplifier (VI) and / or compensation radiation source (CLED) are preferably attached to a line and / or to a contact by means of soldering and / or adhesive and / or electrically connected thereto .
  • the magnetometer preferably comprises an optical functional element which changes the beam guidance of at least part of the compensation radiation (CL).
  • this optical functional element can be a mirror surface (ML) or another of the functional elements mentioned in this document.
  • the pump current source (10) modulates the electrical pump current (I Pum ) of the pump radiation source (PLED) with a transmission signal (S5) with a modulation bandwidth typically different from 0 Hz.
  • the pump radiation (LB) is then also typically modulated in intensity with this modulation bandwidth of the transmission signal (S5).
  • the first amplifier (VI) of the magnetometer then preferably amplifies this also modulated receiver rise signal (SO) of the radiation receiver (PD) to a demodulated signal (S4).
  • the first amplifier (VI) is preferably a synchronous demodulator which uses the transmission signal (S5) or a signal derived from the transmission signal (S5) to demodulate the demodulated signal (S4) from the modulated receiver output signal (SO).
  • the magnetometer preferably comprises a second amplifier (V2) which the demodulated signal
  • the second amplifier (V2) is now preferably a modulator, which the transmission signal (S5) or a signal derived from the transmission signal (S5) for modulating the demodulated signal (S4) to the
  • Compensation transmission signal (S7) used with a second gain and a second offset.
  • the modulation of the compensation transmission signal (S7) by the second amplifier (V2) is typically complementary to the modulation of the transmission signal (S5) of the pump radiation (LB).
  • the modulation of the transmission signal provides a suitable choice of gain and sign in the control loop
  • control loop regulates the receiver output signal (SO) to an essentially constant signal as the receiver output signal (SO).
  • the magnetometer preferably comprises paramagnetic centers which comprise at least one NV center in diamond.
  • the sensor element (NVD) then preferably comprises diamond.
  • the density of the NV centers, at least locally in a region of the sensor element (NVD) irradiated with the pump radiation (LB), is preferably greater than 500 ppm and / or greater than 200 ppm and / or greater than 100 ppm and / or greater than 50 ppm and / or greater than 20ppm and / or greater than 10ppm and / or greater than 5ppm and / or greater than 2ppm and / or greater than 1ppm and / or greater than 0.1ppm and / or greater than 0.01ppm based on the number of carbon atoms per Volume unit. The higher this density, the better. Densities of> 200 ppm are very particularly preferred, as already described above.
  • the NV center density is preferably greater than 0.0001 ppm and / or better greater than 0.0002 ppm and / or better greater than 0.0005 ppm and / or better greater than 0.001 ppm and / or better greater than 0.002 ppm and / or better greater 0.005 ppm and / or better greater than 0.01 ppm and / or better greater than 0.02 ppm and / or better greater than 0.05 ppm and / or better greater than 0.1 ppm and / or better greater than 0.2 ppm and / or better greater than 0.5 ppm based on the number of carbon atoms per unit volume, a density of> 200 ppm being particularly preferred.
  • the sensor element comprises a plurality of crystals, in particular microcrystals and / or nanocrystals. It is preferably a large number of micro and / or Nanodiamonds. In this variant, preferably at least two, better still a plurality, of these crystals each comprise at least one paramagnetic center, as described above. These can then typically couple with one another.
  • the density of the paramagnetic centers should be so high that the paramagnetic centers of the sensor element (NVD) influence each other in such a way that, for example, the intensity of the fluorescence radiation (FL) with an increasing amount of the magnetic flux density B in at least a range of the amount of The magnetic flux density B decreases and / or that, for example, the intensity of the fluorescence radiation (FL) increases with an increasing amount of the magnetic flux density B in at least one region of the amount of the magnetic flux density B.
  • intensity means the amplitude of the transmitted energy of a radiation.
  • the magnetometer includes an optical filter (F1) that is transparent to radiation with the fluorescence radiation wavelength (I «) the fluorescence radiation (FL) and which is not transparent for radiation with the pump radiation wavelength (l r ⁇ T1r) of the pump radiation (LB).
  • F1 optical filter
  • a mirror or a functionally equivalent optical functional element can also represent this function.
  • One example is the use of a Fresnel lens.
  • the prerequisite is that there is no alternative optical path for pump radiation (LB) from the pump radiation source (PLED) to the radiation receiver (PD) that leads past the optical filter (F1). Apertures can ensure this if necessary.
  • the optical filter (F1) ensures that the pump radiation (LB) cannot reach the radiation receiver (PD) or can only reach it in a sufficiently damped manner and that the fluorescence radiation (FL) can reach the radiation receiver (PD) in a sufficiently undamped manner.
  • the magnetometer preferably comprises at least one functional element in order to increase the density of the intensity of the irradiation of at least part of the sensor element (NVD), in particular with pump radiation (LB).
  • This functional element can be, for example, a lise or a curved mirror that focuses the pump radiation (LB) on a region of the sensor element (NVD).
  • the circuit carrier preferably has a dielectric strength of more than 100V and / or better of more than 200V and / or better of more than 500V and / or better of more than 1kV and / or better of more than 2kV and / or better of more than 5kV and / or better of more than 10kV and / or better of more than 20kV and / or better of more than 50kV and / or better of more than 100kV and / or better of more than 200kV and / or better of more than 500kV and / or better of more than 1MV and / or better of more than 2MV and / or better of more than 5MV.
  • This dielectric strength relates to a voltage between the potential of a connection of the pump radiation source (PLED) on one side of the circuit substrate (GPCB) and another point on the surface of the other side of the circuit substrate (GPCB) and / or to a voltage between the potential a connection of the compensation radiation source (CLED) on one side of the circuit carrier (GPCB) and another point on the surface of the other side of the circuit carrier (GPCB) and / or to a voltage between the potential of a connection of the integrated circuit (IC) on the one side of the circuit substrate (GPCB) and another point on the surface of the other side of the
  • Circuit carrier and / or a voltage between the potential of a connection of the radiation receiver (PD) on one side of the circuit carrier (GPCB) and another point on the surface of the other side of the circuit carrier (GPCB).
  • the magnetometer comprises a special module that was created as a central part of the magnetometer in the course of the development of the invention. This module itself is also claimed. The reason is that the module can be used for other purposes.
  • the module typically comprises a sensor element (NVD) and a circuit carrier (GPCB).
  • the sensor element (NVD) comprises at least one paramagnetic center. It is again preferably an NV center in a diamond. As discussed below, multiple high density NV centers are particularly preferred.
  • the paramagnetic center of the sensor element (NVD) can emit fluorescence radiation (FL), which has a fluorescence radiation wavelength (l ⁇ ), when irradiated with pump radiation (LB) which has a pump radiation wavelength (l r ⁇ T1r ). Typically, this transmission depends on a physical quantity, which can be one of the quantities described above, for example.
  • the paramagnetic center can be an NV center in diamond.
  • the physical magnitude can be the magnitude of the magnetic flux density B.
  • the intensity of the fluorescence radiation (FL) then depends on the value of the magnetic flux density B at the location of the paramagnetic center and the sensor element (NVD) then has one NV center or several NV centers or a plurality of NV centers as well Diamond on.
  • This document understands a large number of paramagnetic centers, inter alia, to be a cluster, that is to say a local accumulation and / or increase in the density of paramagnetic centers.
  • these can be embedded in an optically transparent embedding material, for example in the circuit carrier (GPCB) itself.
  • the material of the circuit carrier can be, for example, glass or a functionally equivalent material, for example acrylic glass.
  • the embedding material is preferably a material that is as similar as possible to the material of the circuit carrier (GPCB).
  • the embedding material preferably has essentially the same refractive index as the material of the circuit carrier (GPCB).
  • the embedding material is preferably a glass powder that is mixed with crystals, in particular diamond crystals, which have the paramagnetic centers, for example the said NV centers.
  • the manufacturing process can do that Embedding material together with the crystals in the course of this processing process, for example before solidification, still in the state of a paste by injection molding or the like in a special shape.
  • the material of the circuit carrier (GPCB) is now preferably transparent for the pump radiation wavelength (l rp ⁇ r) of the pump radiation (LB) and / or the material of the circuit carrier (GPCB) is per se transparent.
  • Electrical lines are preferably attached to the circuit carrier (GPCB), which are preferably mechanically connected to it.
  • the circuit carrier (GPCB) thus preferably has one or more or a plurality of electrical lines.
  • the density of these centers should be very high, at least locally, at least in the area of the irradiation of the pump radiation (LB).
  • the density of the NV centers should therefore be greater than 500ppm and / or greater than 200ppm and / or greater than 100ppm and / or greater than 50ppm and / or greater than 20ppm and / or greater than 10ppm and / or greater than 5ppm and / or greater than 2ppm and / or greater than 1ppm and / or greater than 0.1ppm and / or greater than 0.01ppm based on the number of carbon atoms per unit volume in this local area.
  • the NV center density is preferably greater than 0.0001 ppm and / or better greater than 0.0002 ppm and / or better greater 0.0005 ppm and / or better greater than 0.001 ppm and / or better greater than 0.002 ppm and / or better greater than 0.005 ppm and / or better greater than 0.01 ppm and / or better greater than 0.02 ppm and / or better greater than 0.05 ppm and / or better greater than 0.1 lppm and / or better greater than 0.2 ppm and / or better greater than 0.5 ppm based on the number of carbon atoms per unit volume in this local area, a density of> 200 ppm in particular being preferred in the local area.
  • the sensor element (NVD) of the module should preferably comprise a plurality of crystals, in particular nanocrystals, wherein at least two of these crystals should each have at least one paramagnetic center.
  • the sensor element (NVD) should preferably comprise a plurality of paramagnetic centers.
  • the density of the paramagnetic centers within the meaning of claim 25 should be sufficiently high that the paramagnetic centers influence each other so that the intensity of the fluorescence radiation (FL) is in at least one value range of the amount of the magnetic flux density B with an increasing amount the magnetic flux density B decreases and / or that the intensity of the fluorescence radiation (FL) increases in at least one value range of the magnitude of the magnetic flux density B when the magnitude of the magnetic flux density B increases.
  • the circuit carrier preferably comprises optical functional elements. These can be lenses, diaphragms, grids, digital optical functional elements, diffractive optical functional elements, photonic crystals, mirrors, beam splitters, optical waveguides, wave couplers and the like. In particular, one or some of these optical functional elements can be produced using digital and / or diffractive optics. It is particularly advantageous if the production device produces these optical functional elements by thick-film printing of a glass frit. Regarding the possibilities of digital optics, please refer to the books by Bernard C.
  • the lines of the circuit carrier (GPCB) produced in a thick-film process are preferably electrically connected to at least some connections of one or more electronic and / or electrical components by soldering and / or electrically conductive adhesive bonding.
  • Electronic components that are attached to the circuit carrier (GPCB) in this way can be optoelectronic components, in particular lasers, LEDs and photodetectors, etc., which are preferably optically coupled to the circuit carrier (GPCB).
  • Such an optical coupling is also present in the sense of this document when optical functional elements of the circuit carrier (GPCB) or optical functional elements that are mechanically connected to the circuit carrier (GPCB) are coupled to these opto-electronic components.
  • the production device can be optical waveguides (LWL) manufactured using thick-film technology or others in this document act mentioned optical functional elements.
  • the production device preferably prints these optical functional elements on the circuit carrier (GPCB) using thick-film technology.
  • the application of suitable layers and structures is also possible using other methods, for example by gluing on these layers.
  • the layers are preferably pre-structured. If necessary, the production device can use a two-layer film, for example.
  • the manufacturing device not shown in the figures structures a first layer.
  • the second layer is, for example, unstructured and is only used for mechanical support. After the first layer has been applied to the circuit carrier blank, the manufacturing device removes the second layer. Only the first layer remains on the circuit carrier blank.
  • One or more electronic components are preferably an optoelectronic component that is optically coupled to one or more paramagnetic centers of the sensor element (NVD) via the circuit carrier (GPCB), for example in the manner described above.
  • This can mean that through this optical coupling the optoelectronic component can irradiate the paramagnetic center of the sensor element (NVD) and / or that the paramagnetic center of the sensor element (NVD) can irradiate the optoelectronic component.
  • this document can now outline an exemplary current sensor that comprises a magnetometer, as described above, and an electrical conductor (LTG).
  • a current sensor that comprises a magnetometer, as described above, and an electrical conductor (LTG).
  • LTG electrical conductor
  • the electrical conductor (LTG) should preferably be arranged in relation to the sensor element (NVD) in such a way that the additional magnetic flux density B generated by an electrical current flow in the electrical conductor (LTG) influence the intensity of the fluorescent radiation (FL) of the paramagnetic centers of the sensor element (NVD) can.
  • the electrical conductor In order to maximize the magnetic flux density B at the location of the paramagnetic center in the sensor element (NVD), the electrical conductor (LTG) should not be straight but at least at one point be bent.
  • a U-shape with the smallest possible inner radius R at the end of the U-shape is particularly preferred. This U-shape maximizes the magnetic flux density B. The use of further windings is of course possible.
  • the bend of the electrical conductor defines a plane, with the sensor element (NVD) and / or the paramagnetic center no more than 0.5mm and / or worse no more than 1mm and / or worse no more than 2mm and / or worse no more than 5mm and / or worse no more than 10mm from this plane.
  • a coil (L) is also conceivable.
  • the optimum point for placing the sensor element (NVD) with the paramagnetic centers is in the center of the coil (L).
  • the device preferably uses an optical waveguide (LWL) which has the sensor element (NVD) with the paramagnetic centers in its interior at one point, as part of the coil core of the coil (L) or as the coil core (FIG. 5).
  • the sensor element (NVD) can be in the immediate vicinity of the electrical conductor (LTG) and also in direct contact with the electrical conductor (LTG), since the device addresses and reads the sensor element (NVD) purely optically.
  • the bend of the electrical conductor (LTG) of the current sensor preferably defines a plane.
  • the sensor element (NVD) and / or the paramagnetic center is then preferably not more than 0.5 mm and / or not more than 1 mm and / or not more than 2 mm and / or not more than 5 mm and / or not more than 10 mm apart from mounted on this level.
  • the technical teaching of this document is based on the conductor axis, i.e. the center of the electrical conductor (LTG) and the center of the sensor element (NVD).
  • the sensor element uses NV centers in diamond as paramagnetic centers, these are characterized by a high speed.
  • This high speed makes it possible to detect rapidly modulated current fluctuations even with high electrical currents in the line.
  • This high speed thus enables signal transmission via floch voltage and high-current lines, which can use and implement corresponding signal transmission devices very elegantly, inexpensively and easily.
  • the current sensor preferably detects the time profile of the current value of the electrical current in the electrical conductor (LTG) as a current signal.
  • the current sensor then preferably has Means, in particular filters and amplifiers, in order to separate an information and / or data signal contained in the current signal from the current signal as an information signal.
  • the information signal of the current sensor which includes information about the determined current measured values, preferably controls one or more devices, such as heaters, energy supply devices, motors, valves, etc. Use for signal transmission, for example in control loops.
  • the current sensor can have a feature vector extraction unit, which extracts an information signal, the so-called feature vector, from the temporal course of the current measured values of the current sensor and converts it to a feature vector signal, i.e. a signal consisting of a temporal Sequence of feature vectors, converts and / or converts data derived from the information signal into such a feature vector signal.
  • a feature vector signal i.e. a signal consisting of a temporal Sequence of feature vectors, converts and / or converts data derived from the information signal into such a feature vector signal.
  • a sub-device of the current sensor that executes a neural network model and / or an HMM model and which with the help of this neural network model and / or this HMM model analyzes the feature vector signal and one or more signaling, in particular for a higher-level control unit generated.
  • feature vector the inventors refer to the state of the art: Wikipedia
  • the current sensor can also detect dynamic changes in current values independently of the measurement evaluation described. These dynamic changes in current values enable the changes in current values over time to be evaluated both with and without additional processing, for example in the form of Fourier transformation and / or wavelet transformation and / or filtering and / or other methods.
  • This evaluation is preferably carried out in a signal processor as part of the device.
  • a partial device of the current sensor detects the status of an electrical line (LTG), for example with the aid of a time sequence of current measured values from the current sensor in the form of a measured value data stream.
  • This partial device of the current sensor can, for example, generate a feature vector signal, for example as a temporal multidimensional sequence of values, by means of signal processing methods.
  • the signal processing methods can be, for example, Fourier transformation and / or FFT and / or wavelet transformation or similar transformations or filtering, etc.
  • the current sensor obtains the multidimensional sequence of values of the feature vector signal over time, preferably from the measured value data stream.
  • Appropriate devices such as signal processors, filters or transformation units preferably carry out such signal processing methods.
  • This feature vector extraction can, for example, be followed by a device that evaluates the feature vector signal.
  • this device can execute a neural network model or another method of artificial intelligence, such as HMM models, Petri-Netz, machine learning or deep learning.
  • HMM models e.g., a neural network model
  • Petri-Netz e.g., a neural network model
  • machine learning e.g., machine learning or deep learning.
  • the KI unit can, for example, recognize an impending fault condition of the current-carrying device before it actually occurs.
  • a so-called training program uses failure data and normal operating data, for example from laboratory tests, to determine the parameters for the parameterization of the network nodes and network connections of such a neural network model.
  • This document thus also discloses a current sensor with a subdevice, in which the subdevice executes a neural network model or an HMM model or the like (see above).
  • Energy supply device
  • energy supply device which has at least one magnetometer and / or a module and / or a current sensor as described above.
  • the energy supply device can, for example, comprise one of the following devices or can be one of the following devices or interact with one of the following devices:
  • thermoelectric converter • a thermoelectric converter
  • Such an energy supply device thus has at least one paramagnetic center.
  • the energy supply device comprises a current sensor, as described above, and that this provides an information signal with the detected current values or quantities derived therefrom, this information signal preferably controlling the energy supply device.
  • the current sensor can detect a phase current or a neutral point current of a three-phase network with a neutral point.
  • this document can thus specify a battery sensor by way of example, the battery sensor having at least one magnetometer and / or a module and / or a current sensor, as described above.
  • such a battery therefore preferably comprises one or more magnetometers and / or modules and / or current sensors which, for example, detect the value of the current and / or the current density within the battery and / or at the battery terminals.
  • This document can provide an exemplary performance monitoring device on the basis of the devices described above.
  • This power monitoring device can have the function of a residual current circuit breaker.
  • a power monitoring device can determine whether the entire electrical current, for example a battery, is in a line with, for example, 1kV voltage of the line with respect to the body fed in, also arrives at the motor at the end of the line. If, for example, there is a leakage current in the direction of the body, the power monitoring device can detect the current difference between the current value of the current fed in and the current value of the current drawn and, if the amount of this current difference exceeds a limit value, it can perform an emergency shutdown, e.g. by pressing an opening switch, to prevent fires.
  • an emergency shutdown e.g. by pressing an opening switch
  • This power monitoring device preferably comprises an electrical conductor (LTG) and at least one first current sensor and at least one second current sensor, as described above. Furthermore, the performance monitoring device comprises a measured value evaluation device.
  • the electrical conductor (LTG) has a first conductor position along the electrical conductor (LTG) and the electrical conductor (LTG) has a second conductor position along the electrical conductor (LTG) that is different from the first conductor position and along the intended current flow in the electrical conductor (LTG) is spaced apart.
  • the first current sensor now determines a first current value of the electrical current in the electrical conductor (LTG) at the first conductor position in the form of a first measured value.
  • the second current sensor accordingly preferably simultaneously determines a second current value of the electrical current in the electrical conductor (LTG) at the second conductor position in the form of a second measured value.
  • the measured value evaluation device compares the first measured value with the second measured value and thus forms a comparison value.
  • the comparison value can be the difference between the first measured value minus the second measured value.
  • the measured value evaluation device forms this comparison value and / or provides it and / or transmits it to a higher-level device, for example to a higher-level central control computer in a control room.
  • the measured value evaluation device preferably interrupts or reduces the current flow in the electrical conductor (LTG) or reduces the voltage potential of the electrical conductor (LTG) compared to a reference potential.
  • the formation of the comparison value can also take place, for example, by dividing the first measured value by the second measured value or inversely.
  • the measured value evaluation device preferably has means, in particular a switch, for interrupting or reducing the current flow in the electrical conductor (LTG) or reducing the voltage potential of the electrical conductor (LTG) with respect to a reference potential in Dependence on the comparison value. If current is lost along the electrical conductor (LTG), the power monitoring device can conclude that there is a shunt to another line that feeds or removes part of the electrical current at the second measuring point. If the magnitude of the comparison value exceeds a predetermined threshold value, the power monitoring device can trigger this shutdown, for example by means of the said opening switch. Electrical loads can be inserted into the line between the first conductor position, which corresponds to the first measuring point, and the second conductor position, which corresponds to the second measuring point.
  • This document therefore also proposes a performance monitoring device in which the measured value evaluation device interrupts the current flow in the electrical conductor (LTG) or causes such an interruption of the current flow in the electrical conductor (LTG) by other measures, such as switching off the energy generation or the like, or one Reduction of the current flow in the electrical conductor (LTG) or a reduction of the voltage between the potential of the electrical line (LTG) and a reference potential if the first measured value of the second measured value by more than 10 10 of the first measured value and / or by more than 10 9 of the first measured value and / or by more than 10 8 of the first measured value and / or by more than 10 7 of the first measured value and / or by more than 10 6 of the first measured value and / or by more than 10 5 of the first measured value and / or deviates by more than 10 4 from the first measured value and / or by more than 10 3 from the first measured value.
  • the measured value evaluation device interrupts the current flow in the electrical conductor (LTG) or causes such an interruption
  • This document also proposes a performance monitoring device in which the measured value evaluation device interrupts the current flow in the electrical conductor (LTG) or causes such an interruption of the current flow in the electrical conductor (LTG) or causes a reduction in the current flow in the electrical conductor (LTG) or causes a reduction in the voltage between the potential of the electrical conductor (LTG) and a reference potential if the first measured value from the second measured value by more than 100 mA from the first measured value and / or by more than 50 mA from the first measured value and / or by more than 20 mA from first measured value and / or by more than 10mA from the first measured value and / or by more than 5mA from the first measured value and / or by more than 2 mA from the first measured value and / or by more than 1 mA from the first measured value and / or by more than 0.5 mA from the first measured value and / or by more than 0.2 mA from the first measured value and / or deviates by more than 0.1
  • the power monitoring device can detect dynamic changes in current values.
  • the power monitoring device can enable the detected changes in current values over time to be evaluated both with and without additional processing, for example in the form of Fourier transformation or other methods.
  • a power monitoring device can detect the status of the line with the aid of a time sequence of first measured values and second measured values in the form of a measured value data stream.
  • the performance monitoring device can use signal processing methods to generate a feature vector signal from the measured value data stream, for example.
  • the signal processing methods can be, for example, a Fourier transformation and / or an FFT and / or a wavelet transformation or similar transformations or filtering, etc.
  • the feature vector signal can be obtained, for example, as a multidimensional sequence of values over time.
  • Corresponding devices such as signal processors, filters or transformation units carry them
  • This document thus also discloses a performance monitoring device with a sub-device, in which the sub-device executes a neural network model or an HMM model or the like (see above).
  • Such a quantum optical system comprises at least one, preferably a plurality of optical quantum dots. These quantum dots are very particularly preferably the said paramagnetic centers and / or in particular NV centers in diamond and / or other optically active impurities in one or a plurality of crystals.
  • the quantum optical system proposed here preferably comprises one or more circuit carriers (GPCB). This is preferably completely or partially transparent to the radiation used in each case.
  • the circuit carrier (GPCB) is preferably made at least partially from an optically transparent material.
  • the quantum dot can preferably interact with optical radiation.
  • a quantum dot can interact in dimensions with the pump radiation (LB) and fluoresce with a fluorescent radiation (FL).
  • the document presented here now suggests that the circuit carrier (GPCB) interacts with the quantum dot in such a way that the circuit carrier (GPCB) acts as an optical functional element, e.g. as an optical waveguide, for at least part of the optical radiation that interacts with the quantum dot can interact or has interacted.
  • Circuit carrier acts as an optical functional element, e.g. as an optical waveguide, for at least part of the optical radiation that interacts with the quantum dot can interact or has interacted.
  • the circuit carrier is a central component of the various devices proposed.
  • the circuit carrier (GPCB) proposed here is intended to be used in a magnetometer, a module, a current sensor, an energy supply device, a battery sensor, a power monitoring device, a quantum optical system, as described above.
  • Optical functional elements such as in particular optical filters, in particular Bragg filters, mirrors, lenses, in particular microlenses, digital optical functional elements, diffractive optical functional elements, photonic crystals and photonic crystal structures, resonators, optical diaphragms and / or optical shields are preferred in the circuit carrier (GPCB) and / or non-linear optical elements incorporated.
  • This can be done, for example, by etching and / or mechanical processing and / or 3D printing and / or printing, in particular screen printing or stencil printing, and / or melting down circuit board parts with other optical properties, such as different refractive indices and different absorption and transmission coefficients and different scattering properties the rest of the circuit substrate. Irradiation with particles and photon rays can also bring about a local modification of the circuit carrier material.
  • vehicle denotes a vehicle and / or aircraft and / or missile and / or projectile and / or surface or underwater vehicle and / or surface or underwater float and / or functionally equivalent devices for moving animate and inanimate objects.
  • vehicle in which the vehicle has at least one magnetometer and / or at least one module and / or a current sensor and / or a battery sensor and / or a power monitoring device and / or a power supply device and / or or a quantum optical system and / or a circuit carrier (GPCB).
  • GPSB quantum optical system and / or a circuit carrier
  • the battery current of an electric car can be recorded and monitored in such a vehicle in order to identify fault conditions.
  • the advantage here is that, in addition to galvanic and thermal separation, the line does not have to have a shunt resistor.
  • a state of the vehicle preferably depends on a measured value that is determined by one of the devices described here. Such a state can relate, for example, to the charging and discharging process of the vehicle battery and / or the state of the air conditioning system and / or the maximum speed and / or the selected route (energy-saving / not energy-saving), etc.
  • the document presented here is intended to provide an exemplary method for producing a circuit carrier (GPCB) as proposed in this document.
  • the possibilities for its production are not limited to this.
  • the method presented here by way of example begins, for example, with the provision of a circuit carrier blank.
  • the method is based on the structured application and / or printing of a paste on said circuit carrier blank which comprises an optically suitable powder, for example a glass powder, and melts when heated and for example on a glass substrate as a circuit carrier blank (GPCB) then forms optical waveguides and other optical functional elements depending on the printed shapes.
  • the melting of the optically suitable powder thus leads, at least locally, to a material that is sufficiently transparent for radiation of the wavelength of interest for the intended use.
  • an optically suitable powder is a powder if, after heating, it is suitable for the relevant radiation, in particular for radiation with the pump radiation wavelength (l rp ⁇ r) of the pump radiation (LB) and / or for radiation with the fluorescence wavelength (l ⁇ ) the fluorescence radiation (FL) and / or for radiation with the compensation radiation wavelength (li « ) of the compensation radiation (CL) is optically transparent to an extent sufficient for the application.
  • This specification refers to such an optically suitable powder, which is present, for example, in a paste and preferably with a volatile paste carrier, as glass frit.
  • An optically suitable powder can be glass powder, for example.
  • the paste carrier for example water
  • the powder material for example glass powder
  • the powder material for example glass powder
  • the powder material for example glass powder
  • Robots and dispensers can carry out such a print or such an order.
  • the circuit carrier (GPCB) does not need to be planar. It can also take any three-dimensional shape. For example, it is possible to successively print the circuit carrier (GPCB) with all optical functional elements, for example by means of an extruder, in a 3D printing process.
  • Such an exemplary method for producing an optical waveguide thus comprises, for example, the steps:
  • the glass structure of the circuit carrier as an optical functional element, in particular as a lens and / or filter and / or diaphragm and / or mirror and / or photonic crystal and / or Bragg filter and / or Fabry-Perot interferometer.
  • the production of the circuit carrier uses at least two, better still more, glass frit pastes.
  • the first glass frit paste is used to manufacture the optical waveguides (LWL).
  • the second glass frit paste also includes crystals with paramagnetic centers. This makes it possible to create fiber optics that are interrupted by a fiber optic area that includes these paramagnetic centers, e.g. as a sensor element (NVD).
  • NBD sensor element
  • These crystals with paramagnetic centers are preferably diamond crystals with NV centers and / or diamond crystals with STI centers and / or diamond crystals with L2 centers and / or silicon crystals with SiV centers and / or other paramagnetic centers in diamond crystals and / or silicon crystals and / or silicon carbide crystals or other crystals.
  • the crystals are preferably micro- or nanocrystals.
  • Another embodiment of the method for producing a circuit carrier preferably comprises forming the layers by means of an adhesive process.
  • This embodiment preferably uses a first layer for realizing the optical waveguides (LWL) and a second layer as a second layer for realizing the sensor elements (NVD).
  • LWL optical waveguides
  • NBD sensor elements
  • the manufacturing process can combine these film-based lamination and adhesive techniques with the other application techniques.
  • the method also proposed is a method for producing a circuit carrier (GPCB).
  • the process begins with the provision of a circuit carrier blank (GPCB).
  • a circuit carrier blank (GPCB)
  • This is typically followed by applying an optically transparent film to the circuit carrier blank (GPCB) by lamination or gluing or by means of another suitable application method.
  • the method comprises structuring the optically transparent film.
  • This structuring can take place by means of mechanical processes such as punching or cutting or by means of optical processes such as laser cutting or ion or electron beam cutting or the like or by means of photolithographic methods or other methods that are functionally equivalent to these.
  • the structuring can take place before or after the application.
  • the structuring can then result in film structures on the circuit carrier.
  • the film preferably has a thickness which is greater than the longest wavelength of the light that is used in the subsequent sensor system.
  • the analogous thickness principle is of course preferred for all fiber optic cables (LWL) this font.
  • the proposed devices can then use the film structures produced in this way as optical functional elements.
  • optical functional element preferably relates to using the film structure as a lens and / or filter and / or diaphragm and / or mirror and / or photonic crystal and / or digital optical functional element and / or diffractive optical functional element and / or Bragg filter and / or Fabry-Perot interferometer and / or optical resonator and / or optical wave coupler.
  • the optical functional elements can be divided into light-guiding functional elements, dispersing functional elements, filtering functional elements, polarizing functional elements, deflecting functional elements, as well as aperture- and luminous flux-changing functional elements and energy-converting functional elements and non-linear functional elements.
  • wave-optical functional elements such as, for example, holographic functional elements come into consideration.
  • the inventors refer here to the relevant literature on photonics and optics and in particular micro-optics. In order to realize this, please refer to the book by Heinz Haferkorn, "Physikalisch-Technischen Basics and Applications", November 27, 2002, 2003 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. Further optical functional elements than those specifically listed above are therefore conceivable.
  • the manufacturing device typically applies a further film to the circuit carrier blank (GPCB) by lamination or gluing or by means of another suitable application method, so that a film stack results.
  • GPCB circuit carrier blank
  • one or more physical and / or chemical properties of individual films differ from one another.
  • a film that the manufacturing device can use in the manufacturing process for producing the circuit carrier (GPCB) can have ferromagnetic particles in its film material, which in extreme cases can mean that the entire film can be ferromagnetic.
  • the manufacturing device can thus manufacture a bias magnet (BM) as part of the device, for example, from such a film.
  • An optically transparent film that the manufacturing device can use in the manufacturing process for producing the circuit carrier (GPCB) can, for example, have colored particles in its film material, which in extreme cases can mean that the entire film is colored and therefore typically the complementary color of white light filters away. From such a The manufacturing device can therefore manufacture, for example, optical filters (F1) as part of the device.
  • such a film which the manufacturing device can use in the manufacturing process to position the circuit carrier (GPCB), can have particles in its film material that emit the pump radiation (LB) and / or the fluorescence radiation (FL) and / or the compensation radiation (CL). absorb.
  • This film can be transparent for radiation with the pump radiation wavelength (l r ⁇ T1r) of the pump radiation (LB), if this is not absorbed, and / or for radiation with the fluorescence radiation wavelength (l ⁇ ) of the fluorescence radiation (FL), if this is not is absorbed, be transparent and / or for radiation with the compensation radiation wavelength (li ⁇ 5 ) of the compensation radiation (CL), if this is not absorbed, be transparent.
  • a fifth film that the manufacturing device can use in the manufacturing process to manufacture the circuit carrier (GPCB) can have a first refractive index and another film that the manufacturing device can also use in the manufacturing process to manufacture the circuit carrier (GPCB) can have a second Have refractive index, wherein the first refractive index can be different from the second refractive index.
  • a foil that the production device can use in the production process for the production of the circuit carrier (GPCB) can have crystals with paramagnetic centers in its foil material.
  • the crystals with paramagnetic centers are preferably diamond crystals with NV centers and / or diamond crystals with STl centers and / or diamond crystals with L2 centers and / or silicon crystals with SiV centers and / or other paramagnetic centers in diamond crystals and / or in silicon crystals and / or in silicon carbide crystals or in other crystals.
  • this document can also specify an optical device here which comprises an optical functional element, in particular on the said circuit carrier (GPCB), which a manufacturing device has manufactured using a method described above in a manufacturing process.
  • This optical device can also comprise further electrical and electronic and optical and fluidic components.
  • the other functional elements that can be part of the optical device can, for example, be components from the following list:
  • a direct contact sensor element is a sensor element (NVD) that is provided and suitable for being in direct mechanical contact with other surfaces of other bodies that move relative to the mechanical contact surface of the sensor element (NVD)
  • NBD sensor element
  • the drill pipe with the drilling fluid can typically lead a gas / sand / water / oil mixture directly past such a sensor element (NVD). The movements of this mixture typically cause high abrasion on the surface of the sensor element.
  • a method for measuring the magnetic flux density B within a borehole can be developed. For example, it includes the steps
  • the measuring system preferably comprises a direct contact sensor element.
  • a direct contact sensor element For example, it is conceivable as an application to provide the drill head of a drill of a hammer drill with NV centers and to detect the magnetic field strength at the drill tip in order to avoid drilling into current-carrying electrical lines. If the value of the magnetic flux density detected by the NV center exceeds a predetermined threshold value, the drill switches off.
  • Sensor system it is conceivable as an application to provide the drill head of a drill of a hammer drill with NV centers and to detect the magnetic field strength at the drill tip in order to avoid drilling into current-carrying electrical lines. If the value of the magnetic flux density detected by the NV center exceeds a predetermined threshold value, the drill switches off.
  • a sensor system that comprises a sensor element (NVD) that changes an optical property as a function of a physical variable - for example the flux density B or one of the physical variables mentioned above, and an optical device as described above includes.
  • the sensor element (NVD) is preferably optically coupled to the optical device.
  • the optical device captures the optical property of the sensor element (NVD) optically and converts the optically captured value of this optical property of the sensor element (NVD) into an electrical signal that includes a signal value that uses the optically sensitive electronic component (PD) can or is used as a measure of a value of the physical quantity or which is intended to be used as such a value.
  • the optical coupling can achieve a potential separation and a thermal separation between the sensor element (NVD) and the electronics.
  • the technical teaching described here simplifies the placement of the sensor element (NVD) in areas with extreme environmental conditions such as field strengths, temperatures, electrical potentials, chemically corrosive ambient substances, etc.
  • the physical variable can be the value of the magnetic flux density B, for example.
  • the paramagnetic center in a crystal in particular an NV center in a diamond crystal and / or in particular a SiV center in a diamond crystal and / or a G center in a silicon crystal, can therefore also be considered as the sensor element (NVD).
  • NVD sensor element
  • the quantum technological device preferably comprises an optical device, as described above.
  • An optical functional element of the device is preferably a paramagnetic center in a crystal, in particular an NV center in a diamond crystal with one or more SiV centers in a diamond crystal and / or a G center in a silicon crystal.
  • This quantum computer has an optical device as described above.
  • An optical functional element of the device is a paramagnetic center in a crystal, in particular an NV center in a diamond crystal and / or a SiV center in a diamond crystal and / or a G center in a silicon crystal.
  • German patent DE 102020101784 B3 the technical teaching of which is a full part of this application.
  • the technical teaching of the priority document DE 102019 133466.7 of DE 102020101784 B3 is also a full part of this application. This applies insofar as this corresponds to the national law of the states in which the nationalization of the application presented here takes place.
  • Such a quantum computer preferably comprises several microintegrated circuits (IC) for generating the radio frequency signals, the microwave signals, the DC voltages and control currents and the control of the pump radiation source (PLED) for resetting the quantum bits.
  • IC microintegrated circuits
  • All of these components of the quantum computer including the said microintegrated circuits (IC) are preferably accommodated on the circuit carrier (GPCB), which can therefore be designed to be particularly compact.
  • GPCB circuit carrier
  • the device uses NV centers in diamond as paramagnetic centers, the construction and / or use of the device can take advantage of the diamond's resistance to ionizing radiation.
  • This document therefore also claims the use of a magnetometer and / or a module and / or a current sensor and / or an energy supply device and / or a battery sensor and / or a power monitoring device and / or a quantum optical system and / or a circuit carrier (GPCB) and / or a vehicle and / or an optical device and / or a sensor system and / or a quantum technological device and / or a quantum computer, as this document describes it above, in an environment with ionizing particle and / or photon radiation that typically is technically caused.
  • GPSB circuit carrier
  • the radiation level in air is typically more than 21,000% above the normal radiation level ( ⁇ 20 Bq / m 3 ).
  • a device for the technical or medical use of ionizing radiation for example an X-ray device that uses one or more of the devices and / or methods described above.
  • Such a device then typically has, for example, a magnetometer and / or a module and / or a current sensor and / or an energy supply device and / or a battery sensor and / or a power monitoring device and / or a quantum optical system and / or a circuit carrier and / or an optical one Device and / or a sensor system and / or a quantum technological device and / or a quantum computer, as this document describes them above.
  • a direct contact sensor element in the sense of this document is a sensor element (NVD) which is provided and suitable for having one of its surfaces in direct mechanical contact with a surface moving with respect to this surface another body, wherein a surface of the sensor element (NVD) is intended to be in contact with the relevant surface of another body that is moving.
  • NBD sensor element
  • This can also involve gases and liquids, that is to say fluids.
  • the inventors assumed, for the sake of simplicity, that a movement takes place in the fluid at a small distance from the sensor surface. This is important, for example, for measurements in boreholes, where the drill pipe guides the drilling fluid in the form of a gas / sand / water / oil mixture directly past such a sensor element (NVD).
  • a direct contact system is therefore a sensor system with at least one direct contact sensor element as the sensor element (NVD).
  • a claimed direct contact sensor system within the meaning of this document therefore includes, for example, a magnetometer and / or a module and / or a current sensor and / or a quantum optical system and / or a circuit carrier (GPCB) and / or an optical device and / or a Sensor system and / or a quantum technological device, as this document describes them above above.
  • the direct contact sensor system comprises a sensor element (NVD), here the direct contact sensor element, which is preferably made from a material, in particular diamond and which has a material surface.
  • the sensor element (NVD) comprises a paramagnetic center and / or a quantum dot.
  • a material surface of the sensor element is now mechanically directly accessible via at least part of an outer surface of the sensor element (NVD).
  • the housing of the device preferably has a corresponding mechanical window which, for example, leaves out this surface.
  • the mechanical Vickers hardness of this directly accessible material surface of the sensor element should be above the limit for super-hard materials (> 40GPa).
  • a magnetometer and / or a module and / or a current sensor and / or a power supply device and / or a battery sensor and / or a power monitoring device and / or a quantum optical system and / or a circuit carrier (GPCB) and / or an optical device and / or a sensor system and / or a quantum technological device and / or a quantum computer can use such a sensor element (NVD).
  • NID sensor element
  • the density modulation of the paramagnetic centers for example the NV centers, thus preferably shows at least one spatially periodic component that generally corresponds to a lattice constant.
  • the quantum system preferably comprises a sensor element (NVD) with at least one paramagnetic center, in particular with one or more NV centers in diamond.
  • a control circuit (IC) preferably generates the transmission signal (S5).
  • the paramagnetic center or centers emit fluorescence radiation (FL) as a function of a physical variable, in particular as a function of the magnitude of the magnetic flux density B at the location of the respective paramagnetic center, and as a function of the irradiated pump radiation (LB).
  • the transmission signal (S5) is preferably periodic in time with a pumping period.
  • the magnitude of the transmission signal (S5) preferably has a mean value over at least 5 pumping periods. In a first period of time, the amount of the transmission signal (S5) is above this mean value during these at least 5 pumping periods. In a second period of time, however, the amount of the transmission signal (S5) is preferably below this mean value during these at least 5 pumping periods.
  • the transmission signal (S5) of the pump radiation source (PLED) preferably has a configuration such that the pump pulse is very short and therefore very high in order to facilitate the coupling of the paramagnetic centers in the sensor element (NVD), for example the coupling of the NV Centers in the diamond, thereby maximizing the contrast between the level of fluorescent radiation (FL) without a magnetic field and the level of fluorescent radiation (FL) with a magnetic field.
  • the device preferably generates the ratio of the first amount of the first temporal length of the first time period divided by the second amount of the second temporal length of the second time period in such a way that it deviates significantly from 0.5.
  • Such a quantum system preferably comprises a signal generator (G), a pump radiation source (PLED), a sensor element (NVD) with at least one or a plurality of paramagnetic centers, in particular NV centers in diamond and a radiation receiver (PD).
  • the signal generator (G) generates the transmission signal (S5).
  • the transmission signal (S5) is preferably a spreading code signal.
  • the transmission signal (S5) is preferably band-limited in a transmission frequency band with a lower transmission frequency and an upper transmission frequency, the magnitude of the lower transmission frequency preferably being different from the magnitude of the upper transmission frequency.
  • the transmission signal (S5) can be modulated with a spreading code.
  • the spreading code is preferably a random signal or a band-limited pseudo-random signal.
  • clocked, feedback shift registers can generate such a band-limited pseudo-random signal.
  • the pump radiation source (PLED) then emits pump radiation (LB) as a function of the transmission signal (S5) and thus of the spreading code.
  • the pump radiation (LB) then irradiates the sensor element (NVD), the sensor element (NVD) emitting fluorescence radiation (FL) as a function of the pump radiation (LB) and as a function of a further physical variable, in particular as a function of the magnetic flux density B.
  • the fluorescent radiation (FL) then radiates into the radiation receiver (PD), the radiation receiver (PD) converting the signal of the intensity of the fluorescent radiation (FL) into a receiver output signal (SO).
  • a synchronous demodulator demodulates the receiver output signal (SO) with the aid of the transmission signal (S5) to form a demodulated signal (S4).
  • This demodulated signal (S4) can then be used as a measurement signal. Its value corresponds to a value for the intensity of the fluorescence radiation (FL) and thus for the value of the physical quantity.
  • the inventors realized that the speed of the devices enables them to be used as receivers for electromagnetic waves.
  • a receiver is then preferably provided with a magnetometer and / or with a module and / or with a current sensor and / or with a quantum optical system and / or with an optical device and / or with a sensor system and / or with a quantum technological device, as this writing describes it above.
  • the measurement signal is then preferably the received signal.
  • the inventors recognized that the devices described here can be used in boreholes for geological investigations. This then involves a method for measuring the magnetic flux density B within a borehole or a geological search field with the following steps
  • a magnetometer and / or a module and / or a current sensor and / or a quantum optical system and / or a circuit carrier and / or an optical device and / or a sensor system and / or a quantum technological device as a measuring system or part of a measuring system in the borehole or at a predetermined position of the geological search field;
  • GPCB system carrier
  • the system carrier preferably has structures on the surface, particularly preferably fluidic and / or microfluidic structures, in particular depressions and / or trenches and / or lips and / or other means that limit the flow of the melted glass frit of the melted glass frit structure and / or control and / or influence.
  • At least some of the solidified glass frit structures are preferably optically transparent, so that the devices presented here can use them as optical functional elements, such as lenses or optical waveguides. This can be achieved, for example, in that the glass frit paste comprises glass powder.
  • the scattered light can be colored.
  • the solidified glass frit structure then has colored particles.
  • the glass frit paste can contain colored glass powder, which can be colored e.g. through the use of salts. In this way, color filters can be specifically printed and / or dispensed.
  • a glass frit paste and / or a solidified glass frit structure can also have ferromagnetic particles in order, for example, to set a magnetic operating point of a quantum optical system.
  • a solidified glass frit structure has particles and / or crystals with paramagnetic centers. At least one or more paramagnetic centers of the paramagnetic centers are then preferably NV centers in diamond and / or SiV centers in diamond and / or an STI center in diamond and / or an L2 center in diamond . As already described elsewhere in this document, the density is preferably particularly high.
  • the glass frit paste preferably has micro and / or nanoparticles.
  • the solidified glass frit structure then has a width of less than 1 mm and / or better less than 500 pm and / or better less than 200 pm and / or better less than 100 pm and / or better less than 50 pm and / or better less at at least one point than 20pm and / or better less than 10pm and / or better less than 5pm and / or better less than 2pm and / or better less than 1pm. If diffractive optics are to be produced, the structure must be smaller than the wavelength.
  • the width is then preferably even less than 0.5 pm and / or better less than 0.2 pm and / or better less than 0.1 pm.
  • optical functional elements can be manufactured.
  • At least one partial device of the solidified glass frit structure is then preferably one of the following optical functional elements:
  • an optical filter in particular a Bragg filter, and / or
  • a lens in particular a microlens and / or
  • the system carrier (GPCB) is preferably partially optically non-transparent and / or partially optically transparent. This depends on the type of application.
  • the system carrier (GPCB) can therefore also be optically completely non-transparent and / or optically completely transparent. It is possible to use several sides of the system carrier (GPCB) for optical and / or electrical functional elements. It is also possible to manufacture electrical circuits using thick-film and / or thin-film technology on the system carrier (GPCB).
  • the possible formation of the layers by means of an adhesive process implements a further possible embodiment.
  • the system carrier preferably includes, under certain circumstances, an antenna, for example a microwave antenna for controlling paramagnetic centers, in particular NV centers in diamond, by means of electromagnetic waves, in particular microwaves.
  • an antenna for example a microwave antenna for controlling paramagnetic centers, in particular NV centers in diamond, by means of electromagnetic waves, in particular microwaves.
  • the first film is structured in this way in order to obtain a first film structure, it being possible for the structuring to take place before or after the step of applying, gluing or lamination.
  • the first film structure thus produced can then be used later as an optical functional element.
  • a film structure can be optically transparent. It can be, for example, an optically transparent film strip. The device then uses this optically transparent film strip, for example, as an optical waveguide. In order to be able to manufacture panels, for example, it can be useful if a film structure is not optically transparent.
  • first optically transparent film structure is to be used together with a second optically non-transparent film structure, which should be the case as a rule, then it is advisable to add further steps to the method.
  • the method expanded in this way then preferably comprises the application and / or gluing and / or lamination of a second film to the system carrier (GPCB), the structuring of the second film in order to obtain a second film structure, the structuring before or after the application step , Gluing or lamination of the second film can take place, and the use of the second film structure as a second optical functional element.
  • the second film can differ from the first film in terms of its composition and / or its optical properties.
  • These properties can be, for example, the refractive index, the absorption spectrum for light transmission, the reflection spectrum, the transmission spectrum, the scattering properties, the presence, number, density, density structure and type of particles in the films, in particular of particles with quantum dots, paramagnetic centers, clusters of paramagnetic centers, i.e. a multitude of paramagnetic centers, NV centers, clusters of NV centers, etc.
  • the first film structure and / or the second film structure can also be optically non-transparent and differ from the other film through this transparency or non-transparency.
  • a manufacturing device in the manufacturing process of a device in the sense of this document can also process more than two different foils.
  • Such a film structure can have scattering bodies or scattering structures in its film material, e.g. in the interior of the film structure or on its surface, in particular for coupling light in and out. These structures can be different when using several foils.
  • Such a film structure can be optically transparent and colored.
  • the film material of such a film structure can have colored particles. These can be colored in their transparency or reflection.
  • the film material of such a film and / or such a film structure can have ferromagnetic particles.
  • the film structure can also have particles and / or crystals with paramagnetic centers in its film material.
  • a film structure made from such a film can serve as a sensor element if the film structure is optically sufficiently transparent for the fluorescence radiation (FL) and the pump radiation (LB).
  • FL fluorescence radiation
  • LB pump radiation
  • Such a film structure then preferably at least locally comprises a material within the film material with a paramagnetic center.
  • This material can be one or more crystals.
  • One or more crystals can again have such a high density of paramagnetic centers that, for example, the collective effects mentioned several times in this document occur when several paramagnetic centers are coupled.
  • the crystals can be nanocrystals.
  • the crystals can be diamonds. At least one or more paramagnetic centers of the paramagnetic centers can be NV centers in diamond and / or SiV centers in diamond and / or an ST1 center in diamond and / or an L2 center in diamond and / or / or another paramagnetic center in a crystal.
  • the film structure has at least one point a width of less than 1 mm and / or less than 500 pm and / or less than 200 pm and / or less than 100 pm and / or less than 50 pm and / or less than 20 pm and / or less than 10pm and / or less than 5pm and / or less than 2pm and / or less than 1pm and / or less than 0.5pm and / or less than 0.2pm and / or less than 0. miti.
  • At least one partial device of the film structure is preferably one of the following optical functional elements: o an optical filter, in particular a Bragg filter and / or o a mirror and / or a mirror surface and / or o a lens, in particular a microlens and / or o a digital optical functional element and / or o a diffractive optical functional element and / or o a photonic crystals and a photonic crystal structure and / or o an optical or photonic grating and / or o a wave coupler and / or o a resonator and / or o an optical diaphragm and or o a wave sump and / or o an optical shield and / or o a prism and / or o a beam splitter and / or o an optical waveguide and / or o a light-guiding functional element and / or o a dispersing functional element and / or o an optically filtering functional element and /
  • manufacturing devices in manufacturing processes can produce compact electro-optical measuring systems and / or compact optical systems and in particular quantum optical systems, at least in some implementations of the devices presented here.
  • the advantages are not limited to this.
  • Suitable manufacturing devices can produce different embodiments of the devices presented here by means of variants of the manufacturing processes.
  • the manufacturing processes presented can include dispensing and / or printing and / or the formation of layers by means of adhesive and / or lamination processes of films and / or film parts.
  • Feature 1 magnetometer, with a sensor element (NVD) and with a circuit carrier (GPCB) and with a pump radiation source (PLED) and with a radiation receiver (PD) and with evaluation means (ADC, IF), the pump radiation source (PLED) being supplied with electrical current with an electrical pump current (I Pum ) emits pump radiation (LB) and wherein the sensor element (NVD) has at least one quantum dot, in particular a paramagnetic center in a crystal and / or in particular a plurality of paramagnetic centers and / or in particular an NV center in a diamond crystal and / or in particular a plurality of NV centers in a diamond crystal and / or in particular a SiV center in a diamond crystal and / or in particular a G center in a silicon crystal, and wherein the at least one quantum dot of the sensor element (NVD) upon irradiation can emit fluorescence radiation (FL) with pump radiation (LB) and the intensity of the fluorescence path The treatment (FL)
  • the material of the circuit carrier (GPCB) is at least locally transparent for radiation with the pump radiation wavelength (l rp ⁇ r) of the pump radiation (LB) in the radiation path between the pump radiation source (PLED) and the sensor element (NVD) and the pump radiation (LB) of the pump radiation source (PLED) this radiation path happens and / or
  • the material of the circuit substrate (GPCB) for radiation with the fluorescence wavelength (l ⁇ ) of the fluorescence radiation (FL) in the radiation path between the sensor element (NVD) and radiation receiver (PD) is at least locally transparent and the fluorescence radiation (FL) of the quantum dot, in particular the paramagnetic center and / or in particular the NV center and / or the plurality of NV centers, the sensor element (NVD) passes this radiation path, is fulfilled and that at least one or more or all of the components sensor element (NVD) and / or pump radiation source ( PLED) and / or radiation receiver (PD) and / or evaluation means are mechanically attached to the circuit carrier (GPCB).
  • Feature 2 Magnetometer according to feature 1, wherein the circuit carrier (GPCB) is made of glass or another material that is transparent for the pump radiation (LB) and / or the fluorescent radiation (FL).
  • the circuit carrier is made of glass or another material that is transparent for the pump radiation (LB) and / or the fluorescent radiation (FL).
  • Feature 3 Magnetometer according to feature 1 or 2 wherein the circuit carrier (GPCB) with at least one electrical line and / or another electrical functional component such as a resistor and / or a capacitor and / or an inductance and / or a fuse and / or a Contact is provided in thick-film technology or another construction technology.
  • the circuit carrier GPCB
  • the circuit carrier with at least one electrical line and / or another electrical functional component such as a resistor and / or a capacitor and / or an inductance and / or a fuse and / or a Contact is provided in thick-film technology or another construction technology.
  • Feature 4 Magnetometer according to feature 1 or 3 wherein the circuit carrier (GPCB) with at least one electrical line and / or another electrical functional component such as a resistor and / or a capacitor and / or an inductance and / or a fuse and / or a Contact is provided in a layer construction technique based on a formation of the layers by adhesive processes and / or in a lamination technique and / or a photolithography-based technique.
  • the circuit carrier GPSB
  • the circuit carrier with at least one electrical line and / or another electrical functional component such as a resistor and / or a capacitor and / or an inductance and / or a fuse and / or a Contact is provided in a layer construction technique based on a formation of the layers by adhesive processes and / or in a lamination technique and / or a photolithography-based technique.
  • Feature 5 magnetometer according to one or more of features 1 to 4 wherein the circuit carrier (GPCB) with at least one electrical line and / or another electrical functional component such as a resistor and / or a capacitor and / or an inductance and / or fuse and / or a contact and / or a diode and / or a transistor is provided in a thin film.
  • the circuit carrier GPCB
  • the circuit carrier with at least one electrical line and / or another electrical functional component such as a resistor and / or a capacitor and / or an inductance and / or fuse and / or a contact and / or a diode and / or a transistor is provided in a thin film.
  • Feature 6 Magnetometer according to feature 3 and one or more of features 1 to 4 where at least one or more or all of the components sensor element (NVD) and / or pump radiation source (PLED) and / or radiation receiver (PD) and / or evaluation means (ADC, IF) are attached to a line and / or to a contact according to feature 3 by means of soldering and / or or gluing, in particular electrically conductive gluing, and / or are electrically connected to this and wherein the line is mechanically connected to the circuit carrier (GPCB) .
  • NBD sensor element
  • PLED pump radiation source
  • PD radiation receiver
  • ADC, IF evaluation means
  • Feature 7 magnetometer according to one or more of features 1 to 6, wherein the magnetometer comprises an optical functional element which changes the beam guidance of at least part of the pump radiation (LB) and / or the fluorescence radiation (FL).
  • the magnetometer comprises an optical functional element which changes the beam guidance of at least part of the pump radiation (LB) and / or the fluorescence radiation (FL).
  • Feature 8 Magnetometer according to feature 7 wherein this optical functional element is an optical filter, in particular a Bragg filter or a mirror and / or a mirror surface (ML) or a lens, in particular a microlens or a digital optical functional element or a diffractive optical functional element or a photonic crystal and / or a photonic crystal structure or an optical or photonic grating or an optical resonator or an optical diaphragm or a wave sump or an optical shield or a prism or a beam splitter or an optical waveguide.
  • this optical functional element is an optical filter, in particular a Bragg filter or a mirror and / or a mirror surface (ML) or a lens, in particular a microlens or a digital optical functional element or a diffractive optical functional element or a photonic crystal and / or a photonic crystal structure or an optical or photonic grating or an optical resonator or an optical diaphragm or a wave sump or an optical shield or a pris
  • Feature 9 Magnetometer according to one or more of features 1 to 8, with an optical waveguide (LWL) using thick-film technology or another structure being applied to the circuit carrier (GPCB).
  • LWL optical waveguide
  • GPCB circuit carrier
  • Feature 10 Magnetometer according to feature 9 wherein the optical waveguide (LWL) comprises crystals with a quantum dot and / or wherein the optical waveguide (LWL) comprises crystals with a paramagnetic center as a quantum dot and / or wherein the optical waveguide (LWL) crystals with a large number of paramagnetic centers as a quantum dot and wherein in particular the crystals with the paramagnetic centers can be diamond crystals with NV centers.
  • the optical waveguide (LWL) comprises crystals with a quantum dot and / or wherein the optical waveguide (LWL) comprises crystals with a paramagnetic center as a quantum dot and / or wherein the optical waveguide (LWL) crystals with a large number of paramagnetic centers as a quantum dot and wherein in particular the crystals with the paramagnetic centers can be diamond crystals with NV centers.
  • Feature 11 magnetometer according to one or more of features 1 to 10 wherein device parts of the magnetometer the intensity of the emitted through the quantum dot, in particular through the paramagnetic center and / or in particular through the NV center and / or through the plurality of NV centers Measure fluorescence radiation (FL) on the side of the sensor element (NVD) from which the pump radiation (LB) also hits the paramagnetic centers.
  • Feature 12 magnetometer according to one or more of features 1 to 11 with a compensation light source (CLED) and with a first amplifier (VI) and wherein the first amplifier (VI), possibly in cooperation with further sub-devices, amplifies the receiver output signal (SO) of the radiation receiver (PD) and provides it with an offset, which may also be 0, and a Compensation transmission signal (S7) generated and wherein the compensation radiation source (CLED) emits a compensation radiation (CL) depending on the compensation transmission signal (S7) and wherein the compensation radiation source (CLED) radiates this compensation radiation (CL) into the radiation receiver (PD) and the intensities of the Compensation radiation (CL) and fluorescence radiation (FL) are superimposed summing and / or multiplying in the radiation receiver (PD) and the receiver output signal (SO) then depends on this superposition and the gain of the first amplifier (VI) and its offset are set in this way are that the control loop is stable and that this control loop has the value of the Em Receiver output signal (SO) adjusted to an equivalent value almost except for the control
  • Feature 14 magnetometer according to feature 3 and one or more of features 12 to 13 where at least one or more or all of the components of the first amplifier (VI) and / or compensation radiation source (CLED) with a line and / or with a contact according to feature 3 by means of Soldering and / or adhesive are attached and / or are electrically connected to this and wherein the line is mechanically connected to the circuit carrier (GPCB).
  • VIP first amplifier
  • CLED compensation radiation source
  • Feature 15 magnetometer according to one or more of features 12 to 14 wherein the magnetometer comprises an optical functional element which changes the beam guidance of at least part of the compensation radiation (CL) and wherein in particular this optical functional element can be a mirror surface (ML).
  • Feature 16 magnetometer according to one or more of features 1 to 15, wherein the pump radiation source (PLED) is modulated with a transmission signal (S5).
  • PLED pump radiation source
  • Feature 17 Magnetometer according to feature 16 with a first amplifier (VI), which processes the receiver rise signal (SO) of the radiation receiver (PD) into a demodulated signal (S4) and wherein the first amplifier (VI) is a synchronous demodulator (SDM), which uses the transmission signal (S5) or a signal derived from the transmission signal (S5) to demodulate the demodulated signal (S4) from the receiver output signal (SO).
  • V first amplifier
  • SDM synchronous demodulator
  • Feature 18 Magnetometer according to feature 17 with a second amplifier (V2), which processes the demodulated signal (S4) to form a compensation transmission signal (S7) and wherein the second amplifier (V2) is a modulator that transmits the transmission signal (S5) or a
  • the signal derived from the transmission signal (S5) is used to modulate the demodulated signal (S4) to form the compensation transmission signal (S7) with a second gain and a second offset, and the second amplifier (V2) modulating the compensation transmission signal (S7) complementary to the modulation the pump radiation (LB) so that the receiver output signal (SO) is essentially a constant signal and / or so that the receiver output signal (SO) essentially no longer has a signal component of the transmitted signal (S5).
  • Feature 19 Magnetometer according to one or more of features 1 to 18, wherein the quantum dot is or comprises a paramagnetic center and wherein the paramagnetic center is at least one NV center in diamond and wherein the sensor element (NVD) comprises diamond.
  • Feature 20 Magnetometer according to feature 19 where at least locally in the sensor element (NVD) the density of the NV centers is greater than 500ppm and / or greater than 200ppm and / or greater than 100ppm and / or greater than 50ppm and / or greater than 20ppm and / or greater than 10ppm and / or greater than 5ppm and / or greater than 2ppm and / or greater than lppm and / or greater than 0, lppm and / or greater than 0.01ppm greater than 0.0001ppm and / or greater than 0.0002ppm and / or greater than 0 , 0005ppm and / or greater than 0.001ppm and / or greater than 0.002ppm and / or greater than 0.005ppm and / or greater than 0.01ppm and / or greater than 0.02ppm and / or greater than 0.05ppm and / or is greater than 0.1 ppm and / or greater than 0.2 ppm and / or greater than 0.5
  • Feature 21 magnetometer according to one or more of features 1 to 21 wherein the sensor element (NVD) comprises several crystals, in particular nanocrystals, and wherein at least two of these crystals each have at least one quantum dot, in particular a paramagnetic center and / or in particular an NV center and / or a multiplicity of NV centers within the meaning of feature 1.
  • the sensor element comprises several crystals, in particular nanocrystals, and wherein at least two of these crystals each have at least one quantum dot, in particular a paramagnetic center and / or in particular an NV center and / or a multiplicity of NV centers within the meaning of feature 1.
  • Feature 22 magnetometer according to one or more of features 1 to 21, wherein the sensor element (NVD) comprises a plurality of paramagnetic centers within the meaning of feature 1.
  • NBD sensor element
  • Feature 23 Magnetometer according to feature 22 where at least locally in the sensor element (NVD) the density of the paramagnetic centers within the meaning of feature 1 is so high that the quantum dots or paramagnetic centers mutually influence each other in such a way that the intensity of the fluorescence radiation (FL) in a first value range of the magnitude of the magnetic flux density B, in particular in a first value range> 10mT, with an increasing magnitude of the magnetic flux density B, or that the intensity of the fluorescence radiation (FL) in a second value range of the magnitude of the magnetic flux density B, in particular in a second range of values ⁇ lmT, with an increasing amount of the magnetic flux density B increases, the first range of values being different from the second range of values and the first range of values not overlapping with the second range of values.
  • NBD sensor element
  • Feature 24 magnetometer according to one or more of features 1 to 23 wherein the magnetometer comprises an optical filter ( F1 ) which is transparent for radiation with the fluorescence wavelength (l ⁇ ) of the fluorescence radiation (FL) and which is not transparent for radiation with the pump radiation wavelength (l r ⁇ T1r ) of the pump radiation (LB) and wherein the optical filter (Fl) ensures that the pump radiation (LB) cannot reach the radiation receiver (PD) or can only reach it attenuated sufficiently, and the optical filter (Fl) ensures that the Fluorescence radiation (FL) can reach the radiation receiver (PD) sufficiently undamped.
  • the magnetometer comprises an optical filter ( F1 ) which is transparent for radiation with the fluorescence wavelength (l ⁇ ) of the fluorescence radiation (FL) and which is not transparent for radiation with the pump radiation wavelength (l r ⁇ T1r ) of the pump radiation (LB) and wherein the optical filter (Fl) ensures that the pump radiation (LB) cannot reach the radiation receiver (PD) or can only reach it at
  • Feature 25 magnetometer according to one or more of features 1 to 24, wherein the magnetometer comprises at least one functional element in order to increase the density of the intensity of the irradiation, in particular with pump radiation (LB), of at least part of the sensor element (NVD).
  • LB pump radiation
  • NBD sensor element
  • Feature 26 magnetometer according to one or more of features 1 to 25 wherein the circuit carrier (GPCB) has a dielectric strength of more than 100V and / or of more than 200V and / or of more than 500V and / or of more than 1kV and / or of more than 2 kV and / or more than 5 kV and / or more than 10 kV and / or more than 20 kV and / or more than 50 kV and / or more than 100 kV and / or more than 200 kV and / or more than 500kV and / or more than 1MV and / or more than 2MV and / or more than 5MV.
  • the circuit carrier has a dielectric strength of more than 100V and / or of more than 200V and / or of more than 500V and / or of more than 1kV and / or of more than 2 kV and / or more than 5 kV and / or more than 10 kV and / or more than 20 kV
  • Feature 27 Module, in particular for use in a magnetometer according to one or more of features 1 to 26, with a sensor element (NVD) and with a circuit carrier (GPCB) and wherein the sensor element (NVD) has at least one quantum dot, in particular a paramagnetic center in a crystal and / or in particular a multiplicity of paramagnetic centers and / or in particular an NV center in a diamond crystal and / or in particular a multiplicity of NV centers in one Diamond crystal and / or in particular a SiV center in a diamond crystal and / or in particular a G center in a silicon crystal, and wherein the quantum dot, in particular at least the paramagnetic center and / or in particular the NV center and / or in particular the plurality of NV centers, of the sensor element (NVD) when irradiated with a pump radiation (LB), which has a pump radiation wavelength (l rpir), can emit a fluorescent radiation (FL) which has a fluorescent radiation wavelength (lh) and
  • Feature 28 Module according to feature 27, wherein the quantum dot comprises a paramagnetic center and wherein the paramagnetic center comprises at least one NV center in diamond and wherein the sensor element (NVD) comprises diamond.
  • the quantum dot comprises a paramagnetic center and wherein the paramagnetic center comprises at least one NV center in diamond and wherein the sensor element (NVD) comprises diamond.
  • Feature 29 Module according to feature 28 wherein at least locally in the sensor element (NVD) the density of the NV centers is greater than 500ppm and / or greater than 200ppm and / or greater than 100ppm and / or greater than 50ppm and / or greater than 20ppm and / or greater than 10ppm and / or greater than 5ppm and / or greater than 2ppm and / or greater than lppm and / or greater than 0, lppm and / or greater than 0.01ppm greater than 0.0001ppm and / or greater than 0, 0002ppm and / or greater than 0.0005ppm and / or greater than 0.001ppm and / or greater than 0.002ppm and / or greater than 0.005ppm and / or greater than 0.01ppm and / or greater than 0.02ppm and / or greater than 0.05ppm and / or greater than 0, lppm and / or greater than 0.2 ppm and / or greater than 0.5 ppm
  • Feature 30 Module according to one or more of features 27 to 29, wherein the sensor element (NVD) comprises multiple crystals, in particular nanocrystals, and wherein at least two of these crystals each comprise at least one paramagnetic center within the meaning of feature 27.
  • NBD sensor element
  • Feature 31 Module according to one or more of features 27 to 30, wherein the sensor element (NVD) comprises a plurality of paramagnetic centers within the meaning of feature 27.
  • the sensor element comprises a plurality of paramagnetic centers within the meaning of feature 27.
  • Feature 32 Module according to feature 31 wherein the density of the paramagnetic centers in the sense of feature 25 is sufficiently high that the paramagnetic centers influence each other in such a way that the intensity of the fluorescence radiation (FL) of the paramagnetic centers is in at least one value range of the amount the magnetic flux density B, in particular in a value range> 10mT, with an increasing amount of the magnetic flux density B, or that the intensity of the fluorescence radiation (FL) is in at least one value range of the magnitude of the magnetic flux density B, in particular in a value range ⁇ 1mT an increasing amount of the magnetic flux density B increases.
  • Feature 33 Module according to one or more of features 27 to 32, wherein the circuit carrier (GPCB) comprises optical functional elements.
  • the circuit carrier comprises optical functional elements.
  • Feature 34 Module according to feature 33 wherein at least one of the optical functional elements is produced in digital optics.
  • Feature 35 Module according to one or more of features 27 to 34, wherein the at least one line of the circuit carrier (GPCB) is electrically connected to at least one connection of at least one electronic and / or electrical component by soldering and / or electrically conductive adhesive and wherein the line is mechanically connected to the circuit carrier (GPCB).
  • GPCB circuit carrier
  • Feature 36 Module according to feature 35 wherein the electronic component is an opto-electronic component that is optically coupled to the circuit carrier (GPCB).
  • the electronic component is an opto-electronic component that is optically coupled to the circuit carrier (GPCB).
  • Feature 37 Module according to feature 36 wherein the electronic component is an opto-electronic component that is optically via the circuit carrier (GPCB) with one or more quantum dots, in particular one or more paramagnetic centers and / or in particular a plurality of paramagnetic centers, of the sensor element ( NVD) is coupled.
  • the electronic component is an opto-electronic component that is optically via the circuit carrier (GPCB) with one or more quantum dots, in particular one or more paramagnetic centers and / or in particular a plurality of paramagnetic centers, of the sensor element ( NVD) is coupled.
  • GPCB circuit carrier
  • Feature 38 Current sensor with a magnetometer according to one or more of features 1 to 26 and with an electrical conductor (LTG), the electrical conductor (LTG) being arranged in relation to the sensor element (NVD) in such a way that the electrical current flow in the electrical conductor (LTG) generated additional magnetic flux density B can influence the intensity of the fluorescence radiation (FL).
  • Feature 39 Current sensor according to feature 38 wherein the electrical conductor (LTG) is not straight but curved at least at one point.
  • Feature 41 Current sensor according to one or more of features 38 to 40, wherein the current sensor detects and records the temporal course of the current value of the electrical current in the electrical conductor (LTG) as a current signal wherein the current sensor has means, in particular filters and amplifiers, in order to separate an information and / or data signal contained in the current signal from the current signal as an information signal.
  • LTG electrical conductor
  • Feature 42 Current sensor according to feature 41 wherein the information signal of the current sensor is used o for controlling a device and / or o for data transmission and / or o for information transmission and / or o for signal transmission.
  • Feature 43 Current sensor, in particular according to one or more of the features 38 to 42, wherein a feature vector extraction unit of the current sensor extracts an information signal from the temporal course of the current measured values and converts it into a feature vector signal and / or data derived from the information signal converted to a feature vector signal.
  • Feature 44 Current sensor according to feature 43, wherein a sub-device of the current sensor executes a neural network model and / or a FIMM model, which with the help of this neural network model and / or this FIMM model analyzes the feature vector signal and one or more signaling , especially generated for a higher-level control unit.
  • Feature 45 energy supply device, the energy supply device having at least one magnetometer according to one or more of features 1 to 26 and / or a module according to one or more of features 27 to 37 and / or a current sensor according to one or more of features 38 to 40.
  • Feature 46 Energy supply device according to feature 45 wherein the energy supply device comprises one of the following devices or is one of the following devices or interacts with one of the following devices: o a transformer, o a high-current switch, o a thyristor, o a diode, o a diac, o a triac, o a Transistor, o a power regulator, o a current regulator, o a voltage regulator, o a voltage converter, o an output stage, o an H-bridge, o a half-bridge, o an inverter, o a rectifier, o an overhead line, o a high-voltage line, o a Generator, o a motor, o a turbine, o a supply line, o an internal combustion engine, o a fuel cell, o a battery, o an accumulator, o a transmitter or receiver coil for the transmission of electrical energy, o a charging station, especially for electric vehicles,
  • Feature 47 energy supply device, the energy supply device having at least one quantum dot, in particular a paramagnetic center and / or a plurality of paramagnetic centers.
  • Feature 48 Energy supply device according to one or more of features 45 to 47, wherein the energy supply device comprises one of the following devices or is one of the following devices or interacts with one of the following devices: o a transformer, o a high-current switch, o a thyristor, o a diode, o a diac, o a triac, o a transistor, o a power regulator, o a current regulator, o a voltage regulator, o a voltage converter, o an output stage, o an H-bridge, o a half-bridge, o an inverter, o a rectifier, o an overhead line, o a high-voltage line, o a generator, o a motor, o a turbine, o a supply line, o an internal combustion engine, o a fuel cell, o a battery, o an accumulator, o a transmitter or receiver coil for the transmission of electrical energy, o a charging station,
  • Feature 49 Energy supply device according to one or more of features 45 to 48, wherein a current sensor according to feature 42 controls the energy supply device or a sub-device thereof, in particular by means of a measured value of this current sensor.
  • Feature 50 Battery sensor for monitoring the function of a battery or an accumulator or another electrical energy storage device, referred to synonymously with battery in this document, the battery sensor at least one magnetometer according to one or more of the features 1 to 26 and / or a module according to one or more of the features 1 to 26 has several of the features 27 to 37 and / or a current sensor according to one or more of the features 38 to 42.
  • Performance monitoring device in particular a Fl switch or a
  • an electrical conductor (LTG) and with at least one first current sensor according to one or more of features 38 to 42 and with at least one second current sensor according to one or more of features 38 to 42 and with a measured value evaluation device wherein the electrical conductor (LTG) has a first conductor position and wherein the electrical conductor (LTG) has a second conductor position that is different from the first conductor position and spaced along the intended current flow in the electrical conductor (LTG) and wherein the first current sensor determines the electrical current in the electrical conductor (LTG) at the first conductor position in the form of a first measured value and wherein the second current sensor determines the electrical current in the electrical conductor (LTG) at the second conductor position in the form of a second measured value and wherein the measured value evaluation device the first reading with the second
  • Feature 52 Performance monitoring device according to feature 51 wherein the measured value evaluation device generates the comparison value by forming the difference between the first measured value and the second measured value and / or wherein the measured value evaluation device generates the comparison value by dividing the first measured value by the second measured value and / or wherein the measured value evaluation device generates the Comparison value generated by dividing the second measured value by the first measured value.
  • Feature 53 Performance monitoring device according to feature 51 and / or 52, the measured value evaluation device having means, in particular a switch, for interrupting the current flow in the electrical conductor (LTG) as a function of the comparison value.
  • LTG electrical conductor
  • Feature 54 Performance monitoring device according to one or more of features 51 to 53, wherein the measured value evaluation device interrupts the current flow in the electrical conductor (LTG) and / or causes such an interruption of the current flow in the electrical conductor (LTG) or a reduction in the current flow in the arranges electrical conductor (LTG) or causes a reduction in the voltage between the potential of the electrical conductor (LTG) and a reference potential, if the first measured value of the second measured value by more than 10 10 of the amount of the first measured value and / or by more than 10 9 of the amount of the first measured value and / or by more than 10 8 of the amount of the first measured value and / or by more than 10 7 of the amount of the first measurement and / or by more than 10 6 of the amount of the first measurement and / or by more than 10 5 of the amount of the first measurement and / or by more than 10 4 of the amount of the first measurement and / or more than 10 3 of the amount of the first measured value.
  • the measured value evaluation device interrupts the current
  • Feature 55 Performance monitoring device according to one or more of features 51 to 54, wherein the measured value evaluation device interrupts the current flow in the electrical conductor (LTG) or causes such an interruption of the current flow in the electrical conductor (LTG) or a reduction in the current flow in the electrical conductor ( LTG) or causes a reduction in the voltage between the potential of the electrical conductor (LTG) and a reference potential if the first measured value from the second measured value is more than 100mA from the first measured value and / or by more than 50mA from the first measured value and / or by more than 20mA from the first measured value and / or by more than 10mA from the first measured value and / or by more than 5mA from the first measured value and / or by more than 2mA from the first measured value and / or by more than 1mA from the first measured value and / or by more than 0.5 mA from the first measured value and / or by more than 0.2 mA from the first measured value and / or by more than 0.1
  • Feature 56 performance monitoring device according to one or more of features 51 to 54 wherein the performance monitoring device extracts an information signal from changes in the first and / or second measured value over time, and wherein the performance monitoring device keeps and / or signals the extracted information signal and / or data derived therefrom and / or signals it to a higher-level device.
  • Feature 57 performance monitoring device, in particular according to one or more of features 51 to 56, a subdevice executing a neural network model and / or an HMM model.
  • Feature 58 Quantum optical system with at least one quantum dot, in particular with one or more paramagnetic centers in one or more crystals and / or in particular with at least a plurality of paramagnetic centers in one or more crystals and / or in particular with one or more NV centers in one or more diamond crystals and / or in particular at least a multiplicity of NV centers in one or more diamond crystals and / or in particular one or more SiV centers in one or more diamond crystals and / or in particular one or more G centers in one or more silicon crystals, with at least one circuit carrier (GPCB), in particular with a circuit carrier (GPCB) made of an optically transparent material, wherein the quantum dot can interact with optical radiation and wherein the circuit carrier (GPCB) interacts with the quantum dot in such a way that the circuit carrier (GPCB ) as an optical functional element acts for at least part of the optical radiation that can interact or has interacted with the quantum dot.
  • GPCB circuit carrier
  • circuit carrier wherein the circuit carrier (GPCB) is intended o in a magnetometer according to features 1 to 26 and / or o in a module according to features 27 to 37 and / or o in a current sensor according to features 38 to 42 and / or o in a power supply device according to features 45 to 49 and / or o to be used in a battery sensor according to feature 50 and / or o in a power monitoring device according to features 51 to 5755 and / or o in a quantum optical system according to feature 58.
  • the circuit carrier is intended o in a magnetometer according to features 1 to 26 and / or o in a module according to features 27 to 37 and / or o in a current sensor according to features 38 to 42 and / or o in a power supply device according to features 45 to 49 and / or o to be used in a battery sensor according to feature 50 and / or o in a power monitoring device according to features 51 to 5755 and / or o in a quantum optical
  • Feature 60 Circuit carrier (GPCB) according to feature 59, whereby in the circuit carrier (GPCB) optical functional elements such as in particular o optical filters, in particular Bragg filters, o mirrors and / or mirror surfaces (ML), o lenses, in particular microlenses, o digital optical functional elements, o diffractive optical functional elements, o photonic crystals and photonic crystal structures, o an optical or photonic grating and / or o resonators, o optical diaphragms, o a wave sump and / or o optical shields, o a prism and / or o a beam splitter and / or o an optical fiber are incorporated.
  • optical functional elements such as in particular o optical filters, in particular Bragg filters, o mirrors and / or mirror surfaces (ML), o lenses, in particular microlenses, o digital optical functional elements, o diffractive optical functional elements, o photonic crystals and photonic crystal structures, o an optical or photonic
  • Feature 61 vehicle and / or aircraft and / or missile and / or projectile and / or above or underwater vehicle and / or a surface or underwater float, hereinafter referred to as vehicle, wherein the vehicle comprises a subsystem with a sensor element (NVD) and wherein the sensor element (NVD) has a quantum dot, in particular a paramagnetic center in a crystal and / or in particular a multiplicity of paramagnetic centers and / or in particular an NV center in a diamond crystal and / or in particular a multiplicity of NV centers in a diamond crystal and / or or in particular a SiV center in a diamond crystal and / or in particular a G center in a silicon crystal, and wherein the vehicle comprises at least one magnetometer according to one or more of features 1 to 26 and / or at least one module according to one or more of the features 27 to 37 and / or at least one current sensor according to one or more of features 38 to 42 and / or at least one quantum optical system according to feature
  • Feature 62 Method for producing a circuit carrier (GPCB) with the steps Providing a circuit carrier blank (GPCB);
  • linear glass structure as a fiber optic cable (LWL).
  • Feature 63 Method for producing a circuit carrier (GPCB) with the steps
  • the glass structure of the circuit carrier (GPCB) as an optical functional element of the circuit carrier (GPCB), in particular as a lens and / or filter and / or aperture and / or mirror and / or photonic crystal and / or Bragg filter and / or Fabry-Perot Interferometer.
  • Feature 64 Method for producing a circuit carrier (GPCB) according to one or more of features 62 to 63, wherein a glass frit paste that is used for producing the circuit carrier (GPCB) has ferromagnetic particles.
  • Feature 65 Method for producing a circuit carrier (GPCB) according to one or more of features 62 to 65, wherein a glass frit paste that is used for producing the circuit carrier (GPCB) has colored particles.
  • Feature 66 Method for producing a circuit carrier (GPCB) according to one or more of the features 62 to 65, wherein a glass frit paste that is used for the production of the circuit carrier (GPCB) has particles, the radiation with the pump radiation wavelength (l r ⁇ T1r) of the pump radiation (LB) and / or the radiation with the fluorescence radiation wavelength (l ⁇ ) of the fluorescence radiation (FL) and / or the radiation with the compensation radiation wavelength (li « ) absorb compensation radiation (CL).
  • a glass frit paste that is used for the production of the circuit carrier (GPCB) has particles, the radiation with the pump radiation wavelength (l r ⁇ T1r) of the pump radiation (LB) and / or the radiation with the fluorescence radiation wavelength (l ⁇ ) of the fluorescence radiation (FL) and / or the radiation with the compensation radiation wavelength (li « ) absorb compensation radiation (CL).
  • Feature 67 Method for producing a circuit carrier (GPCB) according to one or more of features 62 to 67, wherein a first glass frit paste that is used for the production of the circuit carrier (GPCB) has particles which, after melting, have a first optically transparent Material with a first refractive index results, and wherein a second glass frit paste, which is used for the production of the circuit carrier (GPCB), has particles, which after melting results in a second optically transparent material with a second refractive index, and wherein the first refractive index is different from the second refractive index.
  • a first glass frit paste that is used for the production of the circuit carrier (GPCB) has particles which, after melting, have a first optically transparent Material with a first refractive index results
  • a second glass frit paste, which is used for the production of the circuit carrier (GPCB) has particles, which after melting results in a second optically transparent material with a second refractive index, and wherein the first refractive index is
  • Feature 68 Method for producing a circuit carrier (GPCB) according to one or more of features 62 to 67, wherein a glass frit paste that is used for the production of the circuit carrier (GPCB) has a quantum dot, in particular one or more crystals with one or more paramagnetic centers and / or in particular one or more crystals with at least a plurality of paramagnetic centers and / or in particular one or more diamond crystals with one or more NV centers and / or in particular one or more diamond crystals with at least a plurality of NV centers.
  • a glass frit paste that is used for the production of the circuit carrier (GPCB) has a quantum dot, in particular one or more crystals with one or more paramagnetic centers and / or in particular one or more crystals with at least a plurality of paramagnetic centers and / or in particular one or more diamond crystals with one or more NV centers and / or in particular one or more diamond crystals with at least a plurality of NV centers
  • Feature 69 Method for producing a circuit carrier (GPCB) according to feature 68 wherein one or more crystals with paramagnetic centers o diamond crystals with NV centers and / or o diamond crystals with STI centers and / or o diamond crystals with L2 centers and / or o Diamond crystals with SiV centers and / or o silicon crystals with G centers and / or o other paramagnetic centers in diamond crystals and / or silicon crystals and / or silicon carbide crystals or other crystals.
  • GPCB circuit carrier
  • Feature 70 glass frit paste, in particular for a method according to one or more of features 62 to 69 wherein a glass frit paste crystals with quantum dots, in particular with one or more paramagnetic centers and / or in particular with at least a plurality of paramagnetic centers and / or with one or more NV centers and / or with at least a plurality of NV centers.
  • Feature 71 Glass frit paste according to feature 70 wherein the glass frit paste has glass powder particles and / or other optically at least partially transparent, meltable particles.
  • Feature 73 Method for producing a circuit carrier (GPCB) with the steps of providing a circuit carrier blank (GPCB);
  • Feature 74 Method for producing a circuit carrier (GPCB) according to feature 73, the use of a film structure of the film structures as an optical functional element being used as a lens and / or filter and / or diaphragm and / or mirror and / or photonic crystal and / or digital optical Functional element and / or diffractive optical functional element and / or Bragg filter and / or Fabry-Perot interferometer.
  • GPCB circuit carrier
  • this second film by lamination or gluing or by means of another suitable application method to the circuit carrier blank (GPCB), this second film, which is used for the production of the circuit carrier (GPCB), having ferromagnetic particles in its film material.
  • Feature 76 Method for producing a circuit carrier (GPCB) according to one or more of features 73 to 75
  • Feature 77 Method for producing a circuit carrier (GPCB) according to one or more of features 73 to 76
  • this fourth film which is used for the production of the circuit carrier (GPCB), having particles in its film material, the particles or Particle devices Radiation with the pump radiation wavelength (l r ⁇ T1r) of the pump radiation (LB) and / or
  • Feature 78 Method for producing a circuit carrier (GPCB) according to one or more of features 73 to 77, wherein a fifth film that is used for the production of the circuit carrier (GPCB) has a first refractive index and wherein a sixth film, which is used for the Manufacture of the circuit carrier (GPCB) is used, has a second refractive index and wherein the first refractive index is different from the second refractive index.
  • GPCB circuit carrier
  • Feature 79 Method for producing a circuit carrier (GPCB) according to one or more of the features 73 to 78, wherein a seventh film, which is used for the production of the circuit carrier (GPCB), has quantum dots in its film material, in particular crystals with paramagnetic centers and / or in particular crystals with at least a large number of paramagnetic centers and / or in particular diamond crystals with NV centers and / or in particular diamond crystals with at least a large number of NV centers.
  • Feature 81 film, in particular for a method according to one or more of features 73 to
  • the film has quantum dots in its film material, in particular crystals with paramagnetic centers and / or in particular crystals with at least a large number of paramagnetic centers and / or in particular diamond crystals with NV centers and / or in particular diamond crystals with at least a large number of NV centers.
  • Feature 82 Foil according to feature 81 where one or more crystals with paramagnetic centers o diamond crystals with NV centers and / or o diamond crystals with STl centers and / or o diamond crystals with L2 centers and / or o diamond crystals with SiV centers and / or o silicon crystals with G centers and / or o other paramagnetic centers in diamond crystals and / or silicon crystals and / or silicon carbide crystals or in other crystals.
  • Feature 83 optical device with an optical functional element which has been produced using a method according to one or more of features 62 to 69 and / or with an optical functional element, wherein the optical functional element comprises a linear glass structure and / or wherein the optical functional element comprises a glass structure with at least one quantum dot, in particular with one or more crystals with one or more paramagnetic centers and / or in particular with one or more crystals with at least a plurality of paramagnetic centers and / or in particular with one or more diamond crystals with one or more NV centers and / or in particular with one or more diamond crystals with at least a plurality of NV centers.
  • Feature 84 optical device according to feature 83 with at least one optically active electronic component, in particular with an LED or a laser, which is optically coupled to the optical functional element, which in particular can be produced using a method according to one or more of features 62 to 69 is.
  • Feature 85 optical device according to feature 83 and / or 84 with at least one optically sensitive electronic component, in particular with a photodiode and / or one or more CCD elements and / or a SPAD and / or an AVD, and that with the optical Functional element, which can in particular be produced using a method according to one or more of features 62 to 80, is optically coupled.
  • Feature 86 optical device according to one or more of features 83 to 85, the device comprising at least one electrical functional element, which can in particular be a functional element from the following list: o a line, o a microstrip line, o a tri-plate -Line, o an antenna, o a coil, o a transformer, o an electrode, o a contact surface, o a capacitor, o a diode, o a transistor, o a micro-integrated circuit, o a controller, o an amplifier, o an electrical filter, o an electrical resistor, o an electrical fleece element, o an electrical fuse, o a thermistor, o an LED, o a laser, o a photo receiver, o a sensor element with an electrical output signal.
  • o Direct contact sensor o Direct contact sensor.
  • Feature 87 Sensor system with a sensor element (NVD), which changes an optical property as a function of a physical variable, and with an optical device according to one or more of features 83 to 86 and according to feature 85 and feature 86, wherein the sensor element (NVD ) is optically coupled to the optical device and wherein the optical device optically detects the optical property of the sensor element (NVD) and converts it into a receiver output signal (SO) by means of the optically sensitive electronic component, which comprises a signal value which is a measure of a value of the physical quantity can be used or is used or which is intended to be used as such a value.
  • the optically sensitive electronic component which comprises a signal value which is a measure of a value of the physical quantity can be used or is used or which is intended to be used as such a value.
  • Feature 88 Sensor system according to feature 87, the physical quantity being the magnetic flux density B.
  • Feature 89 Sensor system according to feature 88 wherein the sensor element (NVD) has a quantum dot, in particular a paramagnetic center in a crystal and / or in particular a plurality of paramagnetic centers and / or in particular an NV center in a diamond crystal and / or in particular a plurality of NV Centers in a diamond crystal and / or in particular a SiV center in a diamond crystal and / or in particular a G center in a silicon crystal.
  • the sensor element has a quantum dot, in particular a paramagnetic center in a crystal and / or in particular a plurality of paramagnetic centers and / or in particular an NV center in a diamond crystal and / or in particular a plurality of NV Centers in a diamond crystal and / or in particular a SiV center in a diamond crystal and / or in particular a G center in a silicon crystal
  • Feature 90 quantum technological device with an optical device according to one or more of features 83 to 86, wherein an optical functional element of the device is a quantum dot, in particular a paramagnetic center in a crystal and / or in particular a plurality of paramagnetic centers and / or in particular an NV Center in a diamond crystal and / or in particular a multiplicity of NV centers in a diamond crystal and / or in particular a SiV center in a diamond crystal and / or in particular a G center in a silicon crystal.
  • an optical functional element of the device is a quantum dot, in particular a paramagnetic center in a crystal and / or in particular a plurality of paramagnetic centers and / or in particular an NV Center in a diamond crystal and / or in particular a multiplicity of NV centers in a diamond crystal and / or in particular a SiV center in a diamond crystal and / or in particular a G center in a silicon crystal.
  • Feature 91 quantum computer with an optical device according to one or more of features 83 to 86.
  • Feature 92 Use of an optical device in an environment with technically caused, non-natural ionizing particle and / or photon radiation with a wavelength shorter than 10 nm, the radiation level being more than 1000% above the normal, natural radiation level, wherein the optical device comprises an optical functional element and wherein the optical functional element at least one quantum dot, in particular one or more crystals with one or more paramagnetic centers and / or in particular one or more crystals with at least a plurality of paramagnetic centers and / or in particular one or more Diamond crystals with one or more NV centers and / or in particular one or more diamond crystals with at least a plurality of NV centers, and wherein the optical device is a magnetometer according to one or more of features 1 to 26 and / or a module according to one or more of features 27 to 37 and / or a current sensor according to one or more of features 38 to 42 and / or a power supply device according to one or more of the
  • Feature 93 Device for the technical or medical use of ionizing radiation, wherein the device comprises an optical functional element and wherein the optical functional element has at least one quantum dot, in particular one or more crystals with one or more paramagnetic centers and / or in particular one or more crystals with at least a plurality paramagnetic centers and / or in particular one or more diamond crystals with one or more NV centers and / or in particular one or more diamond crystals with at least a plurality of NV centers, and wherein the device is a magnetometer according to one or more of the Features 1 to 26 and / or a module according to one or more of the features 27 to 37 and / or a current sensor according to one or more of the features 38 to 42 and / or a power supply device according to one or more of the
  • Feature 94 direct contact sensor system wherein the direct contact sensor system comprises a sensor element (NVD) made of a material, in particular diamond, with a material surface and wherein the sensor element (NVD) has a quantum dot, in particular a paramagnetic center in a crystal and / or in particular a plurality of paramagnetic centers and / or in particular an NV center in a diamond crystal and / or in particular a plurality of NV centers in a diamond crystal and / or in particular a SiV center in a diamond crystal and / or in particular a G center in a silicon crystal, and wherein a material surface of the sensor element (NVD) is mechanically directly accessible via at least part of an outer surface of the sensor element (NVD) and the mechanical Vickers hardness of this directly accessible material surface is greater than 40GPa (limit for super hard materials) and the direct contact sensor system a magnetometer according to one or more of features 1 to 26 un d / or a module according to one or more of features 27 to 37 and
  • Feature 95 Sensor element (NVD) in particular o for a magnetometer according to one or more of features 1 to 26 and / or o for a module according to one or more of features 27 to 37 and / or o for a current sensor according to one or more of the features 38 to 42 and / or o for a power supply device according to one or more of features 45 to 49 and / or o for a battery sensor according to feature 50 and / or o for a performance monitoring device according to one or more of features 51 to 57 and / or o for a quantum optical system according to feature 58 and / or o for a circuit carrier according to one or more of features 59 to 60 and / or o for an optical device according to one or more of features 83 to 86 and / or o for a sensor system according to one or more of features 87 to 89 and / or o for a quantum technological device according to feature 90 and / or o for a quantum computer according to feature 91 wherein the sensor element (NVD
  • Feature 96 quantum system with a pump radiation source (PLED) that emits pump radiation (LB) as a function of a transmission signal (l Pum , S5) and with a sensor element (NVD) with at least one quantum dot, in particular with at least one paramagnetic center in a crystal and / or in particular with at least one large number of paramagnetic centers and / or in particular with at least one NV center in at least one diamond crystal and / or in particular with at least one large number of NV centers in one diamond crystal and / or in particular with at least one SiV center in one Diamond crystal and / or in particular with at least one G-center in a silicon crystal, and with a control circuit (IC) that generates the transmission signal (I pump , S5), the quantum dot or dots depending on a physical variable, in particular depending on the magnitude of the magnetic flux density B at the location of the respective quantum dot, depending on emit fluorescence radiation (FL) from the intensity of the irradiated pump radiation (LB) and the transmission signal
  • Quantum system with a pump radiation source (PLED) that emits pump radiation as a function of a transmission signal (l Pum , S5) and with a sensor element (NVD) with at least one quantum dot, in particular with at least one paramagnetic center and / or in particular with at least one Large number of paramagnetic centers and / or in particular with at least one NV center in at least one diamond crystal and / or in particular with at least one large number of NV centers in one or more diamond crystals and / or in particular with at least one SiV center in a diamond crystal and / or in particular with at least one G-center in at least one silicon crystal, and with a control circuit (IC) that generates the transmission signal (l pump , S5), the quantum dot or dots depending on a physical variable, in particular depending on the magnitude of the magnetic flux density B at the location of the respective quantum dot, depending on emit fluorescence radiation (FL) depending on the intensity of the irradiated pump radiation (LB) and the transmission signal
  • PLED
  • Feature 98 Quantum system according to feature 97 with a generator (G) and with a pump radiation source (PLED) and with a sensor element (NVD) with one or more quantum dots, in particular with one or more paramagnetic centers and / or in particular with at least a plurality of paramagnetic centers and / or in particular with one or more NV centers in one or more diamond crystals and / or in particular with at least a multiplicity of NV centers in one or more diamond crystals and / or in particular with one or more SiV centers in one or more diamond crystals and / or in particular with one or more G centers in one or more silicon crystals, with a radiation receiver (PD), wherein the generator (G) generates the transmission signal (S5) and wherein the transmission signal (S5) is band-limited in a transmission frequency band with a lower transmission frequency and an upper transmission frequency and wherein the amount of the lower transmission frequency depends on the amount of The upper transmission frequency is different and in particular the transmission signal (S5) can be modulated with a spreading code and
  • the receiver comprises a sensor element (NVD) and wherein the sensor element (NVD) comprises a quantum dot, in particular a paramagnetic center in a crystal and / or in particular a plurality of paramagnetic centers and / or in particular an NV center in a diamond crystal and / or in particular a plurality of NV centers in a diamond crystal and / or in particular a SiV center in a diamond crystal and / or in particular a G center in a silicon crystal, and wherein the receiver a magnetometer according to one or more of features 1 to 26 and / or a module according to one or more of features 27 to 37 and / or a current sensor according to one or more of features 38 to 42 and / or a quantum optical system according to feature 58 and / or a circuit carrier according to one or more of features 59 to 60 and / or an optical device according to one or more of features 83 to 86 and / or a sensor system according to one or more of features 87 to
  • Feature 100 Receiver according to feature 99, wherein the receiver extracts and makes available an information signal in an electromagnetic field with the aid of a quantum dot.
  • Feature 101 Transmission device with a field generating device which generates an electromagnetic and / or magnetic field, the field generating device impressing or modulating an information signal on the electromagnetic and / or magnetic field, and with a receiver according to feature 100, the receiver using a quantum dot to extract and make available the information signal from the time curve, in particular the magnetic flux density B, of the electromagnetic and / or magnetic field, the making available in particular by means of signaling via a line and / or by keeping signal values ready and / or by keeping sampled values ready and / or by keeping or transferring or signaling information that the transmission device and / or the receiver extracts from the information signal.
  • Feature 102 Method for measuring the magnetic flux density B within a borehole or a geological search field with the steps
  • the measuring system comprises a sensor element (NVD) made of a material, in particular diamond, with a material surface and wherein the sensor element (NVD) comprises a quantum dot, in particular a paramagnetic center in a crystal and / or in particular a plurality of paramagnetic centers and / or in particular one NV center in a diamond crystal and / or in particular a plurality of NV centers in a diamond crystal and / or in particular one SiV center in a diamond crystal and / or in particular a G center in a silicon crystal, and wherein the measuring system comprises a magnetometer according to one or more of features 1 to 26 and / or a module according to one or more of features 27 to 37 and / or a current sensor according to one or more of features 38 to 42 and / or a quantum optical system according to feature 58 and / or a circuit carrier according to one or more of features 59 to 60 and / or an optical
  • Feature 103 The method according to feature 102, wherein the measuring system has or is a direct contact sensor system.
  • Feature 104 A method for manufacturing an optical system comprising the following steps:
  • Feature 105 Procedure according to feature 104 wherein the system carrier (GPCB) has structures on the surface, in particular fluidic and / or microfluidic structures, in particular depressions and / or trenches and / or lips and / or other means that limit the flow of the melted glass frit of the melted glass frit structure and / or control and / or influence.
  • GPCB system carrier
  • Feature 106 Method according to one or more of features 104 to 105, wherein the solidified glass frit structure is optically transparent.
  • Feature 107 Method according to one or more of features 104 to 106, wherein the solidified glass frit structure is optically non-transparent.
  • Feature 108 Method according to one or more of features 104 to 107, wherein the solidified glass frit structure has scattering bodies.
  • Feature 109 Method according to one or more of features 104 to 108, wherein the solidified glass frit structure has colored particles.
  • Feature 110 Method according to one or more of features 104 to 109 - wherein the solidified glass frit structure has transparent, colored particles.
  • Feature 111 The method according to one or more of features 104 to 110, wherein the glass frit paste had or has colored glass particles.
  • Feature 112 The method according to one or more of features 104 to 111, wherein the glass frit paste and / or the solidified glass frit structure has ferromagnetic particles.
  • Feature 113 Method according to one or more of features 104 to 112, wherein the solidified glass frit structure is particles and / or crystals with one or more quantum dots, in particular with one or more paramagnetic centers and / or in particular with at least a plurality of paramagnetic centers and / or especially with one or more NV centers in one or more
  • Feature 114 Method according to feature 113, where at least one or more paramagnetic centers of the paramagnetic centers are o NV centers in diamond and / or o SiV centers in diamond and / or o an STl center in diamond and / or o it is an L2 center in diamond and / or o another paramagnetic center in a crystal.
  • Feature 115 The method according to one or more of features 104 to 114, wherein the solidified glass frit structure at at least one point has a width of less than 1 mm and / or less than 500 pm and / or less than 200 pm and / or less than 100 pm and / or less than 50pm and / or less than 20pm and / or less than 10pm and / or less than 5pm and / or less than 2pm and / or less than 1pm and / or less than 0.5pm and / or less than 0.2pm and / or less than O, ⁇ miti.
  • Feature 116 Method according to one or more of features 104 to 115, wherein at least one partial device of the solidified glass frit structure is one of the following optical functional elements: o an optical filter, in particular a Bragg filter and / or o a mirror and / or a mirror surface and / or o a lens, in particular a microlens and / or o a digital optical functional element and / or o a diffractive optical functional element and / or o a photonic crystal and a photonic crystal structure and / or o an optical or photonic grating and / or o a Wave coupler and / or o a resonator and / or o an optical diaphragm and / or o a wave sump and / or o an optical shield and / or o a prism and / or o a beam splitter and / or o an optical waveguide and / or o a light-guiding functional element and / or o
  • Feature 117 A method for manufacturing an optical system comprising the following steps:
  • Feature 118 Method according to feature 117, wherein the first film structure is optically transparent.
  • Feature 119 Method according to one or more of features 117 to 118 with the additional
  • Steps Applying and / or gluing and / or laminating a second film onto the system carrier (GPCB);
  • Feature 120 Method according to one or more of the features 117 to 119, wherein the first film structure is optically non-transparent.
  • Feature 121 Method according to one or more of features 117 to 120 - wherein the first film structure has scattering bodies or scattering structures in its film material.
  • Feature 122 Method according to one or more of features 117 to 121, wherein the first film structure is optically transparent and colored.
  • Feature 123 Method according to one or more of features 117 to 122 - wherein the first film structure has colored particles in its material.
  • Feature 124 Method according to one or more of features 117 to 123, wherein the film and / or the first film structure has ferromagnetic particles in its film material.
  • Feature 125 Method according to one or more of features 117 to 124 - wherein the first film structure in its film material is particles and / or crystals with one or more quantum dots, in particular with one or more paramagnetic centers and / or in particular with at least a plurality of paramagnetic Centers and / or in particular with one or more NV centers in one or more diamond crystals and / or in particular with at least a multiplicity of NV centers in one or more diamond crystals and / or in particular with one or more SiV centers in one or more diamond crystals and / or in particular with one or more G centers in one or more silicon crystals.
  • Feature 125 Procedure according to feature 124 wherein at least one or more paramagnetic centers of the paramagnetic centers are o NV centers in diamond and / or o SiV centers in diamond and / or o an STI center in diamond and / or o an L2 center in diamond and / or o is a G center in silicon and / or o is another paramagnetic center in a crystal.
  • Feature 126 The method according to one or more of features 117 to 125, wherein the first film structure at at least one point has a width of less than 1 mm and / or less than 500 pm and / or less than 200 pm and / or less than 100 pm and / or less than 50pm and / or less than 20pm and / or less than 10pm and / or less than 5pm and / or less than 2pm and / or less than 1pm and / or less than 0.5pm and / or less than 0.2pm and / or less than O, ⁇ miti.
  • Feature 127 Method according to one or more of features 117 to 126, wherein at least one partial device of the first film structure is one of the following optical functional elements: o an optical filter, in particular a Bragg filter and / or o a mirror and / or a mirror surface and / or o a lens, in particular a microlens and / or o a digital optical functional element and / or o a diffractive optical functional element and / or o a photonic crystal and a photonic crystal structure and / or o an optical or photonic grating and / or o a Wave coupler and / or o a resonator and / or o an optical screen and / or o a wave sump and / or o an optical shield and / or o a prism and / or o a beam splitter and / or o an optical waveguide and / or o a light-guiding functional element and / or o a dispersing functional element
  • Figure 1 shows the basic structure of the magnetometer as a greatly simplified block diagram.
  • FIG. 2 shows a module which, in its function, corresponds to the basic structure of an exemplary magnetometer
  • FIG. 3 shows a current sensor based on the module from FIG. 2.
  • FIG. 4 shows the block diagram of a magnetometer with optical feedback compensation.
  • FIG. 5 shows the block diagram of a magnetometer with a chopper stage.
  • FIG. 6 shows a module whose function corresponds to the structure of an exemplary magnetometer from FIG. 5, in cross section.
  • FIG. 7 shows a current sensor based on the module from FIG. 6.
  • FIG. 8 shows a sensor element in an optical waveguide as the core of an electrical coil for current measurement.
  • FIG. 9 shows a sensitivity curve for the change in the intensity of the fluorescence radiation (FL) as a function of the magnetic flux density B.
  • FIGS. 10 to 18 show a method for producing an optical module by means of a glass frit paste which is melted.
  • FIG 1 shows the basic structure of the magnetometer as a greatly simplified block diagram.
  • a pump current source (10) which in this example cannot be modulated, serves as the signal generator (G).
  • the pump current source (10) generates the pump current (I pU mp) as a transmission signal (S5) ⁇
  • the pump current (I P by P ) feeds the pump radiation source (PLED).
  • the pump radiation source (PLED) emits pump radiation (LB) into a first transmission path (il, not shown).
  • the intensity of the pump radiation (LB) typically depends on the transmission signal (S5).
  • the pump radiation source (PLED) irradiates at least one area of the sensor element (NVD) with pump radiation (LB).
  • the sensor element (NVD) emits fluorescence radiation (FL) as a function of the pump radiation (LB).
  • the strength of the fluorescent radiation (FL) depends on the intensity of the pump radiation (LB) in the emission range of the fluorescent radiation (FL) and possibly on further parameters, for example the magnitude of the magnetic flux density B, in this range.
  • An optical filter (F1) preferably leaves one for A sufficient proportion of the fluorescence radiation (FL) can pass through the measuring system, while it does not allow a sufficient proportion of the pump radiation (LB) to pass through the measuring system. Through this, essentially only the fluorescence radiation (FL) reaches the radiation receiver (PD) via a second transmission path (12, not shown in FIG. 1).
  • the radiation receiver (PD) converts the received intensity of the fluorescence radiation (FL) and possibly other received radiation into a receiver output signal (SO), the value of which represents the amount of the radiation intensity received by the radiation receiver (PD).
  • a first amplifier (VI) amplifies the receiver output signal (SO) to form a demodulated signal (S4).
  • This name "demodulated signal” is only chosen because modulations will be added later.
  • an analog-to-digital converter converts the demodulated signal (S4) into a digitized signal (DS).
  • a data interface IF
  • DB data bus
  • FIG. 2 shows an exemplary module whose function corresponds to the basic structure of an exemplary magnetometer from FIG. 1, in cross section.
  • an exemplary circuit carrier which is made of optically transparent glass, for example, on the top of the circuit carrier (GPCB), lines not shown here are applied, for example in thick-film technology, with which, for example, a microintegrated circuit (IC), the radiation receiver (PD) and the pump radiation source (PLED) are electrically and possibly also mechanically connected.
  • the pump radiation source (PLED) irradiates a sensor element (NVD), which for example also includes NV centers in diamond, with pump radiation (LB).
  • the NV centers of the sensor element emit fluorescence radiation (FL).
  • An optical filter (F1) ensures that no pump radiation (LB) radiates into the radiation receiver (PD).
  • a housing (GH) ensures that potential other optical paths are interrupted.
  • the housing (GH) preferably comprises black thermosetting plastic as the housing material.
  • a mirror surface (ML) ensures that as much of the pump radiation (LB) from the pump radiation source (PLED) reaches the sensor element (NVD) and that as much of the fluorescence radiation (FL) as possible reaches the radiation receiver (PD) in order to maximize the sensitivity of the system .
  • the sensor element (NVD) is preferably attached to the other side of the circuit carrier (GPCB). As a result, it is galvanically separated from the micro-integrated circuit (IC) and the other electronic components (PLED, PD) on the top of the circuit carrier (GPCB).
  • a bias magnet which is typically a permanent magnet, is attached to the top of the circuit carrier (GPCB) here, for example, in order to set the bias magnetic field.
  • GPCB circuit carrier
  • FIG. 3 shows a current sensor based on the module of FIG. 2.
  • the module of FIG. 2 is now supplemented by an electrical conductor (LTG). If there is a current flow in the electrical conductor (LTG), it generates a magnetic flux density B, which influences the fluorescence radiation (FL) of the sensor element (NVD) and is therefore measured and converted into a measured value and its measured values via the said data bus (DB) for example, can be passed on.
  • LTG electrical conductor
  • FIG. 4 shows the block diagram of a magnetometer with optical feedback compensation. It largely corresponds to FIG. 1.
  • a second amplifier V2 amplifies the demodulated signal (S4).
  • the second amplifier (V2) provides the demodulated signal (S4) with an offset if necessary.
  • the second amplifier (V2) generates the compensation transmission signal (S7) by means of the compensation current source (II).
  • the compensation transmission signal (S7) feeds the compensation radiation source (CLED) with a compensation transmission current (I C om).
  • the compensation transmitter (CLED) also radiates into the radiation receiver (PD) via a third transmission link (13, not shown here).
  • the irradiation of the fluorescence radiation (FL) and the compensation radiation (CL) from the compensation radiation source (CLED) is preferably carried out in an approximately summing manner with a total intensity.
  • the current value of the receiver output signal (SO) of the radiation receiver (PD) depends on this current total intensity.
  • the instantaneous value of the receiver output signal (SO) of the radiation receiver (PD) is therefore also dependent on the intensity of the fluorescence radiation (FL) and the intensity of the compensation radiation (CL).
  • the gains and signs in this control loop are preferably chosen so that stability is achieved.
  • the total intensity is preferably constant, so that the physical conditions in the radiation receiver (PD) do not change even if the intensity of the fluorescence radiation (FL) changes, since a corresponding opposite change in the intensity of the compensation radiation (CL) then compensates for this.
  • FIG. 5 shows the block diagram of an exemplary magnetometer with an exemplary chopper stage.
  • the radiation receiver (PD) again receives the total intensity of the radiation, namely the fluorescence radiation (FL) of the sensor element (NVD) and the compensation radiation (CL).
  • An optical filter (F1) again prevents pump radiation (LB) from reaching the radiation receiver (PD).
  • the radiation receiver (PD) converts the value of the total radiation intensity into the current value of the receiver output signal (SO).
  • a synchronous demodulator (SDM) converts the receiver output signal (SO) into the demodulated signal
  • a signal generator (G) preferably generates the transmission signal
  • the transmission signal (S5) preferably has a frequency different from 0 Hz.
  • the exemplary synchronous demodulator (SDM) comprises a first multiplier (Ml), which converts the receiver output signal (SO) into an instantaneous value of the multiplier output signal (S3 ) converts.
  • An exemplary low-pass filter (TP) amplifies and filters the multiplier output signal (S3) to form the demodulated signal (S4).
  • the low-pass filter (TP) has thus taken over the function of the first amplifier (VI) of FIG. 1 and FIG. 4.
  • the low-pass filter (TP) preferably allows essentially only a direct signal and no frequencies of the transmission signal (S5) or higher to pass.
  • Evaluation means that are no longer shown can then process the demodulated signal (S4) further, as shown in FIG.
  • a second multiplier (M2) multiplies the instantaneous value of the demodulated signal (S4) by the instantaneous value of the transmission signal (S5) to form the instantaneous value of the compensation pre-signal (S6).
  • a second amplifier (V2) amplifies the compensation signal (S6) further to the compensation transmission signal (S7) and typically provides it with an offset.
  • the intensity of the compensation radiation (CL) emitted by the compensation radiation source (CLED) typically depends on the instantaneous value of the compensation transmission signal (S7).
  • the intensity of the pump radiation (LB) emitted by the pump radiation source (PLED) typically depends from the instantaneous value of the transmission signal (S5).
  • the gains and offsets in the control loop are preferably designed in such a way that, apart from control errors and system noise, stability is established.
  • FIG. 6 shows a module whose function corresponds to the structure of an exemplary magnetometer from FIG. 5, in cross section. It corresponds to the module of Figure 2.
  • CLED compensation radiation source
  • a user of the technical teaching disclosed here will preferably choose the compensation wavelength (l ⁇ ) of the compensation radiation (CL) that it can pass through the optical filter (F1) in the example of FIG. If the pump radiation (LB) is green, for example, and the fluorescence radiation (FL) is red, for example, infrared radiation can be useful as compensation radiation (CL).
  • FIG. 8 shows a sensor element in an optical waveguide (LWL) as the core of an electrical coil (L) for current measurement.
  • the optical transmission links of the systems described above can also be designed entirely or partially as optical waveguides (LWL). It can then make sense to wind a coil (L) as an electrical conductor (LTG) around the optical waveguide (LWL) and the sensor element (NVD) inserted in the optical waveguide (LWL) in order to maximize the magnetic flux density B.
  • FIG. 9a shows an exemplary fluorescence curve for a sensor element with NV centers in diamond.
  • FIG. 9b shows the associated sensitivity curve for the change in the intensity of the fluorescence radiation as a function of the magnetic flux density B.
  • Figures 10 to 18 show a method for manufacturing an optical module.
  • the sequence of individual steps can be changed if necessary.
  • the procedure can be supplemented by steps. If necessary and if it makes sense, steps can be left out.
  • the exemplary method begins with the provision of a system carrier (GPCB) in FIG. 10.
  • the system carrier (GPCB) is optically non-transparent. It has a first exemplary optically transparent bushing (OV1) and a second exemplary optically transparent bushing (OV2) and a third exemplary optically transparent bushing (OV3) which later allow functional elements to be optically connected to the other side of the system carrier (GPCB) communicate.
  • OV1 optically transparent bushing
  • OV2 second exemplary optically transparent bushing
  • OV3 third exemplary optically transparent bushing
  • the manufacturing device applies a glass frit paste made of glass dust and a carrier medium to the system carrier (GPCB) of FIG. 10 in the example shown here.
  • This application can use functionally equivalent materials made from other substances (e.g. from salts).
  • the application of the glass frit paste takes place here, for example, with stencil printing. The sections of the glass frit paste printed in this way later form the first transmission path (il) and the second transmission path (i2) and the third transmission path (i3).
  • the manufacturing device applies a glass frit paste, which comprises ferromagnetic particles, to the system carrier of FIG. 11 on the other side of the system carrier (GPCB), for example by means of stencil printing.
  • This glass frit paste which comprises ferromagnetic particles, will later form the bias magnet (BM), for example.
  • the manufacturing device brings on the system carrier (GPCB) of FIG. il), a glass frit paste, for example by means of stencil printing.
  • This glass frit paste can for example be interspersed with diamond microcrystals with NV centers of high density.
  • this additional material then leads to a scattering of the compensation radiation (CL) and the fluorescence radiation (FL) on these particles, so that this radiation then passes through the second exemplary optically transparent feedthrough (OV2) later on to the one not yet mounted here Radiation receiver (PD) can fall.
  • This new section of glass frit paste will later form an optical diffuser (STR) in the beam path.
  • a heat treatment of the system carrier (GPCB) of FIG. 15 melts the glass frit paste sections and remelts them. You now prefer to establish a fixed mechanical connection with the system carrier (GPCB).
  • FIG. 17 A printing technique, preferably using thick-film technique, applies electrical lines (LT) to the system carrier (GPCB) of FIG.
  • LT electrical lines
  • GPCB system carrier
  • a manufacturing device prints the system carrier (GPCB) of FIG. 17 with solder paste.
  • An assembly device equips the system carrier (GPCB) of FIG. 17 with electronic components (IC, CLED, PD, PLED).
  • the system carrier is soldered, for example, in a soldering device (not shown), for example a reflow oven.
  • the pump radiation source (PLED) for example a green LED, can now feed the, for example, green pump radiation (LB) via the first exemplary optically transparent bushing (OV1) into the first transmission path (il), which now functions as an optical waveguide (LWL) after melting .
  • the pump radiation (LB) hits the sensor element (NVD), which here includes NV centers as an example.
  • the sensor element (NVD) functions here as a short optical fiber (LWL) with active components, the NV centers.
  • the sensor element (NVD) emits fluorescence radiation (FL) into the second transmission path (i2), into which pump radiation (LB) also reaches and which also functions as an optical waveguide (LWL).
  • the optical filter (F1) functions here as a wavelength-selective optical waveguide (LWL). Due to its coloration, the optical filter (F1) only allows fluorescent radiation (FL) to pass. The fluorescence radiation (FL) now reaches another optical fiber (LWL).
  • the compensation radiation source (CLED) radiates the compensation radiation (CL) via the third exemplary optically transparent feedthrough (OV3) into the third transmission path (i3).
  • ADC analog-to-digital converter (an evaluation means)
  • the optical filter (F1) is preferred for the pump radiation
  • the optical filter (F1) thus prevents pump radiation (LB) from reaching the radiation receiver (PD). If necessary, it can make sense for the optical filter (F1) to allow a predetermined proportion of the pump radiation (LB) to pass in order to set the operating point of a control loop.
  • GPCB circuit carrier This document also refers to the circuit carrier (GPCB) with the term system carrier, which is synonymous in the sense of this document
  • the circuit carrier (GPCB) is preferably one for radiation with the pump radiation wavelength (A pmp) of the pump radiation (LB) and / or for radiation with the fluorescence radiation wavelength (lh) fluorescence radiation (FL) and / or for radiation with the compensation radiation wavelength ( l ⁇ ) the compensation radiation (CL) and / or another Functional radiation in at least the relevant areas that are relevant for the function of the sensor module / the magnetometer / the quantum optical system / the quantum computer, transparent;
  • the exemplary microintegrated circuit preferably comprises the regulator circuit with the filters, amplifiers, the analog-to-digital converter (ADC) and the data interface (IF) as well as possibly further electrical functional parts;
  • the data interface typically comprises a computer unit and a data bus interface
  • Pump current (I Pum ) of the pump current source (10) operates the pump radiation source (PLED).
  • This document designates the electrical pump current (I Pum ) of the pump current source (10) as a transmission signal (S5). If necessary, the pump current (l Pum ) can deviate from the transmission signal (S5) in such a way that a signal generator (G) generates the transmission signal (S5) and that the pump current source (10) generates the pump current (S5) as a function of the transmission signal (S5). l Pum ) modulated.
  • the dependence of the pumping current (I Pum ) generated by the pumping current source (10) on the value of the transmission signal (S5) at the typical operating point is preferably essentially a linear dependence.
  • l ⁇ Fluorescence radiation wavelength (l ⁇ ) of the fluorescence radiation (FL), which the paramagnetic center and / or the paramagnetic centers, so for example one NV center and / or several NV centers and / or a plurality of NV centers in the form of a cluster of NV Centers, when irradiated with radiation of the pump radiation wavelength (l rp ⁇ r) of the pump radiation (LB) emitted by the pump radiation source (PLED); l
  • LTG electrical conductor (LTG) whose electrical current is to be measured.
  • NVD sensor element Pump radiation (LB) controls the sensor element (NVD).
  • the sensor element (NVD) changes its optical properties as a function of a physical variable and as a function of the control by the pump radiation (LB).
  • It is preferably one or more crystals, one of which, however, is preferred several one, however, preferably a plurality and even more preferably a plurality of the crystals have an at least locally very high density of these paramagnetic centers.
  • the density of the paramagnetic centers in the sensor element is so high that their secondary radiation and / or their spin states may influence the other paramagnetic centers and thus result in new optical properties.
  • One or more of the paramagnetic centers are preferably NV centers in diamond and / or STI centers in diamond and / or L2 centers in diamond and / or SiV centers in diamond. It is preferably a large number of crystals. It is very particularly preferably a large number of micro- and / or nanocrystals. These crystals and / or crystallites are preferably aligned stochastically within the sensor element (NVD).
  • NVD sensor element
  • the pump radiation source (PLED) preferably emits the pump radiation (LB) as a function of the intensity of the pump radiation (LB) from the transmission signal (S5).
  • the pump radiation source (PLED) is preferably a light-emitting diode or a laser, in particular a semiconductor laser.
  • the pump radiation source (PLED) also includes optical functional elements such as mirrors and lenses that focus the pump radiation (LB) on an area of the sensor element (NVD) and thus for a high pump radiation power density in the area of the irradiated with the pump radiation (LB) Sensor element (NVD).
  • the first amplifier (VI) amplifies the modulated
  • V2 V2 second amplifier.
  • the second amplifier (V2) amplifies the demodulated signal (S4) to form a compensation transmission signal (S7); List of the cited writings

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Skalar-Magnetometer mit einem Sensorelement (NVD), einem Schaltungsträger (GPCB), einer Pumpstrahlungsquelle (PLED), einem Strahlungsempfänger (PD) und Auswertemitteln (ADC, IF). Die Pumpstrahlungsquelle (PLED) sendet Pumpstrahlung (LB) aus. Das Sensorelement (NVD) umfasst als paramagnetische Zentren bevorzugt ein oder mehrere NV-Zentren in Diamant. Dieses paramagnetische Zentrum des Sensorelements (NVD) emittiert bei Bestrahlung mit Pumpstrahlung (LB) eine Fluoreszenzstrahlung (FL), wobei die Intensität der Fluoreszenzstrahlung (FL) des paramagnetischen Zentrums von der magnetischen Flussdichte B am Ort des paramagnetischen Zentrums abhängt. Der Strahlungsempfänger (PD) wandelt das Intensitätssignal der Fluoreszenzstrahlung (FL) in ein Empfängerausgangssignal (SO) um. Die Auswertemittel (ADC, IF) sind dazu geeignet und bestimmt, den Wert des Empfängerausgangssignals (SO) als Messwert zu erfassen und/oder abzuspeichern und/oder weiterzugeben. Dabei ist bevorzugt das Material des Schaltungsträgers (GPCB) für die Pumpstrahlung (LB) im Strahlungspfad zwischen Pumpstrahlungsquelle (PLED) und Sensorelement (NVD) transparent und für die Fluoreszenzstrahlung (FL) im Strahlungspfad zwischen Sensorelement (NVD) und Strahlungsempfänger (PD) transparent. Die Komponenten Sensorelement (NVD), Pumpstrahlungsquelle (PLED), Strahlungsempfänger (PD) und Auswertemittel (ADC, IF) sind bevorzugt an dem Schaltungsträger (GPCB) mechanisch befestigt.

Description

NV-Zentrum basierendes mikrowellenfreies und galvanisch getrenntes Magnetometer
Diese internationale Patentanmeldung nimmt die Priorität der deutschen Patentanmeldung DE 102020 102311.1 vom 30.01.2020 in Anspruch.
Feld der Erfindung
Die Erfindung richtet sich auf ein Skalar-Magnetometer und dessen Vorrichtungsteile und wesentlichen Anwendungen. Kern des Skalar-Magnetometers ist ein quantenoptisches System. Das quantenoptische System umfasst typischerweise mindestens einen Quantenpunkt. Der Quantenpunkt kann insbesondere ein oder mehrere paramagnetische Zentren in einem oder mehreren Kristallen und/oder insbesondere mindestens eine Vielzahl paramagnetischer Zentren in einem oder mehreren Kristallen und/oder insbesondere ein oder mehrere NV-Zentren in einem oder mehreren Diamantkristallen und/oder insbesondere mindestens 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 umfassen. Ein wesentlicher Teil, der die hier vorgelegte Erfindung vom Stand der Technik neben anderen Merkmalen unterscheidet, ist mindestens ein Schaltungsträger (GPCB), der Teil des quantenoptischen Systems ist. Die Erfinder schlagen vor, dass das quantenoptische System einen Schaltungsträger (GPCB) aus einem zumindest teilweise optisch transparenten Material umfasst. Der Quantenpunkt kann vorschlagsgemäß mit einer optischen Strahlung wechselwirken. Der Schaltungsträger (GPCB) kann dann erfindungsgemäß in der Form mit dem Quantenpunkt wechselwirken, 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. Im Folgenden ist diese Strahlung die Pumpstrahlung (LB) und/oder die Fluoreszenzstrahlung (FL) und/oder ggf. die Kompensationsstrahlung (CL), wobei eine Wechselwirkung des Quantenpunkts mit der Kompensationsstrahlung (CL) eigentlich nicht erwünscht ist. 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. Fleute werden oft Flall-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 102019 120076.8, PCT / DE 2020 / 100648, DE 10 2020 119414.5, DE 10 2019 121 137.9,
DE 102019009 155.8, DE 102020000075.4, DE 10 2020 125 169.6, DE 102020 125 171.8,
DE 102020 125 172.6, DE 102020 125 173.4, DE 10 2020 125 191.2, DE 102020 125 190.4,
DE 102020 125 188.2, DE 102020 125 187.4, DE 10 2020 125 186.6, DE 102020 125 185.8,
DE 102020 125 183.1, DE 102020 125 182.3, DE 10 2020 125 181.5, DE 102020 125179.3,
DE 102020 125 180.7, DE 102020 125 178.5, DE 10 2020 125 177.7, DE 102020 125 176.9,
DE 102020 125 174.2, DE 10 2020 125 175.0, PCT / DE 2020 / 100827, DE 10 2020 125 189.0,
DE 102020 129 308.9; DE 102020 129 315.1; DE 10 2020 129 319.4, DE 10 2020 129322.4,
DE 102020 129 324.0, DE 10 2020 129 326.7, DE 10 2020 129329.1, DE 102020 129 330.5,
DE 102020 129 332.1, DE 10 2020 129 337.2, DE 10 2020 129338.0, DE 102020 129 340.2,
DE 102020 129 348.8, DE 10 2020 129 349.6, DE 10 2020 129366.6, DE 102020 129 367.4,
DE 102020 129 368.2, DE 10 2020 129 379.8, PCT / DE 2020 / 100953, DE 10 2019 117423.6,
DE 102019 120716.9, DE 10 2019 117423.6, DE 10 2020004617.7, DE 102020 109477.9 hin.
Des Weiteren weisen wir auf die anhängigen, veröffentlichten Patentanmeldungen
DE 102019 121 028 Al, DE 10 2019 009 126 Al, DE 102019 009 136 Al, DE 102019009 145 Al,
DE 102019009 133 Al, WO 2020 239 172 Al (PCT / DE 2020 / 100430), DE 102019 121 029 Al,
DE 102018 127 349 Al, WO 2020089465 A2 (PCT / EP 2019 / 079 992) hin. Das Veröffentlichungsdatum der zuletzt genannten Gruppe von Schriften liegt nach dem Prioritätsdatum 30.01.2020 der Schrift DE 102020 102311.1. Die hier vorgelegte Schrift nimmt das Prioritätsdatum 30.01.2020 der Schrift DE 102020 102311.1 in Anspruch.
Außerdem weisen wir auf das bereits erteilte deutsche Patent DE 102020 101784 B3 hin. Das Veröffentlichungsdatum der DE 102020 101784 B3 liegt nach dem Prioritätsdatum 30.01.2020 der Schrift DE 102020102311.1. Die hier vorgelegte Schrift nimmt das Prioritätsdatum 30.01.2020 der Schrift DE 102020102311.1 in Anspruch.
Auch weisen wir auf die vor dem Prioritätsdatum 30.01.2020 dieser Schrift veröffentlichte Schrift DE 102015016021 Al hin.
Ebenfalls weisen wir auf die deutschen Gebrauchsmuster DE 202020106 110 Ul und DE 202020 106 145 Ul hin. Die Veröffentlichungsdaten der deutschen Gebrauchsmuster DE 202020106 110 Ul und DE 202020 106 145 Ul liegen nach dem Prioritätsdatum 30.01.2020 der Schrift DE 102020102311.1. Die hier vorgelegte Schrift nimmt das Prioritätsdatum 30.01.2020 der Schrift DE 102020102311.1 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 2016083 140 Al und WO 2018 169997 Al ein AFM- Magnetometer, das beispielsweise zur Untersuchung mikroelektronischer Schaltungen geeignet ist. Die Schriften US 9541610 B2, US 9551763 Bl und US 10408889 B2 beschreiben ein Magnetometer mit einer räumlichen Empfindlichkeit.
Die Dokumente US 9910 105 B2, US 10006973 B2, US 10007885 Bl, US 10012704 B2,
US 10088452 B2, US 10 120039 B2, US 10 168393 B2, US 10241 158 B2, US 10277208 B2,
US 10345396 B2, US 10345396 B2, US 10359479 B2, US 10408890 B2, US 8547090 B2,
US 8947080 B2, US 9222887 B2, US 9557391 B2, US 9599562 B2, US 9632045 B2,
US 9638821 B2, US 9658301 B2, US 9664767 B2, US 9720055 Bl, US 9817081 B2,
US 9823314 B2, US 9823314 B2, US 9829545 B2 und US 9910 104 B2 beschreiben NV-Zentren basierende Magnetometer und deren Details. 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 STl-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 4322830 Al 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 (lPum ) durch eine Pumpstromquelle (10) 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 (lpump) 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 q, die Beschleunigung a, die Geschwindigkeit v, die elektrische Flussdichte D, die elektrische Feldstärke E, die magnetische Feldstärke H, die Gravitationsfeldstärke g, die Rotationsgeschwindigkeit co, die Rotationsbeschleunigung a, 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 lpm, besser größer als 2pm, besser größer als 5pm, besser größer als lOpm, besser größer als 20pm, besser größer als 50pm, besser größer als 100 pm, besser größer als 200 pm, besser größer als 500 pm.
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 FIPT-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 202020 106 110 Ul 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 (SO) wandelt.
Die Auswertemittel (ADC, IF) sind bevorzugt dazu geeignet und bestimmt, den Wert des Empfängerausgangssignals (SO) als Messwert zu erfassen und abzuspeichern und/oder weiterzugeben. Zu diesen Auswertemitteln (ADC, IF) können beispielsweise Verstärker (VI, V 2), 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 (Äpmp) der Pumpstrahlung (LB) und/oder für Strahlung mit der Fluoreszenzstrahlungswellenlänge (Äfi) 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 hersteilen.
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) hersteilen 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 (lrίtir) der Pumpstrahlung (LB) und/oder die
Fluoreszenzstrahlungswellenlänge (lίΐ) 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 (lrpir) der Pumpstrahlung (LB) und/oder der halben Fluoreszenzstrahlungswellenlänge (lίΐ) 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 Gebrauchsmuster DE 202020 106 110 Ul 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 (lrpir) keine Fluoreszenz und vor allem keine Fluoreszenzstrahlung mit der Fluoreszenzwellenlänge (lίΐ) 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 (lrpir) 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 (lίΐ) 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 (lrpir) der Pumpstrahlung (LB) wird im Gegensatz dazu in der Regel, insbesondere bei der Verwendung von NV-Zentren als paramagnetischen Zentren, kleiner als die Fluoreszenzstrahlungswellenlänge (lίΐ) 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 PLT5520B beispielsweise als Pumpstrahlungsquelle (PLED) mit 520nm Pumpstrahlungswellenlänge (lrίtir) geeignet. Die Pumpstrahlung (LB) der Pumpstrahlungsquelle (PLED) sollte bei der Verwendung von NV-Zentren eine Pumpstrahlungswellenlänge (lrpir) 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 Gebrauchsmuster DE 202020 106 110 Ul 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 lOOppm und/oder von mehr als 50ppm und/oder von mehr als 20ppm und/oder von mehr als lOppm und/oder von mehr als 5ppm und/oder von mehr als 2ppm und/oder von mehr als lppm und/oder mehr als 0,lppm 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 103ppm und/oder von mehr als 104ppm und/oder von mehr als 105ppm und/oder von mehr als 106ppm 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 (VI). Der erste Verstärker (VI) verstärkt das Empfängerausgangssignal (SO) des Strahlungsempfängers (PD) und versieht es mit einem Offset, der ggf. auch 0 sein kann. Der erste Verstärker (VI) erzeugt als sein Verstärkerausgangssignal (sonst S4) 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 (SO), das dann von dem Wert dieser Überlagerung abhängt. Die Verstärkung des ersten Verstärkers (VI) und dessen Offset sind dabei so eingestellt, dass der Regelkreis stabil ist und der Regelkreis den Wert des Empfängerausgangssignals (SO) 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 ( KS) 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 (VI) 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 (10) den elektrischen Pumpstrom (lPum ) 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 (VI) des Magnetometers das dann ebenfalls modulierte Empfängeraufgangssignal (SO) des Strahlungsempfängers (PD) zu einem demodulierten Signal (S4). Bevorzugt ist dabei der erste Verstärker (VI) ein Synchrondemodulator, der das Sendesignal (S5) oder ein aus dem Sendesignal (S5) abgeleitetes Signal zur Demodulation des demodulierten Signals (S4) aus dem modulierten Empfängerausgangssignal (SO) verwendet. Bevorzugt umfasst das Magnetometer einen zweiten Verstärker (V2), der das demodulierte Signal
(54), 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
(55) so ein, dass der Regelkreis das Empfängerausgangssignal (SO) auf ein im Wesentlichen konstantes Signal als Empfängerausgangssignal (SO) 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 lOOppm und/oder größer als 50ppm und/oder größer als 20ppm und/oder größer als lOppm und/oder größer als 5ppm und/oder größer als 2ppm und/oder größer als lppm und/oder größer als 0,lppm und/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,lppm 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 (Fl) umfasst, der transparent für Strahlung mit der Fluoreszenzstrahlungswellenlänge (l«) der Fluoreszenzstrahlung (FL) ist und der nicht transparent für Strahlung mit der Pumpstrahlungswellenlänge (lrίT1r) 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 (Fl) vorbeiführt. Blenden können dies ggf. sicherstellen. Der optische Filter (Fl) 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 lkV und/oder besser von mehr als 2kV und/oder besser von mehr als 5kV und/oder besser von mehr als lOkV und/oder besser von mehr als 20kV und/oder besser von mehr als 50kV und/oder besser von mehr als lOOkV 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 (lrίT1r) aufweist, eine Fluoreszenzstrahlung (FL), die eine Fluoreszenzstrahlungswellenlänge (lίΐ) 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 (lrpΐr) 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 lOOppm und/oder größer als 50ppm und/oder größer als 20ppm und/oder größer als lOppm und/oder größer als 5ppm und/oder größer als 2ppm und/oder größer als lppm und/oder größer als 0,lppm und/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,lppm 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 lOmT 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 lOmT 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 opto elektronisches 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 opto elektronische 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 (Figur 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 Flochspannungs- 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 Patentanmeldungen DE 102019 105 337 Al, DE 102019 105340 Al,
DE 102019 105 343 Al, DE 10 2019 105346 Al, DE 102019 105 359 Al, DE 102019 105363 Al,
DE 102019 105372 Al, DE 10 2019 105389 Al, DE 102019 134408 Al, DE 102020 100996 Al,
DE 102020 101 000 Al, DE 10 2020 101 036 Al und DE 102020 101 060 Al 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.
Somit weist eine solche Energieversorgungseinrichtung zumindest ein paramagnetisches Zentrum auf.
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.
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Diese Schrift kann aufgrund der vorbeschriebenen Vorrichtungen eine beispielhafte Leistungsüberwachungsvorrichtung angeben. Diese Leistungsüberwachungsvorrichtung kann die Funktion eines FI-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 lkV 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 1010 des ersten Messwerts und/oder um mehr als 10 9 des ersten Messwerts und/oder um mehr als 108 des ersten Messwerts und/oder um mehr als 107 des ersten Messwerts und/oder um mehr als 106 des ersten Messwerts und/oder um mehr als 105 des ersten Messwerts und/oder um mehr als 104 des ersten Messwerts und/oder um mehr als 103 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 102019 105 337 Al, DE 102019 105340 Al, DE 10 2019 105 343 Al, DE 10 2019 105346 Al, DE 102019 105 359 Al, DE 10 2019 105363 Al, DE 102019 105 372 Al, DE 102019 105389 Al,
DE 102019 134408 Al, DE 10 2020 100996 Al, DE 102020 101 000 Al, DE 102020 101036 Al und DE 102020 101 060 Al 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.
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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 Bchaltungstragers
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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 (lrpΐr) der Pumpstrahlung (LB) und/oder für Strahlung mit der Fluoreszenzwellenlänge (lίΐ) der Fluoreszenzstrahlung (FL) und/oder für Strahlung mit der Kompensationsstrahlungswellenlänge (li«) 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 Aufträgen 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 Drückens 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.
Bei der Herstellung eines Schaltungsträgers (GPCB) im Sinne dieser Schrift ist es vorteilhaft, wenn die Fertigung des Schaltungsträgers (GPCB) zumindest zwei, besser mehr Glasfrit-Pasten verwendet. Die erste Glasfrit-Paste wird genutzt, um die Lichtwellenleiter (LWL) herzustellen. Die zweite Glasfrit- Paste umfasst zusätzlich Kristalle mit paramagnetischen Zentren. Hierdurch lassen sich Lichtwellenleiter (LWL) erstellen, die durch einen Lichtwellenleiterbereich unterbrochen sind, der diese paramagnetischen Zentren z.B. als Sensorelement (NVD) umfasst.
Diese Kristalle mit paramagnetischen Zentren sind bevorzugt Diamantkristalle mit NV-Zentren und/oder Diamantkristalle mit STl-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 Laser- Schneiden 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 (Fl) als Teil der Vorrichtung fertigen.
Insbesondere kann eine solche Folie, die die Fertigungsvorrichtung im Fertigungsprozess für die Fierstellung 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 (lrίT1r) der Pumpstrahlung (LB), wenn diese die nicht absorbiert wird, transparent sein und/oder für Strahlung mit der Fluoreszenzstrahlungswellenlänge (lίΐ) der Fluoreszenzstrahlung (FL), wenn diese die nicht absorbiert wird, transparent sein und/oder für Strahlung mit der Kompensationsstrahlungswellenlänge (li<5) 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 STl-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.
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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.
Ein Direkt-Kontakt-Sensorelement ist im Sinne dieser Schrift dabei ein Sensorelement (NVD), das dazu vorgesehen und geeignet ist, in direkten mechanischen Kontakt mit sich relativ zur mechanischen Kontaktoberfläche des Sensorelements (NVD) bewegenden anderen Oberflächen anderer Körper zu stehen, wobei eine Oberfläche dieses Sensorelements (NVD) dazu vorgesehen ist, mit der betreffenden Oberfläche des anderen Körpers, die sich bewegt, in mechanischem Kontakt zu sein. Hierbei kann es sich auch um Gase und Flüssigkeiten, also Fluide handeln, wobei vereinfachend angenommen wird, dass in einem geringen Abstand von der Sensoroberfläche in dem Fluid eine Bewegung stattfindet. Dies ist beispielsweise bei Messungen in Bohrlöchern von Bedeutung. In Bohrlöchern kann ggf. das Bohrgestänge mit der Bohrflüssigkeit typischerweise ein Gas/Sand/Wasser/Öl-Gemisch an einem solchen Sensorelement (NVD) unmittelbar vorbeiführen. Die Bewegungen dieses Gemisches verursachen typischerweise einen hohen Abrieb an der Oberfläche des Sensorelements.
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.
Bevorzugt umfasst dabei das Messsystem ein Direkt-Kontakt-Sensorelement. Beispielsweise ist es als Anwendung denkbar, den Bohrkopf eines Bohrers einer Schlagbohrmaschine mit NV-Zentren zu versehen und die magnetische Feldstärke an der Bohrerspitze zu erfassen, um ein Anbohren von stromführenden elektrischen Leitungen zu vermeiden. Überschreitet der Wert der durch das NV- Zentrum erfassten magnetischen Flussdichte einen vorgegebenen Schwellwert, so schaltet die Bohrmaschine ab. Sensorsvstem
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.
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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.
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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 102020101784 B3 hingewiesen, dessen technische Lehre vollumfänglicher Teil dieser Anmeldung ist. Die technische Lehre der prioritätsbegründenden Schrift DE 102019 133466.7 der DE 102020101784 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.
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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-Flärte dieser direkt zugänglichen Materialoberfläche des Sensorelements sollte dabei oberhalb der Grenze für superharte Werkstoffe (>40GPa) liegen.
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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. Ouantensystem
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 (lPum , 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 (lpum , 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 (lpum , S5) moduliert das elektrische Pumpsignal (lpum , 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 (SO) wandelt. Ein Synchrondemodulator demoduliert das Empfängerausgangssignal (SO) 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.
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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.
Die Übertragung kann z.B. drahtgebunden über einen Datenbus oder einen Lichtwellenleiter oder drahtlos mittels elektromagnetischer Wellen oder Ultraschall erfolgen. Bei einer Positionierung in einem Bohrloch ist es vorteilhaft, wenn das Messsystem ein Direkt-Kontakt-Sensorelement aufweist, sodass das Direkt-Kontakt-Sensorelement die magnetischen Eigenschaften, beispielsweise des umgebenden Gesteins und/oder beispielsweise eines vorbeiströmenden Erdöl-/Gas-/Wasser- /Sandgemisches direkt messen kann.
Verfahren zum Herstellen eines optischen Systems
Es ist besonders vorteilhaft, das notwendige optische System zumindest teilweise durch einfache Druck- und Dispens-Prozesse kostengünstig hersteilen zu können. Es handelt sich um ein Verfahren zur Fierstellung 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 STl-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 500pm und/oder besser weniger als 200pm und/oder besser weniger als lOOpm und/oder besser weniger als 50pm und/oder besser weniger als 20pm und/oder besser weniger als lOpm und/oder besser weniger als 5pm und/oder besser weniger als 2pm und/oder besser weniger als lpm auf. Sollen diffraktive Optiken hergestellt werden, so muss die Struktur kleiner als die Wellenlänge sein. Die Breite ist dann bevorzugt sogar weniger als 0,5pm und/oder besser weniger als 0,2pm und/oder besser weniger als 0,lpm.
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.
Diese können dann zu komplexeren Systemen zusammengesetzt werden. Bevorzugt ist der Systemträgers (GPCB) in Teilen optisch nicht transparent und/oder in Teilen optisch transparent. Dies hängt von der Art der Anwendung ab. Der Systemträger (GPCB) kann daher auch optisch komplett intransparent und/oder optisch komplett transparent sein. Es ist möglich, mehrere Seiten des Systemträgers (GPCB) für optische und/oder elektrische Funktionselemente zu nutzen. Es ist möglich, auch elektrische Schaltungen in Dickschicht und/oder Dünnschichttechnik auf dem Systemträger (GPCB) zu fertigen. Die mögliche Bildung der Schichten mittels Klebeverfahren realisiert eine weitere mögliche Ausführungsform.
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.
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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 hersteilen 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 500pm und/oder weniger als 200pm und/oder weniger als lOOpm und/oder weniger als 50pm und/oder weniger als 20pm und/oder weniger als lOpm und/oder weniger als 5pm und/oder weniger als 2pm und/oder weniger als lpm und/oder weniger als 0,5pm und/oder weniger als 0,2pm und/oder weniger als O,ΐmiti 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 hersteilen. Die Vorteile sind hierauf aber nicht beschränkt. Geeignete Fertigungsvorrichtungen können mittels Varianten der Fertigungsprozesse verschiedene Ausführungsformen der hier vorgestellten Vorrichtungen hersteilen. 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 fl-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 (lPum ) 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 (SO) wandelt und wobei ein Wert oder Werte des Empfängerausgangssignals (SO) 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 (SO) 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 (lrpΐr) 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 (lίΐ) 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 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.
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.
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. 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.
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. 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.
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.
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.
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.
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.
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.
Merkmal 12: Magnetometer nach einem oder mehreren der Merkmale 1 bis 11 mit einer Kompensationslichtquelle (CLED) und mit einem ersten Verstärker (VI) und wobei der erste Verstärker (VI), ggf im Zusammenwirken mit weiteren Teilvorrichtungen, das Empfängerausgangssignal (SO) 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 (SO) dann von dieser Überlagerung abhängt und wobei die Verstärkung des ersten Verstärkers (VI) und dessen Offset so eingestellt sind, dass der Regelkreis stabil ist und dass dieser Regelkreis den Wert des Empfängerausgangssignals (SO) nahezu bis auf den Regelfehler des Reglers, der bevorzugt ein P-Regler oder PI-Regler oder PID-Regler ist, auf einen Gleichwert ausgeregelt. 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.
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 (VI) 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.
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. Merkmal 16: Magnetometer nach einem oder mehreren der Merkmale 1 bis 15 wobei die Pumpstrahlungsquelle (PLED) mit einem Sendesignal (S5) moduliert ist. Merkmal 17: Magnetometer nach Merkmal 16 mit einem ersten Verstärker (VI), der das Empfängeraufgangssignal (SO) des Strahlungsempfängers (PD), zu einem demodulierten Signal (S4) verarbeitet und wobei der erste Verstärker (VI) 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 (SO) verwendet.
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 (SO) im Wesentlichen ein konstantes Signal ist und/oder sodass das Empfängerausgangssignal (SO) im Wesentlichen keinen Signalanteil des Sendesignals (S5) mehr aufweist.
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 lOOppm und/oder größer als 50ppm und/oder größer als 20ppm und/oder größer als lOppm und/oder größer als 5ppm und/oder größer als 2ppm und/oder größer als lppm und/oder größer als 0,lppm 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,lppm 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. 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.
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.
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 <lmT, 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. Merkmal 24: Magnetometer nach einem oder mehreren der Merkmale 1 bis 23 wobei das Magnetometer einen optischen Filter (Fl) umfasst, der transparent für Strahlung mit der Fluoreszenzwellenlänge (lίΐ) der Fluoreszenzstrahlung (FL) ist und der nicht transparent für Strahlung mit der Pumpstrahlungswellenlänge (lrίT1r) der Pumpstrahlung (LB) ist und wobei der optische Filter (Fl) sicherstellt, dass die Pumpstrahlung (LB) den Strahlungsempfänger (PD) nicht oder nur ausreichend gedämpft erreichen kann und wobei der optische Filter (Fl) sicherstellt, dass die Fluoreszenzstrahlung (FL) den Strahlungsempfänger (PD) ausreichend ungedämpft erreichen kann.
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.
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 lkV und/oder von mehr als 2kV und/oder von mehr als 5kV und/oder von mehr als lOkV und/oder von mehr als 20kV und/oder von mehr als 50kV und/oder von mehr als lOOkV 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.
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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 (lrpir) aufweist, eine Fluoreszenzstrahlung (FL), die eine Fluoreszenzstrahlungswellenlänge (lh) 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 (lrpir) 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.
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 lOOppm und/oder größer als 50ppm und/oder größer als 20ppm und/oder größer als lOppm und/oder größer als 5ppm und/oder größer als 2ppm und/oder größer als lppm und/oder größer als 0,lppm 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,lppm 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. 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.
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.
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 <lmT, 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.
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.
Merkmal 36: Modul nach Merkmal 35 wobei das elektronische Bauelement ein opto-elektronisches Bauelement ist, dass optisch mit dem Schaltungsträger (GPCB) gekoppelt ist.
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.
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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.
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.
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.
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.
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 FIMM-Modell ausführt, die mit der Hilfe dieses neuronalen Netzwerkmodells und/oder dieses FIMM-Modells das Feature-Vektor-Signal analysiert und eine oder mehrere Signalisierungen, insbesondere für eine übergeordnete Steuereinheit erzeugt.
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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.
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.
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.
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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 Fl-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.
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.
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 1010 des Betrags des ersten Messwerts und/oder um mehr als 109 des Betrags des ersten Messwerts und/oder um mehr als 108 des Betrags des ersten Messwerts und/oder um mehr als 107 des Betrags des ersten Messwerts und/oder um mehr als 106 des Betrags des ersten Messwerts und/oder um mehr als 105 des Betrags des ersten Messwerts und/oder um mehr als 104 des Betrags des ersten Messwerts und/oder um mehr als 103 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.
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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.
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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.
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.
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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.
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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).
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.
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.
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.
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 (lrίT1r) der Pumpstrahlung (LB) und/oder die Strahlung mit der Fluoreszenzstrahlungswellenlänge (lίΐ) der Fluoreszenzstrahlung (FL) und/oder die Strahlung mit der Kompensationsstrahlungswellenlänge (li«) Kompensationsstrahlung (CL) absorbieren.
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. 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.
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 STl-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.
Glasfrit-Paste, insbesondere für ein Verfahren zur Herstellung eines
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 STl-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.
Figure imgf000077_0001
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. 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.
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.
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 (lrίT1r) der Pumpstrahlung (LB) und/oder
Strahlung mit einer Fluoreszenzstrahlungswellenlänge (lίΐ) der Fluoreszenzstrahlung (FL) und/oder
Strahlung mit der Kompensationsstrahlungswellenlänge (li«) der Kompensationsstrahlung (CL) absorbieren und wobei die vierte Folie für Strahlung mit der Pumpstrahlungswellenlänge (lrίT1r) der Pumpstrahlung (LB), wenn diese die nicht absorbiert wird, transparent sein kann und wobei die vierte Folie für Strahlung mit der Fluoreszenzstrahlungswellenlänge (l«) der Fluoreszenzstrahlung (FL), wenn diese die nicht absorbiert wird, transparent sein kann und wobei die vierte Folie für Strahlung mit der Kompensationsstrahlungswellenlänge (li«) der Kompensationsstrahlung (CL), wenn diese die nicht absorbiert wird, transparent sein kann.
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.
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.
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 STl-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.
Figure imgf000080_0001
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 STl-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.
Optische Vorrichtung G83-861
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 Fleizelement, 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.
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 (SO) 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.
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.
Figure imgf000083_0001
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.
Figure imgf000083_0002
Merkmal 91: Quantencomputer mit einer optischen Vorrichtung nach einem oder mehreren der Merkmale 83 bis 86.
Figure imgf000083_0003
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 lOnm, 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 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 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-Sensorsvstem G94Ί
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.
Figure imgf000087_0001
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.
Figure imgf000088_0001
Merkmal 96: Quantensystem mit einer Pumpstrahlungsquelle (PLED), die Pumpstrahlung (LB) in Abhängigkeit von einem Sendesignal (lPum , 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 (lpump, 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 (lpum , S5) mit einer Pumpperiode zeitlich periodisch ist und wobei über mindestens 5 Pumpperioden der Betrag des Sendesignals (lpum , S5) einen Mittelwert aufweist und wobei in einem ersten Zeitraum sich der Betrag des Sendesignals (lpum , S5) über diesem Mittelwert während dieser mindestens 5 Pumpperioden befindet und wobei in einem zweiten Zeitraum sich der Betrag des Sendesignals (lpum , 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.
Merkmal 97. Quantensystem mit einer Pumpstrahlungsquelle (PLED), die Pumpstrahlung in Abhängigkeit von einem Sendesignal (lPum , 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 (lpump, 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 (lpum , S5) mit einem Spreiz-Code moduliert ist.
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 (SO) wandelt und wobei ein Synchrondemodulator (SDM) das Empfängerausgangssignal (SO) mit Hilfe des Sendesignals (S5) zu einem demodulierten Signal (S4) demoduliert.
Figure imgf000090_0001
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.
Merkmal 100: Empfänger nach Merkmal 99 wobei der Empfänger mit Hilfe eines Quantenpunkts ein Informationssignal in einem elektromagnetischen Feld extrahiert und zur Verfügung stellt.
Figure imgf000091_0001
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.
Figure imgf000092_0001
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.
Figure imgf000093_0001
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.
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 STl-Zentrum in Diamant und/oder o um ein L2-Zentrum in Diamant und/oder o um ein anderes paramagnetisches Zentrum in einem Kristall handelt.
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 500pm und/oder weniger als 200pm und/oder weniger als lOOpm und/oder weniger als 50pm und/oder weniger als 20pm und/oder weniger als lOpm und/oder weniger als 5pm und/oder weniger als 2pm und/oder weniger als lpm und/oder weniger als 0,5pm und/oder weniger als 0,2pm und/oder weniger als O,ΐmiti 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.
Figure imgf000096_0001
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. 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 STl-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.
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 500pm und/oder weniger als 200pm und/oder weniger als lOOpm und/oder weniger als 50pm und/oder weniger als 20pm und/oder weniger als lOpm und/oder weniger als 5pm und/oder weniger als 2pm und/oder weniger als lpm und/oder weniger als 0,5pm und/oder weniger als 0,2pm und/oder weniger als O,ΐmiti 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.
Liste der Figuren
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.
Figur 1 zeigt den Grundaufbau des Magnetometers als stark vereinfachtes Blockschema.
Figur 2 zeigt ein Modul, das in seiner Funktion dem Grundaufbau eines beispielhaften Magnetometers der
Figur 1 entspricht, im Querschnitt.
Figur 3 zeigt einen Stromsensor basierend auf dem Modul der Figur 2.
Figur 4 zeigt das Blockschema eines Magnetometers mit optischer Rückkopplungskompensation.
Figur 5 zeigt das Blockschema eines Magnetometers mit einer Chopper-Stufe. Figur 6 zeigt ein Modul, das in seiner Funktion dem Aufbau eines beispielhaften Magnetometers der Figur 5 entspricht, im Querschnitt.
Figur 7 zeigt einen Stromsensor basierend auf dem Modul der Figur 6.
Figur 8 zeigt ein Sensorelement in einem Lichtwellenleiter als Kern einer elektrischen Spule zur Strommessung.
Figur 9 zeigt eine Empfindlichkeitskurve für die Änderung der Intensität der Fluoreszenzstrahlung (FL) in Abhängigkeit von der magnetischen Flussdichte B.
Die Figuren 10 bis 18 zeigen ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Moduls mittels einer Glasfrit-Paste, die aufgeschmolzen wird.
Beschreibung der Figuren
Figur 1
Figur 1 zeigt den Grundaufbau des Magnetometers als stark vereinfachtes Blockschema. Als Signalgenerator (G) dient in diesem einfachen Beispiel eine Pumpstromquelle (10), die in diesem Beispiel nicht moduliert sein kann. Die Pumpstromquelle (10) erzeugt als Sendesignal (S5) den Pumpstrom (lpUmp)· Der Pumpstrom (lPumP) speist die Pumpstrahlungsquelle (PLED). Die Pumpstrahlungsquelle (PLED) emittiert in eine erste Übertragungsstrecke (il, nicht eingezeichnet) eine Pumpstrahlung (LB) hinein. Die Intensität der Pumpstrahlung (LB) hängt dabei typischerweise von dem Sendesignal (S5) ab. Flierdurch 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 (Fl) 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. Flierdurch gelangt im Wesentlichen nur die Fluoreszenzstrahlung (FL) über eine zweite Übertragungsstrecke (12, in der Figur 1 nicht eingezeichnet) in den Strahlungsempfänger (PD). Der Strahlungsempfänger (PD) wandelt die empfangene Intensität der Fluoreszenzstrahlung (FL) und ggf. weiterer empfangener Strahlung in ein Empfängerausgangssignal (SO) um, dessen Wert den Betrag der durch den Strahlungsempfänger (PD) empfangenen Strahlungsintensität repräsentiert. In dem Beispiel der Figur 1 verstärkt ein erster Verstärker (VI) das Empfängerausgangssignal (SO) 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 Figur 2 zeigt ein beispielhaftes Modul, das in seiner Funktion dem Grundaufbau eines beispielhaften Magnetometers der Figur 1 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 (Fl) 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. In Figur 9 kann später erkannt werden, dass z.B. ein Bias-Magnetfeld von ca. 10mA für NV-Zentren oft sehr gut geeignet ist.
Figur 3
Figur 3 zeigt einen Stromsensor basierend auf dem Modul der Figur 2. Das Modul der Figur 2 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
Figur 4 zeigt das Blockschema eines Magnetometers mit optischer Rückkopplungskompensation. Es entsprich weitestgehend der Figur 1. 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 (II) hier das Kompensationssendesignal (S7). Das Kompensationssendesignal (S7) speist die Kompensationsstrahlungsquelle (CLED) mit einem Kompensationssendestrom (lCom ). Der Kompensationssender (CLED) strahlt über eine dritte Übertragungsstrecke (13, 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 (SO) des Strahlungsempfängers (PD) ist von dieser momentanen Gesamtintensität abhängig. Damit ist Der momentane Wert des Empfängerausgangssignals (SO) 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
Figur 5 zeigt das Blockschema eines beispielhaften Magnetometers mit einer beispielhaften Chopper- Stufe. Der Strahlungsempfänger (PD) empfängt wieder wie in Figur 4 die Gesamtintensität der Strahlungen und zwar der Fluoreszenzstrahlung (FL) des Sensorelements (NVD) und der Kompensationsstrahlung (CL). Ein optischer Filter (Fl) verhindert wieder, dass Pumpstrahlung (LB) den Strahlungsempfänger (PD) erreicht. Der Strahlungsempfänger (PD) wandelt den Wert der Gesamtstrahlungsintensität in den momentanen Wert des Empfängerausgangssignals (SO) um. Ein Synchrondemodulator (SDM) wandelt das Empfängerausgangssignal (SO) in das demodulierte Signal
(54) mit Hilfe des Sendesignals (S5) um. Ein Signalgenerator (G) erzeugt bevorzugt das Sendesignal
(55). Das Sendesignal (S5) hat bevorzugt eine von 0Hz verschiedene Frequenz. In dem Beispiel der Figur 5 umfasst der beispielhafte Synchrondemodulator (SDM) einen ersten Multiplizierer (Ml), der das Empfängerausgangssignal (SO) durch Multiplikation des Momentanwerts des Empfängerausgangssignals (SO) 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 (VI) der Figur 1 und der Figur 4 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 in Figur 4 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
Figur 6 zeigt ein Modul, das in seiner Funktion dem Aufbau eines beispielhaften Magnetometers der Figur 5 entspricht, im Querschnitt. Es entspricht dem Modul der Figur 2. Im Gegensatz zur Figur 2 umfasst es nun die zusätzliche Kompensationsstrahlungsquelle (CLED) der Figuren 4 und 5. Ein Anwender der hier offengelegten technisch Lehre wird bevorzugt die Kompensationswellenlänge (l^) der Kompensationsstrahlung (CL) so wählen, dass sie in dem Beispiel der Figur 6 den optischen Filter (Fl) 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
Figur 7 zeigt wieder einen Stromsensor basierend auf dem Modul der Figur 6. Analog zu Figur 3 umfasst es wieder den besagten elektrischen Leiter (LTG).
Figur 8
Figur 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
Figur 9a zeigt eine beispielhafte Fluoreszenzkurve für ein Sensorelement mit NV-Zentren in Diamant. Figur 9b zeigt die zugehörige Empfindlichkeitskurve für die Änderung der Intensität der Fluoreszenzstrahlung in Abhängigkeit von der magnetischen Flussdichte B.
Figuren 10 bis 18 Die Figuren 10 bis 18 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) in Figur 10. In dem Beispiel der Figur 10 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) der Figur 10 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 (il) 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 der Figur 11 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) der Figur 12 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 (il) 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) der Figur 13 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 (lίΐ) der Fluoreszenzstrahlung (FL) des Sensorelements (NVD) durchlässt. Dieser neue Glasfrit-Pasten-Abschnitt wird später dann das optische Filter (Fl) bilden.
Figur 15
Die nicht gezeichnete Fertigungsvorrichtung bringt auf dem Systemträger (GPCB) der Figur 14 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) der Figur 15 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) der Figur 16 auf.
Figur 18
Eine nicht gezeichnete Fertigungsvorrichtung bedruckt den Systemträger (GPCB) der Figur 17 mit Lotpaste. Eine nicht gezeichnete Bestückungsvorrichtung bestück den Systemträger (GPCB) der Figur 17 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 (il) 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 (Fl) fungiert hier als wellenlängen-selektiver Lichtwellenleiter (LWL). Der optische Filter (Fl) 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;
Fl optischer Filter. Der optische Filter (Fl) 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 (Fl) verhindert somit, dass Pumpstrahlung (LB) auf den Strahlungsempfänger (PD) gelangt. Ggf. kann es sinnvoll sein, dass der optische Filter (Fl) 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 (Apmp) der Pumpstrahlung (LB) und/oder für Strahlung mit der Fluoreszenzstrahlungswellenlänge (lh) Fluoreszenzstrahlung (FL) und/oder für Strahlung mit der Kompensationsstrahlungswellenlänge (l^) 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;
11 Kompensationsstromquelle;
11 erste Übertragungsstrecke;
12 zweite Übertragungsstrecke;
13 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 (10). Der elektrische
Pumpstrom (lPum ) der Pumpstromquelle (10) betreibt die Pumpstrahlungsquelle (PLED). Diese Schrift bezeichnet den elektrischen Pumpstrom (lPum )der Pumpstromquelle (10) auch als Sendesignal (S5). Ggf. kann der Pumpstrom (lPum ) von dem Sendesignal (S5) in der Art abweichen, dass ein Signalgenerator (G) das Sendesignal (S5) erzeugt und dass die Pumpstromquelle (10) in Abhängigkeit von dem Sendesignal (S5) den Pumpstrom (lPum ) moduliert. Bevorzugt ist die Abhängigkeit des von der Pumpstromquelle (10) erzeugten Pumpstromes (lPum ) 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; lί| Fluoreszenzstrahlungswellenlänge (lίΐ) 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 (lrpΐr) der Pumpstrahlung (LB) der Pumpstrahlungsquelle (PLED) emittiert; l|<5 Kompensationsstrahlungswellenlänge (li«) der Kompensationsstrahlung (CL) der Kompensationsstrahlungsquelle (CLED); l-pmp Pumpstrahlungswellenlänge (lrpΐr) 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;
Ml 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 Stl-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.
SO Empfängerausgangssignal; S1 Verstärkerausgangssignal;
53 Multipliziererausgangssignal;
54 demoduliertes Signal;
55 Sendesignal; S6 Kompensationsvorsignal;
S7 Kompensationssendesignal;
SDM Synchrondemodulator;
STR Streukörper;
TP Tiefpassfilter; VI erster Verstärker. Der erste Verstärker (VI) verstärkt das modulierte
Empfängeraufgangssignal (SO) des Strahlungsempfängers (PD) zu einem demodulierten verstärkten Empfängerausgangssignal (SO);
V2 zweiter Verstärker. Der zweite Verstärker (V2) verstärkt das demodulierte Signal (S4) zu einem Kompensationssendesignal (S7); Liste der zitierten Schriften
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), DE 4322 830 Al, DE 10 2014019354.3, DE 102015 016 021 Al, DE 102017 107 597.6,
DE 102018 127 349 Al, DE 10 2019 105337 Al, DE 102019 105 340 Al, DE 102019 105343 Al, DE 102019 105 346 Al, DE 102019 105359 Al, DE 10 2019 105 363 Al, DE 10 2019 105 372 Al,
DE 102019 105 389 Al, DE 10 2019 009 126 Al, DE 102019 009 133 Al, DE 102019009 136 Al,
DE 102019009 145 Al, DE 10 2019 009 155.8, DE 102019 105372.2, DE 102019 105 389.7,
DE 102019 117423.6, DE 10 2019 120076.8, DE 10 2019 120716.9, DE 102019 121 028 Al,
DE 102019 121 029 Al, DE 10 2019 121 137.9, DE 102019 133466.7, DE 10 2019 134408 Al,
DE 102020000075.4, DE 10 2020004617.7, DE 10 2020 100996 Al, DE 10 2020 101 000 Al,
DE 102020 101 036 Al, DE 10 2020 101060 Al, DE 102020 101 784 B3, DE 10 2020 109477.9,
DE 102020 119414.5, DE 10 2020 125 169.6, DE 10 2020 125 171.8, DE 102020 125 172.6,
DE 102020 125 173.4, DE 10 2020 125 174.2, DE 10 2020 125 175.0, DE 102020 125 176.9,
DE 102020 125 177.7, DE 10 2020 125 178.5, DE 10 2020 125 179.3, DE 102020 125 180.7,
DE 102020 125 181.5, DE 10 2020 125 182.3, DE 10 2020 125 183.1, DE 102020 125 185.8,
DE 102020 125 186.6, DE 10 2020 125 187.4, DE 10 2020 125 188.2, DE 102020 125 189.0,
DE 102020 125 190.4, DE 10 2020 125 191.2, DE 10 2020 129308.9; DE 10 2020 129315.1;
DE 102020 129 319.4, DE 10 2020 129 322.4, DE 10 2020 129324.0, DE 102020 129 326.7,
DE 102020 129 329.1, DE 10 2020 129 330.5, DE 10 2020 129332.1, DE 102020 129 337.2,
DE 102020 129 338.0, DE 10 2020 129 340.2, DE 10 2020 129 348.8, DE 10 2020 129349.6,
DE 102020 129 366.6, DE 10 2020 129 367.4, DE 10 2020 129368.2, DE 102020 129 379.8,
DE 202020 106 110 Ul, DE 20 2020 106 145 Ul, PCT / DE 2020 / 100648, PCT / DE 2020 / 100827, PCT / DE 2020 / 100953, US 8547090 B2, US 8 947 080 B2, US 9 222 887 B2, US 9 541610 B2,
US 9 551763 Bl, US 9557 391 B2, US 9 599 562 B2, US 9632045 B2, US 9 638 821 B2,
US 9 658301 B2, US 9664767 B2, US 9 720055 Bl, US 9817081 B2, US 9 823 314 B2,
US 9 829545 B2, US 9910 104 B2, US 9 910 105 B2, US 10006973 B2, US 10007 885 Bl,
US 10012704 B2, US 10088452 B2, US 10 120039 B2, US 10 168393 B2, US 10241 158 B2,
US 10 277 208 B2, US 10345396 B2, US 10359479 B2, US 10408889 B2, US 10408890 B2,
US 20170322 244 Al, WO 2016 083 140 Al, WO 2018 169997 Al, WO 2020089465 A2 (PCT / EP 2019 / 079 992), WO 2020 239 172 Al (PCT / DE 2020 / 100430).

Claims

Patentansprüche
1. 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.
2. Modul, zur Verwendung als ein quantenoptisches System nach Anspruch 1 oder zu Verwendung als quantenoptisches System nach Anspruch 1, mit einem Sensorelement (NVD) und wobei das Sensorelement (NVD) zumindest den optischen Quantenpunkt, insbesondere das paramagnetische Zentrum, umfasst und wobei der Quantenpunkt des Sensorelements (NVD) bei Bestrahlung mit einer Pumpstrahlung (LB), die eine Pumpstrahlungswellenlänge (lrpΐr) aufweist, eine Fluoreszenzstrahlung (FL), die eine Fluoreszenzstrahlungswellenlänge (l«) aufweist, aussenden kann und wobei die Fluoreszenzstrahlung (FL) von dem Wert der magnetischen Flussdichte B und/oder dem Wert eines anderen physikalischen Parameters am Ort des Quantenpunkts, insbesondere am Ort des paramagnetischen Zentrums, abhängt, gekennzeichnet dadurch, dass das Material des Schaltungsträgers (GPCB) zumindest lokal für die Pumpstrahlung (LB) transparent ist und/oder dass das Material des Schaltungsträgers (GPCB) transparent ist und
3. Modul nach Anspruch 2, wobei mit dem Schaltungsträger (GPCB) zumindest eine Leitung mechanisch verbunden ist, sodass der Schaltungsträger (GPCB) zumindest diese mindestens eine Leitung aufweist.
4. Modul nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Intensität der Fluoreszenzstrahlung (FL) von dem Wert der magnetischen Flussdichte B und/oder dem Wert eines anderen physikalischen Parameters am Ort des Quantenpunkts, insbesondere am Ort eines paramagnetischen Zentrums, abhängt.
5. Magnetometer, mit einem Modul nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4 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 (lPum ) Pumpstrahlung (LB) aussendet und wobei der Strahlungsempfänger (PD) für die Fluoreszenzstrahlung (FL) empfindlich ist und die Intensität der Fluoreszenzstrahlung (FL) in ein Empfängerausgangssignal (SO) wandelt und wobei die Auswertemittel (ADC) dazu geeignet und bestimmt sind, den Wert des Empfängerausgangssignals (SO) als Messwert zu erfassen und/oder abzuspeichern und/oder weiterzugeben, gekennzeichnet dadurch, dass eine oder beide der folgenden Bedingungen, a) dass das Material des Schaltungsträgers (GPCB) für Strahlung mit der Pumpstrahlungswellenlänge (lrpir) 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 b) dass das Material des Schaltungsträgers (GPCB) für Strahlung mit der Fluoreszenzwellenlänge (lίΐ) 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, des Sensorelements (NVD) diesen Strahlungspfad passiert, erfüllt ist und dass zumindest eine oder mehrere oder alle der Komponenten Sensorelement (NVD) und/oder Pumpstrahlungsquelle (PLED) und/oder Strahlungsempfänger (PD) und/oder Auswertemittel (ADC, IF) an dem Schaltungsträger (GPCB) mechanisch befestigt sind.
6. Stromsensor mit einem Modul nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4 und/oder mit einem Magnetometer nach Anspruch 5 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.
7. Energieversorgungseinrichtung wobei die Energieversorgungseinrichtung zumindest ein Modul nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4 und/oder ein Magnetometer nach Anspruch 5 und/oder einen Stromsensor nach Anspruch 6 aufweist.
8. Batteriesensor zur Überwachung der Funktion einer Batterie wobei der Batteriesensor zumindest ein Modul nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4 und/oder ein Magnetometer nach Anspruch 5 und/oder einen Stromsensor nach Anspruch 6 aufweist.
9. Leistungsüberwachungsvorrichtung, insbesondere ein Fl-Schalter oder eine Sicherung, mit einem elektrischen Leiter (LTG) und mit zumindest einem ersten Stromsensor nach Anspruch 6 und mit zumindest einem zweiten Stromsensor nach Anspruch 6 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 vergleich und einen Vergleichswert bildet und bereitstellt und/oder an eine übergeordnete Vorrichtung überträgt.
10. Leistungsüberwachungsvorrichtung nach Anspruch 9 wobei eine Teilvorrichtung ein neuronales Netzwerkmodell und/oder ein HMM- Modell ausführt.
11. Schaltungsträger (GPCB), wobei der Schaltungsträger (GPCB) dazu bestimmt ist, in einem quantenoptischen System nach Anspruch 1 und/oder in einem Modul nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4 und/oder in einem ein Magnetometer nach Anspruch 5 und/oder in einem einen Stromsensor nach Anspruch 6 und/oder in einer Energieversorgungseinrichtung nach Anspruch 7 und/oder in einem Batteriesensor nach Anspruch 8 und/oder in einer Leistungsüberwachungsvorrichtung nach Anspruch 9 eingesetzt zu werden und/oder wobei der Schaltungsträger (GPCB) Teil, eines quantenoptischen Systems nach Anspruch 1 und/oder eines Moduls nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4 und/oder eines Magnetometers nach Anspruch 5 und/oder eines Stromsensors nach Anspruch 6 und/oder einer Energieversorgungseinrichtung nach Anspruch 7 und/oder eines Batteriesensors nach Anspruch 8 und/oder einer Leistungsüberwachungsvorrichtung nach Anspruch 9 ist.
12. Schaltungsträger (GPCB) nach Anspruch 11 wobei in den Schaltungsträger (GPCB) optische Funktionselemente wie insbesondere optische Filter (Fl), insbesondere Bragg-Filter,
Spiegel und/oder Spiegelflächen (ML),
Linsen, insbesondere Mikrolinsen, digitaloptische Funktionselemente, diffraktive optische Funktionselemente, photonische Kristalle und photonische Kristallstrukturen, ein optisches oder photonisches Gitter und/oder Resonatoren, optische Blenden, ein Wellensumpf und/oder optische Abschirmungen, ein Prisma und/oder ein Strahlteiler und/oder ein Lichtwellenleiter (LWL) eingearbeitet sind.
13. 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 ein quantenoptisches System nach Anspruch 1 als Subsystem aufweisen kann und/oder wobei das Fahrzeug zumindest ein Modul nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4 als Subsystem aufweisen kann und /oder wobei das Fahrzeug zumindest ein Magnetometer nach Anspruch 5 als Subsystem aufweisen kann und/oder wobei das Fahrzeug zumindest einen Stromsensor nach Anspruch 6 als Subsystem aufweisen kann und/oder wobei das Fahrzeug zumindest eine Energieversorgungseinrichtung nach Anspruch 7 als Subsystem aufweisen kann und/oder wobei das Fahrzeug zumindest einen Batteriesensor nach Anspruch 8 als Subsystem aufweisen kann und/oder wobei das Fahrzeug eine Leistungsüberwachungsvorrichtung nach Anspruch 9 als Subsystem aufweisen kann und/oder wobei das Fahrzeug einen Schaltungsträger (GPCB) nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 und/oder 12 als Subsystem aufweisen 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, abhängt, der auf das Sensorelement (NVD) einwirkt, abhängt.
14. Verfahren zur Fierstellung eines Schaltungsträgers (GPCB), insbesondere nach den Ansprüchen 11 und/oder 12, 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).
15. Verfahren zur Fierstellung eines Schaltungsträgers (GPCB), insbesondere nach den Ansprüchen 11 und/oder 12, mit den Schritten
Bereitstellen eines Schaltungsträger-Rohlings (GPCB),
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 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.
16. Glasfrit-Paste, insbesondere für ein Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 14 bis 15 wobei eine Glasfrit-Paste Sensorelemente mit Quantenpunkten, insbesondere Kristalle mit paramagnetischen Zentren, aufweist.
17. Verfahren zur Herstellung eines Schaltungsträgers (GPCB), insbesondere nach den Ansprüchen 1 und/oder 12, 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.
18. Folie, insbesondere für ein Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Folie in ihrem Folienmaterial Sensorelemente (NVD) mit Quantenpunkten, insbesondere Kristalle mit paramagnetischen Zentren, aufweist.
19. Optische Vorrichtung mit einem optischen Funktionselement, dass insbesondere mit einem
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 14 bis 15 hergestellt worden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Funktionselement mittels einer Glasfrit-Paste gefertigt ist oder eine aufgeschmolzene Glasfrit-Paste umfasst, wobei die Glasfrit-Paste Sensorelemente (NVD) mit Quantenpunkten, insbesondere Kristalle mit paramagnetischen Zentren, umfasst, und/oder dass das optische Funktionselement mittels einer optisch transparenten Folie gefertigt ist oder ein transparentes Folienstück umfasst, wobei die transparente Folie oder das transparente Folienstück in ihrem Folienmaterial Sensorelemente (NVD) mit Quantenpunkten, insbesondere Kristalle mit paramagnetischen Zentren, umfasst.
20. Sensorsystem mit einem Sensorelement (NVD), das eine optischen Eigenschaft in Abhängigkeit von einer physikalischen Größe ändert, und mit einer optischen Vorrichtung nach Anspruch 19, 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, das mit dem optischen Funktionselement, das mit einem Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 14 bis 15 hergestellt worden ist, optisch gekoppelt ist, und 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, ein Direkt-Kontakt-Sensor und 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 (SO) 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.
21. Quantentechnologische Vorrichtung mit einer optischen Vorrichtung Anspruch 19 und/oder 20, wobei ein optisches Funktionselement der Vorrichtung ein optischer Quantenpunkt, insbesondere ein paramagnetisches Zentrum in einem Kristall, insbesondere ein NV- Zentrum in einem Diamantkristall und/oder ein SiV-Zentrum in einem Siliziumkristall, ist.
22. Quantencomputer dadurch gekennzeichnet, dass er eine optische Vorrichtung nach Anspruch 19 umfasst oder eine optische Vorrichtung nach Anspruch 19 ist.
23. Verwendung eines quantenoptischen Systems nach Anspruch 1 und/oder eines Moduls nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4 und/oder eines Magnetometers nach Anspruch 5 und/oder eines Stromsensors nach Anspruch 6 und/oder einer Energieversorgungseinrichtung nach Anspruch 7 und/oder eines Batteriesensors nach Anspruch 8 und/oder einer Leistungsüberwachungsvorrichtung nach Anspruch 9 ist. eines Schaltungsträgers nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 12 und/oder eines Fahrzeugs nach Anspruch 13 und/oder einer optischen Vorrichtung nach Anspruch 19 und/oder eines Sensorsystems nach Anspruch 20 und/oder einer quantentechnologischen Vorrichtung nach Anspruch 21 und/oder eines Quantencomputers nach Anspruch 22 in einer Umgebung mit technisch verursachter ionisierender Teilchen- und/oder Photonen-Strahlung, wobei der Strahlungspegel in der Maßeinheit Sv um mehr als 1000% über dem normalen Strahlungspegel in der Maßeinheit Sv liegt.
24. Vorrichtung zur technischen oder medizinischen Nutzung ionisierender Strahlung mit einem quantenoptischen System nach Anspruch 1 und/oder mit einem Modul nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4 und/oder mit einem Magnetometer nach Anspruch 5 und/oder mit einem Stromsensor nach Anspruch 6 und/oder mit einer Energieversorgungseinrichtung nach Anspruch 7 und/oder mit einem Batteriesensor nach Anspruch 8 und/oder mit einer Leistungsüberwachungsvorrichtung nach Anspruch 9 ist. mit einem Schaltungsträger nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 12 und/oder mit einer optischen Vorrichtung nach Anspruch 19 und/oder mit einem Sensorsystem nach Anspruch 20 und/oder mit einer quantentechnologischen Vorrichtung nach Anspruch 21 und/oder mit einem Quantencomputer nach Anspruch 22.
25. - Direkt-Kontakt-Sensorsystem mit einem quantenoptischen System nach Anspruch 1 und/oder mit einem Modul nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4 und/oder mit einem Magnetometer nach Anspruch 5 und/oder mit einem Stromsensor nach Anspruch 6 und/oder mit einem Schaltungsträger nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 12 und/oder mit einer optischen Vorrichtung nach Anspruch 19 und/oder mit einem Sensorsystem nach Anspruch 20 und/oder mit einer quantentechnologischen Vorrichtung nach Anspruch 21, 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, 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).
26. Sensorelement (NVD), insbesondere für ein quantenoptisches System nach Anspruch 1 und/oder für ein Modul nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4 und/oder für ein Magnetometer nach Anspruch 5 und/oder für einen Stromsensor nach Anspruch 6 und/oder für eine Energieversorgungseinrichtung nach Anspruch 7 und/oder für einen Batteriesensor nach Anspruch 8 und/oder für eine Leistungsüberwachungsvorrichtung nach Anspruch 9 ist. für einen Schaltungsträger (GPCB) nach einem oder mehreren der
Ansprüche 11 bis 12 und/oder für eine optische Vorrichtung nach Anspruch 19 und/oder für ein Sensorsystem nach Anspruch 20 und/oder für eine quantentechnologische Vorrichtung nach Anspruch 21 und/oder für einen Quantencomputer nach Anspruch 22, mit einem 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 und wobei diese Dichtemodulation zumindest einen periodischen Anteil umfasst.
27. Quantensystem mit einer Pumpstrahlungsquelle (PLED), die Pumpstrahlung (LB) in Abhängigkeit von einem Sendesignal (lPum , S5) aussendet und mit einem Sensorelement (NVD) mit mindestens einem Quantenpunkt, insbesondere einem paramagnetischen Zentrum und/oder insbesondere mit einem oder mehreren NV-Zentren in Diamant, und mit einer Ansteuerschaltung (IC), die das Sendesignal (lpum , S5) erzeugt, wobei der oder die Quantenpunkte, insbesondere das oder die paramagnetischen Zentren, in Abhängigkeit von dem Wert einer physikalischen Größe, insbesondere in Abhängigkeit von dem Betrag der magnetischen Flussdichte B am Ort des jeweiligen Quantenpunkts, insbesondere am Ort des paramagnetischen Zentrums, in Abhängigkeit von der Intensität der eingestrahlten Pumpstrahlung (LB) eine Fluoreszenzstrahlung (FL) emittieren und wobei das Sendesignal (lpum , S5) mit einer Pumpperiode zeitlich periodisch ist und wobei über mindestens 5 Pumpperioden der Betrag des Sendesignals (lpum , S5) einen Mittelwert aufweist und wobei in einem ersten Zeitraum sich der Betrag des Sendesignals (lpum , S5) über diesem Mittelwert während dieser mindestens 5 Pumpperioden befindet und wobei in einem zweiten Zeitraum der Betrag des Sendesignals (lpum , 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.
28. Quantensystem, insbesondere nach Anspruch 27, mit einer Pumpstrahlungsquelle (PLED), die Pumpstrahlung (LB) in Abhängigkeit von einem Sendesignal (lpump, S5) aussendet und mit einem Sensorelement (NVD) mit mindestens einem Quantenpunkt, insbesondere einem paramagnetischen Zentrum und/oder insbesondere mit einem oder mehreren NV-Zentren in Diamant, und mit einer Ansteuerschaltung (IC), die das Sendesignal (lPumP, S5) erzeugt, wobei der oder die Quantenpunkte, insbesondere das oder die paramagnetischen Zentren, in Abhängigkeit von dem Wert einer physikalischen Größe, insbesondere in Abhängigkeit von dem Betrag der magnetischen Flussdichte B am Ort des jeweiligen Quantenpunkts, insbesondere am Ort des paramagnetischen Zentrums, in Abhängigkeit von der Intensität der eingestrahlten Pumpstrahlung (LB) eine Fluoreszenzstrahlung (FL) emittieren und wobei das Sendesignal (lpum , S5) mit einem Spreiz-Code moduliert ist.
29. Empfänger mit einem quantenoptischen System nach Anspruch 1 und/oder mit einem Modul nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4 und/oder mit einem Magnetometer nach Anspruch 5 und/oder mit einem Stromsensor nach Anspruch 6 und/oder mit einem Schaltungsträger (GPCB) nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 12 und/oder mit einer optischen Vorrichtung nach Anspruch 19 und/oder mit einem Sensorsystem nach Anspruch 20 und/oder mit einer quantentechnologischen Vorrichtung nach Anspruch 21.
30. Übertragungsvorrichtung mit einer Felderzeugungsvorrichtung, die ein elektromagnetisches und/oder magnetisches Feld erzeugt, wobei die Felderzeugungsvorrichtung dem elektromagnetischen und/oder magnetischen Feld ein Informationssignal aufprägt oder aufmoduliert, und mit einem Empfänger nach Anspruch 29, wobei der Empfänger mit Hilfe des Quantenpunkts, insbesondere mit Hilfe des paramagnetischen Zentrums, das Informationssignal aus dem zeitlichen Verlauf des elektromagnetischen und/oder magnetischen Feldes, insbesondere aus dem zeitlichen Verlauf der magnetischen Flussdichte B, 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 und/oder eine Teilvorrichtung derselben aus dem Informationssignal extrahiert, erfolgen kann.
31. Verfahren zur Vermessung der magnetischen Flussdichte B oder eines anderen physikalischen Parameters innerhalb eines Bohrlochs oder eines geologischen Suchfeldes mit den Schritten
Positionieren eines eines quantenoptischen Systems nach Anspruch 1 und/oder eines Moduls nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4 und/oder eines Magnetometers nach Anspruch 5 und/oder eines Stromsensors nach Anspruch 6 und/oder eines Schaltungsträgers (GPCB) nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 12 und/oder einer optischen Vorrichtung nach Anspruch 19 und/oder eines Sensorsystems nach Anspruch 20 und/oder einer quantentechnologischen Vorrichtung nach Anspruch 21 als Messsystem oder Teil eines Messsystems in dem Bohrloch, erfassen des Werts der magnetischen Flussdichte B bzw. des Werts des physikalischen Parameters am Ort eines Quantenpunkts, insbesondere am Ort eines paramagnetischen Zentrums, des Messsystems als ermittelten Messwert und Übertragen oder Transportieren des ermittelten Messwerts an die Oberfläche.
32. Verfahren zur Herstellung eines optischen Systems, insbesondere eines quantenoptischen Systems nach Anspruch 1 und/oder eines Moduls nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4 und/oder eines Magnetometers nach Anspruch 5 und/oder eines Stromsensors nach Anspruch 6 und/oder eines Schaltungsträgers (GPCB) nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 12 und/oder einer optischen Vorrichtung nach Anspruch 19 und/oder eines Sensorsystems nach Anspruch 20 und/oder einer quantentechnologischen Vorrichtung nach Anspruch 21, 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.
33. Verfahren zur Herstellung eines optischen Systems, insbesondere eines quantenoptischen Systems nach Anspruch 1 und/oder eines Moduls nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4 und/oder eines Magnetometers nach Anspruch 5 und/oder eines Stromsensors nach Anspruch 6 und/oder eines Schaltungsträgers (GPCB) nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 12 und/oder einer optischen Vorrichtung nach Anspruch 19 und/oder eines Sensorsystems nach Anspruch 20 und/oder einer quantentechnologischen Vorrichtung nach Anspruch 21, 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 Strukturieren vor oder nach dem Schritt des Aufbringens, Aufklebens oder Auflaminierens erfolgen kann;
Verwenden der ersten Folien-Struktur als optisches Funktionselement.
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