磁気光学効果を用いた非破壊検査技術の開発

本研究は、磁気光学(MO)イメージングを利用して、強磁性金属表面の1 mmから10 mmの欠陥の深さを、ミリメートルオーダの分解能で評価できるMOセンサの開発を行った。欠陥深さに応じて漏洩磁界強度が変化するため、MOイメージの光強度から欠陥深さが評価できる。漏洩磁界をアナログ的な光強度に変換し欠陥深さを定量的に評価するために、多結晶磁性ガーネット膜に着目した。ガーネットの組成からずれた組成のターゲットを利用して、スパッタ法で作製した。この多結晶磁性ガーネット膜は、結晶間での交換相互作用が弱く、結晶粒が独立して磁化反転するため、アナログ的な磁化情報が得られた。しかし、必要な光強度が得られなかった。測定系のノイズレベルと比べて3 dB以上の光強度が要求されるが、厚膜であったため磁性膜が十分に磁化されず、光強度が得られなかった。有限要素法を利用して磁界強度を計算した結果、1 μm以下の薄膜で大きなMO効果を有するMOセンサが必要であることがわかった。そこで、薄膜で大きなMO効果が得られる磁性フォトニック結晶(MPC)に着目した。MPCは、屈折率の異なる2種類の誘電体多層膜中に磁性膜を挿入した構造である。誘電体のペア数が少ないと光共振の効果が低く、得られる光強度が小さい。一方ペア数が多いと厚膜になり光強度が低下する。ペア数を変数に光強度を計算した結果、誘電体が4ペアのとき最大になった。このときの膜厚は600 nmである。磁性層の膜厚も同様に計算した結果、膜厚が351 nmのときに光強度が最大になった。このときの膜厚は951 nmで、目標の1 μm以下である。本MPCはノイズレベルと比べて6 dB以上の光強度が得られた。本MPCで欠陥深さ評価を行った結果、1 mmから10 mmの欠陥深さ評価を達成した。平均の誤差は0.15 mmで、目標のミリメートルオーダの評価ができた。

本研究は、磁気光学(MO)イメージングを利用して、強磁性金属表面の1 mmから10 mmの欠陥の深さを、ミリメートルオーダの分解能で評価できるMOセンサの開発を行った。欠陥深さに応じて漏洩磁界強度が変化するため、MOイメージの光強度から欠陥深さが評価できる。漏洩磁界をアナログ的な光強度に変換し欠陥深さを定量的に評価するために、多結晶磁性ガーネット膜に着目した。ガーネットの組成からずれた組成のターゲットを利用して、スパッタ法で作製した。この多結晶磁性ガーネット膜は、結晶間での交換相互作用が弱く、結晶粒が独立して磁化反転するため、アナログ的な磁化情報が得られた。しかし、必要な光強度が得られなかった。測定系のノイズレベルと比べて3 dB以上の光強度が要求されるが、厚膜であったため磁性膜が十分に磁化されず、光強度が得られなかった。有限要素法を利用して磁界強度を計算した結果、1 μm以下の薄膜で大きなMO効果を有するMOセンサが必要であることがわかった。そこで、薄膜で大きなMO効果が得られる磁性フォトニック結晶(MPC)に着目した。MPCは、屈折率の異なる2種類の誘電体多層膜中に磁性膜を挿入した構造である。誘電体のペア数が少ないと光共振の効果が低く、得られる光強度が小さい。一方ペア数が多いと厚膜になり光強度が低下する。ペア数を変数に光強度を計算した結果、誘電体が4ペアのとき最大になった。このときの膜厚は600 nmである。磁性層の膜厚も同様に計算した結果、膜厚が351 nmのときに光強度が最大になった。このときの膜厚は951 nmで、目標の1 μm以下である。本MPCはノイズレベルと比べて6 dB以上の光強度が得られた。本MPCで欠陥深さ評価を行った結果、1 mmから10 mmの欠陥深さ評価を達成した。平均の誤差は0.15 mmで、目標のミリメートルオーダの評価ができた。