@phdthesis{Zimmer2012, author = {Zimmer, Fabian}, title = {Herstellung und Charakterisierung hocheffizienter, mikromechanischer NIR-Beugungsgitter f{\"u}r den Einsatz in miniaturisierten Spektrometern}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus-25224}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2012}, abstract = {Im heutigen Bereich der Analytik spielen optische Verfahren eine wichtige Rolle und kommen in unterschiedlichsten Anwendungen zum Einsatz. Vorteilhaft ist dabei die ber{\"u}hrungslose und zerst{\"o}rungsfreie Messung mit Licht, die die Analyse von kritischen Substanzen deutlich vereinfacht. Die optische Spektroskopie nimmt dabei einen wichtigen Teil der Analytik ein. Speziell die Nah-Infrarot (NIR)-Spektroskopie im Wellenl{\"a}ngenbereich von 780 nm bis 3000 nm weist zahlreiche Anwendungen auf, die von chemischen Reaktionen und Prozessanalysen, der Untersuchung von Polymeren und Textilien, der Qualit{\"a}tskontrolle von Fr{\"u}chten und Samen bis in die Medizintechnik reichen. Die hierf{\"u}r verwendeten NIR-Spektrometer sind {\"u}berwiegend als Spektrografen ausgelegt, wobei das dispersive Element fest eingebaut ist und das Spektrum {\"u}ber ein Galliumarsenid basiertes Diodenarray vermessen wird. Diodenarrays im NIR-Bereich sind kostenintensiv, tragen allerdings maßgeblich zur spektralen Aufl{\"o}sung der Spektrografen bei. Ein alternativer Ansatz ergibt sich durch Monochromatoren mit einem beweglichen dispersiven Element, wobei das Spektrum zeitabh{\"a}ngig {\"u}ber den Detektor streicht. Dadurch ist nur eine Einzeldiode als Detektor ausreichend. Die spektrale Aufl{\"o}sung ist in diesem Fall allerdings eine Funktion der zeitabh{\"a}ngigen Position des dispersiven Elements, die mit hoher Pr{\"a}zision kontrolliert und bestimmt werden muss. In Kombination mit schnellen Messzeiten eines Spektrums im Millisekunden-Bereich, ist eine makroskopische Realisierung sehr aufwendig. Die vorliegende Arbeit besch{\"a}ftigt sich alternativ mit der Herstellung und Charakterisierung eines mikromechanischen NIR-Beugungsgitters, durch das ein neuartiges, miniaturisiertes NIR-Spektrometer, basierend auf einer Monochromator-Konfiguration, realisiert werden konnte. Das Beugungsgitter basiert dabei auf einem resonant schwingenden Mikrospiegel, der als mikroelektromechanisches System (MEMS) mittels siliziumbasierter, oberfl{\"a}chennaher Volumen-mikromechanik hergestellt wurde. Dabei konnte durch den Einsatz des mikromechanischen Beugungsgitters ein {\"a}ußerst kompaktes und robustes NIR-Spektrometer (10 x 8 x 7,5 cm³) entwickelt werden, das als Monochromator-System einen deutlichen Kostenvorteil gegen{\"u}ber derzeitigen NIR-Spektrografen erzielen kann. Erforderlich war hierbei, die Anforderungen an das mikromechanische Beugungsgitter zwingend an den Randbedingungen des NIR-Spektrometers zu spiegeln und mit Ihnen in {\"U}bereinstimmung zu bringen. Durch eine gezielte Dimensionierung und Optimierung der mechanischen und optischen Eigenschaften des mikromechanischen Beugungsgitters, zu der unter anderem die Gr{\"o}ße, Beugungseffizienz, Schwingungsfrequenz, Schwingungsstabilit{\"a}t, Schockfestigkeit und ein Verfahren zur Detektion des zeitabh{\"a}ngigen Torsionswinkels geh{\"o}rte, konnte eine spektrale Aufl{\"o}sung des NIR-Spektrometers von unter 10 nm bei einem Wellenl{\"a}ngenbereich von 900 - 2500 nm erreicht werden. Gleichzeitig wurden 3 verschiedene Gitterstrukturen zur Maximierung der Beugungseffizienz untersucht, erfolgreich hergestellt und vermessen.}, subject = {MEMS; Mikrooptik; NIR-Spektroskopie; Datenauswertung; Mikrosystemtechnik; MEMS; Mikrooptik; Mikrospiegel; Spektrometer; Microsystem technology; MEMS; Microoptics; Micromirror; Spectrometer}, language = {de} }