Refine
Document Type
- Doctoral thesis (3)
Has Fulltext
- yes (3)
Is part of the Bibliography
- no (3)
Language
- German (3)
Keywords
- Scattered light (3) (remove)
Institute
Mikrospiegelarrays (MMA) ermöglichen über ihre programmierbare Oberflächentopographie die Phasenmodulation von Licht und fungieren so als Flächenlichtmodulatoren (SLM). Die Phasengenauigkeit, die profilometrisch auf wenige Nanometer kalibriert werden kann, bestimmt die optische Leistungsfähigkeit der MMAs und ihre Charakterisierung und Verbesserung sind somit essentiell für das Erschließen neuer Anwendungen. Um einen Zugang zur Phasenmodulation diffraktiver MMAs im Subnanometer-Bereich zu schaffen, werden eine ortsaufgelöste Streulichtmesstechnik vorgeschlagen, deren Entwicklung beschrieben und experimentelle Ergebnisse diskutiert. Multispektrale Streulichtmessungen sind konsistent mit Beugungsrechnungen, die auf interferometrisch bestimmten Rauigkeitsparametern der Mikrospiegeloberfläche beruhen, und offenbaren MMA-Streulicht < 10−4, womit erstmals MMA-Kontraste > 10 000 nachgewiesen werden konnten. Durch die hohe Messempfindlichkeit und Reproduzierbarkeit können Änderungen der MMA-Oberflächentopographie von < 1nm detektiert werden, was in einer intensitätsbasierten Kalibrierung der Phasenmodulation Anwendung findet, mit der Graustufen auf wenige Promille genau eingestellt werden können. Diese Ergebnisse demonstrieren die hohe Attraktivität eines Streulichtansatzes für die Charakterisierung und Kalibrierung diffraktiver MMAs – und möglicherweise auch anderer SLMs.
Entwicklung einer optischen Messtechnik zur Erfassung der Kinetik schneller Partikelbildungsprozesse
(2015)
Bei einer Reihe von Anwendungsfällen ist es wünschenswert Partikelbildungsprozesse im Nanometerbereich in-situ z. B. in strömenden Medien oder mit sehr hoher zeitlicher Auflösung zu beobachten. Mit etablierten Verfahren, z. B. der dynamischen Lichtstreuung ist dies in der Regel nicht möglich.
Das hier dargestellte neue Verfahren basiert auf einer Kombination von optischen Extinktions- und Streulichtmessungen. Im Rayleigh-Bereich kann damit aus jeder Einzelmessung ein mittlerer Partikeldurchmesser und die Anzahlkonzentration bestimmt werden. Für die Extinktionsmessungen ergeben sich zwei Arbeitsbereiche, einer mit hoher Transmission und einer mit hoher Extinktion. Diese beiden Bereiche stellen deutlich unterschiedliche Anforderungen an die Messtechnik. Das entwickelte Messgerät verfügt deshalb über zwei unterschiedliche Messverfahren. Der Bereich hoher Extinktion wird mit einem heterodyn interferometrischen Verfahren abgedeckt, der Bereich hoher Transmission mit einem nicht interferometrischen Differentialverfahren.
Die Arbeit stellt das grundlegende Modell vor. Außerdem werden notwendige Korrekturen, unter anderem für einsetzende Mehrfachstreuung, beschrieben. Die technische Umsetzung wird dargestellt. Abschließend werden Kalibriermethoden diskutiert und die Evaluation des Verfahrens beschrieben.
Zur Bestimmung deren Größe und Konzentration der Aerosolpartikeln zählt der optische Partikelzähler (OPZ). Einzelne Teilchen passieren ein intensiv beleuchtetes Messvolumen. Das von den Teilchen gestreute Licht wird mittels eines aus Linsen und Blenden bestehenden Systems auf einen photoelektrischen Sensor fokussiert und dabei als Streulicht-Impuls empfangen, wobei die Impuls-Höhe in die Teilchengröße (durch Mie-Theorie) umgerechnet wird. Je nach der Lichtquelle teilen sich die OPZ in zwei Gruppen ein: OPZ mit Weißlicht und mit Laserlicht. Als Lichtquelle bietet der Laser eine Reihe Vorteile. Aber der Laser als Lichtquelle hat auch Nachteil: der konventionelle Laserlicht-Partikelzähler liefert, anders als Weißlicht, normalerweise keinen eindeutigen Zusammenhang zwischen Streulichtintensität und Partikelgröße, insbesondere beim Partikelgrößenbereich um 1 um. Auf Basis von dem Stand der OPZ-Technik wird im Rahmen der vorliegenden Arbeit eine neue Messeinrichtung: Laserlicht-Partikelzähler mit zwei unterschiedenen Empfangswinkelbereichen zur Ermittlung der Partikelgrößen gebaut und systematisch untersucht (z.B. Koinzidenzfehler, Randzonenfehler und Totzeit). Eine Laserdiode ist als Lichtquelle eingesetzt. Innerhalb des Laserstrahls ist ein Messvolumen durch die zwei Empfangssysteme rein optisch abgegrenzt. Aus dieser Messeinrichtung ergeben sich zwei Kalibrierkurven, die den Zusammenhang von Partikelgröße und Impulshöhe beschreiben können. Das heißt, für jede Partikel, die durch das Messvolumen passiert, werden zwei Signale gemessen. Zur Bestimmung von deren Größe kann jede Kombinationsmöglichkeit der beiden Impulshöhen bzw. Kalibrierkurven (speziell durch Matrix-Methode) theoretisch genutzt werden. Die Versuchsergebnisse zeigten, dass dieses neue Verfahren für die Ermittelung der Partikelgrößen aus mehrdeutigen Kurven, besonders beim Einsatz für unterschiedliche Stoffsysteme bzw. einem breiten Brechungsindexbereich geeignet ist. Die Problematik der Mehrdeutigkeit beim Laserlicht wird dadurch vielfach erleichtert oder auch gelöst. Für kritische Anwendungsfälle bleibt die Messung on line und in situ noch realisierbar.