In der vorliegenden Dissertation werden neuartig entwickelte, polymeroptische integrierte Mikrosysteme mit besonderem Einsatzpotential für vielfältige Sensorik-Anwendungen zusammenfassend vorgestellt. Das zentrale sensortechnische Bauelement der Arbeit stellt das optische Bragg-Gitter dar, das durch seine flexiblen Auslegungsmöglichkeiten simultane Multiparameter-Messungen auf elegante Art ermöglicht. Die eingesetzten optischen Wellenleiter-Bragg-Gitter werden durch standardlithographische Techniken in Kombination mit gezielter UV-Laser-Bestrahlung in Polymermaterialien erzeugt. Neben der Einführung in dazu erforderliche Wissensgrundlagen der technologischen Prozesse zur Herstellung integrierter optischer Lichtwellenleiter und UV-lasergeschriebener Bragg-Gitter, werden vor allem die Besonderheiten bei der Auswahl und dem Einsatz kosteneffizienter, optischer Polymere betont. Durch die Anwendung eines feinjustierten phasenschiebenden Mach-Zehnder-Interferometer-Aufbaus werden UV-laserinduzierte Brechungsindexmodifikationen und resultierende Lichtwellenleiterprofile in Polymersubstraten präzise ermittelt. Im Hauptteil der Arbeit wird eine einzigartige polymerbasierte Lab-on-a-Chip-Plattform mit integrierten optischen Bragg-Gitter-Sensoren behandelt, was sowohl die Konzeption und photolithographische Herstellung, die eingehende optische und physikalische Charakterisierung als auch die biomedizinische Anwendung in der Blutanalytik umfasst. Desweiteren wird ein anwendungsträchtiges, vollpolymeres optomechanisches Sensor-Pad vorgestellt, welches neben der breitbandigen Messung mechanischer Beschleunigungen und Vibrationen insbesondere als medizinischer Vitalsignal-Monitor zur Patienten-Überwachung von Atmung und Puls einsetzbar ist.
Aktualisiert: 2022-09-01
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Im Rahmen der Arbeit werden die Herstellung und Anwendung planarer Bragg-Gitter-Sensoren behandelt. Die planar-optischen Sensoren werden in anorganisch-organischen Ormocer-Hybridpolymeren mittels gängiger Methoden der Mikrosystemtechnik hergestellt und umfänglich hinsichtlich ihrer Struktur und des Einflusses der individuellen Herstellungsparameter charakterisiert. Durch Verfahren moderner Nanoprägelithografie und Fotolithografie werden Rippenwellenleiter und eingebettete Streifenwellenleiter in planaren sowie elastischen Dünnfilm-Substraten hergestellt. In diese bereits UV-polymerisierten Strukturen werden uniforme volumenstrukturierte Bragg-Gitter mittels Phasenmaskentechnologie und Excimerlaser-Bestrahlung integriert. Die erzeugten Wellenleiter-Bragg-Gitter werden in sensorischen Anwendungen zum Nachweis der Temperatur und Verformung sowie der Brechungsindexanalytik eingesetzt. Darüber hinaus werden Siliziumdioxid-basierte, planare Bragg-Gitter durch Funktionalisierung mit Cyclodextrin-Affinitätsmaterialien in der opto-chemischen Sensorik des höchst ozonschädigenden Treibhausgases Trichlorfluormethan eingesetzt.
Aktualisiert: 2020-09-30
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Aktualisiert: 2023-01-30
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Aktualisiert: 2022-03-24
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Aufgrund der zunehmenden Miniaturisierung optischer und elektronischer Bauelemente bemüht man sich verstärkt, diese Elemente zu integrieren. Analog zur raschen Entwicklung integrierter Schaltkreise in der Mikroelektronik, zeichnet sich eine ähnliche Entwicklung in der Integrierten Optoelektronik ab. Das Werk ist eine umfassende Darstellung der Wellenleiteroptik und Photonik in den Halbleitersystemen AlGaAs und InGaAsP. Die Grundlagen der Wellenausbreitung und der optisch-elektrischen Wandlung in Laserdioden und Photodioden werden ausführlich behandelt. Der eingeführte einheitliche Formalismus wird benutzt, um aktuelle Entwicklungen eingehend zu diskutieren. Beispiele hierfür sind Halbleiterlaser mit Quantenstruktur, durchstimmbare Laserdioden, Photodioden mit innerer Verstärkung oder die monolithische Integration optischer und elektrischer Komponenten. Das Buch richtet sich an Studenten und in der Praxis stehende Ingenieure und Physiker, die sich mit integrierter Optik, optischer Nachrichtentechnik oder optischer Informationsverarbeitung befassen.
Aktualisiert: 2023-01-20
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stellt eine Einführung in die angewandte Optik dar. Dabei werden nicht nur Strahlenoptik mit optischen Instrumenten, Lichtquellen und Detektoren einerseits sowie Wellenoptik mit Interferometrie andererseits behandelt; es wird auch ausführlich auf Holographie, Laser, Kohärenz, Faseroptik, Wellenleiter und integrierte Optik eingegangen. Die physikalischen Grundlagen, Anwendungen und die Instrumentierung stehen dabei stets im Vordergrund. Mehr als 100 Übungen dienen der Vertiefung des Stoffes. Das Buch ist sowohl als vorlesungsbegleitende Lektüre für Studenten als auch als Nachschlagewerk für Diplomanden, Wissenschaftler und Praktiker geeignet.
Aktualisiert: 2023-03-14
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Laserlichtquellen sind in einer Vielzahl optischer Technologien heute nicht mehr wegzudenken. Grund hierfür ist die gute Fokussierbarkeit und definierte Wellenlänge, welche durch Energieübergänge im Lasermedium definiert ist. Dies ist jedoch auch eine Einschränkung, da Laserlicht somit nicht in jedem beliebigen Wellenlängenbereich zur Verfügung steht bzw. die Emissionswellenlänge von Laser meist nur über einen geringen Bereich durchgestimmt werden kann. Diese Einschränkung lässt sich mit nichtlinear-optischen Frequenzkonvertern beispielsweise aus Lithiumniobat (LiNbO3, LN) aufheben. Die für die nichtlinear-optische Frequenzkonversion hohen Intensitäten lassen sich in Resonatoren erreichen. Eine kompaktere Bauform stellen die Flüstergalerieresonatoren (FGR) dar. Die Integration der FGR auf Chipebene ist hierbei von großem Interesse, da eine reproduzierbare und parallele Herstellung von sehr kleinen integrierten FGR (iFGR) mit Radien im 10-mikrometer-Bereich möglich wird. Außerdem besteht das Potential Pumplaser, Detektoren und Heizelemente oder Elektroden zum Durchstimmen der Resonanzfrequenzen mit den iFGR auf einem Chip zu integrieren. Diese Arbeit widmet sich einem neuartigen Herstellungsverfahren von domänenstrukturierten iFGR mit dem Güten bis zu 10 Millionen erreicht werden. Dank dieser hohen Güten konnte quasiphasenangepasste Frequenzkonversion in iFGR gezeigt werden. Es wurde Frequenzverdopplung, Summenfrequenzerzeugung und stimulierte Raman-Streuung in den iFGR untersucht und somit das Potential der iFGR zur Realisierung kompakter Frequenzkonverter verdeutlicht.
Aktualisiert: 2022-04-23
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Durch die zunehmende Automatisierung wächst der Bedarf an miniaturisierten und kostengünstigen Sensoren. Insbesondere optische Sensoren finden aufgrund ihrer Unempfindlichkeit gegenüber elektromagnetischen Feldern, der Möglichkeit der hohen Datenübertragung über große Entfernungen sowie der platzsparenden Integration zahlreiche Einsatzmöglichkeiten. Während bisher meist Quarzglas als Ausgangswerkstoff optischer Sensoren Verwendung findet, besitzen Polymere aufgrund ihres geringen Gewichts und der geringen Beschaffungskosten großes technisches und wirtschaftliches Potential auf dem Gebiet der optischen Sensorik. Da sich Polymere außerdem hinsichtlich ihrer Eigenschaften deutlich von Quarzglas unterscheiden, ergeben sich durch ihre Verwendung zahlreiche neue Anwendungsfelder.
In dieser Arbeit wurde daher ein neues Verfahren zur UV-laserbasierten Herstellung polymerer planarer Bragg-Gitter-Sensoren entwickelt. Dabei wurde zunächst der Einfluss der UV-Strahlung auf die optischen Eigenschaften der Polymere untersucht und ausgehend von diesen Ergebnissen ein Verfahren zur Herstellung von planaren Bragg-Gittern in Polymermaterialien entwickelt.
Aktualisiert: 2021-12-20
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stellt eine Einführung in die angewandte Optik dar. Dabei werden nicht nur Strahlenoptik mit optischen Instrumenten, Lichtquellen und Detektoren einerseits sowie Wellenoptik mit Interferometrie andererseits behandelt; es wird auch ausführlich auf Holographie, Laser, Kohärenz, Faseroptik, Wellenleiter und integrierte Optik eingegangen. Die physikalischen Grundlagen, Anwendungen und die Instrumentierung stehen dabei stets im Vordergrund. Mehr als 100 Übungen dienen der Vertiefung des Stoffes. Das Buch ist sowohl als vorlesungsbegleitende Lektüre für Studenten als auch als Nachschlagewerk für Diplomanden, Wissenschaftler und Praktiker geeignet.
Aktualisiert: 2023-04-04
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Aktualisiert: 2023-04-04
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Aktualisiert: 2023-04-04
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Im Rahmen dieser Promotionsarbeit wurde die UV-Iaserbasierte Herstellung von planaren, polymeren Multiplexer-Komponenten untersucht, die optische Signale verschiedener Wellenlängen in eine optische Datenübertagungsleitung ein- und auskoppeln können. Dabei wird als Herstellungsverfahren eine laserbasierte Technologie zur UV photochemischen Modifizierung der optischen Eigenschaften von Polymeren eingesetzt. Durch UV-Iaserlithographische Verfahren (UV-Kontaktmaskenverfahren, Phasenmasken Methode) ermöglichte dies eine lokale und reproduzierbare Erhöhung des Brechungsindexes und somit die Erzeugung von integriert-optischen Mikrostrukturen (Lichtwellenleiter, Gitterstrukturen) in der Oberfläche eines planaren Polymerchips.
Da im Vergleich zu klassischen Herstellungsverfahren, die auf teuren anorganischen Materialien basieren, viele Prozessschritte wegfallen (z.B. Spin-Coating im Reinraum, Ätzen von dünnen Schichten), können auf diese Weise kostengünstige CWDM Multiplexer-Komponenten produziert werden (Prozesskettenverkürzung).
Aktualisiert: 2020-02-17
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