Dissertation

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der Standardabweichung der Signale kann die Massekonzentration und ein mittlerer
Durchmesser, der so genannte Sauterdurchmesser, des Partikelkollektivs von
standardisiertem Teststaub in drei verschiedenen Körnungen ermittelt werden.
Mit zunehmenden Partikeldurchmessern und abnehmenden Partikelkonzentrationen
stößt der Ansatz allerdings an seine Grenzen, da sich gestreutes und tranmittiertes
Licht überlagern und die Signale bei gleichbleibender Massekonzentration
sehr schwach werden. Eine Trennung von diesen beiden Lichtanteilen wird
mit einem zweiten Ansatz erreicht. Hierbei wird das Messprinzip der Talbotinterferometrie
[15–17] zum ersten Mal zur Partikelanalyse angewendet. Durch die
kohärente Überlagerung mehrerer Beugungsordnungen kommt es zur Auslöschung
des Anregungslichtes, nicht aber des gestreuten Lichtes. Die Eignung des Verfahrens
hinsichtlich der Einzelpartikelanalyse und der Messung am Partikelkollektiv
werden untersucht und das erzielbare Signal-Rausch-Verhältnis mit der Transmissionsmessung
verglichen. Während beim ersten System auf kommerzielle Simulationssoftware
zurückgegriffen werden konnte, musste für den zweiten Ansatz
ein Simulationswerkzeug neu entwickelt werden.
Kapitel 2 der voliegenden Arbeit beschäftigt sich mit den grundlegenden Betrachtungen
zur elastischen Lichtstreuung an Partikeln, der Beschreibung von
Partikelgrößenverteilungen und den optischen Messverfahren zur Partikelanalyse.
Dieses Kapitel bildet die Basis für die dann folgenden Entwicklungsschritte
integrierter opto-fluidischer Systeme. In Kapitel 3 werden die Eigenschaften der
zu untersuchenden Teststäube bestimmt und daraus die für die Simulationen benötigten
Parameter extrahiert. Es erfolgt die Auswahl der Messprinzipien und deren
Grenzen werden aufgezeigt. Kapitel 4 beschreibt daraufhin die Entwicklung
des Messprinzips der Talbotinterferometrie zur Partikelcharakterisierung. Hierbei
liegt ein großes Gewicht auf der Modellbildung und der Simulation. Kapitel 5
beschäftigt sich mit der Systemintegration. Neben einem planar integrierten diffraktiven
System auf der Basis von Saphir und Galliumnitrid wird ein in PMMA
(Polymethylmethacrylat) integriertes System zur Streulichtanalyse demonstriert.
Schließlich werden die Möglichkeiten zur Realisierung eines integrierten Talbotinterferometers
diskutiert und die einzuhaltenden Toleranzen formuliert. Kapitel 6
fasst die Ergebnisse der Arbeit zusammen und gibt einen Ausblick.