Dissertation

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eine Bewegung des Partikels quasi in Echtzeit möglich. Die Art des Gitters kann
dann nachträglich über Berechnung der Fourierkoeffizienten festgelegt werden.
Durch zahlreiche Versuche mit Einzelpartikeln in Form von Glaskügelchen und
Chromscheiben konnte das Modell bestätigt werden. Um die Leistungsfähigkeit
des Messprinzips zu beurteilen, wurde durch Messungen an definierten Partikelproben
das zu erwartende Signal-Rausch-Verhältnis in Abhängigkeit des Parameters
g ∗ abgeschätzt. Es zeigte sich, dass dieses mit zunehmender Partikelgröße
zunächst ansteigt, um ein Maximum zu erreichen und dann wieder abzufallen.
Bei der Transmissions- und Streulichtmessung ist der Verlauf anders. Hier liegt
das Maximum des SNR bei kleineren Partikeldurchmessern, um von dort ausgehend
zunehmender Partikelgröße exponentiell abzufallen. Für Partikel kleiner
als ca. 10 µm sind die Streulichtanalyse und Transmissionsmessung der Talbotinterferometrie
überlegen. Bei ansteigender Partikelgröße, Detektoren mit großem
Akzeptanzwinkel und kompakter Systembauweise mit kurzen Messlängen bietet
allerdings die Talbotinterferometrie Vorteile durch die Erzielung höherer Signal-
Rausch-Verhältnisse. Durch Messungen mit eingeklebten Partikelproben des feinen
und groben Teststaubs bei einer Messlänge von wenigen hundert Mikrometern
konnte dies bestätigt werden. Der ideale Abstand zwischen Partikelposition und
Detektor ist abhängig von g ∗ , liegt aber größtenteils im Bereich von einer halben
bis einer ganzen Talbotlänge.
Ausgehend von den theoretischen Betrachtungen erfolgte die Systemintegration.
Angestrebt wurde die Entwicklung eines planar integrierten freiraumoptischen
Systems, das weitestgehend auf Peripheriegeräte verzichtet und somit kompakt
und transportabel ist. Beim Ansatz der planar integrierten Freiraumoptik propagiert
das Licht durch ein transparentes Substrat und interagiert mit den optischen
Komponente, die an der Substratgrenzfläche integriert sind. Ein Testsystem auf
der Materialbasis Saphir-Galliumnitrid, das mit diffraktiven optischen Elementen
zur Strahlfokussierung arbeitet, wurde demonstriert.
Ein zweites System, das auf der dynamischen Messung des Streulichtes und
der Transmission beruht, stellt ein integriertes optofluidisches System zur quantitativen
Analyse fließender Suspensionen dar. Das System benötigt als Peripheriegeräte
lediglich eine 9V-Batterie zur Spannungsversorgung und ein Multimeter
zur Messung des Photostroms. Alle aktiven optischen Komponenten, also
die Lichtquelle und die Detektoren, befinden sich auf einem Siliziumchip, einer
sogenannten planaren Strahler-Empfänger-Baugruppen. Die planare Systemintegration
erfolgte in PMMA, das mittels Ultrapräzisionsfräsen bearbeitet wurde.
Das von einem VCSEL bei 850 nm emittierte Licht ist divergent und wird durch
eine optische Freiformfläche abgelenkt und auf einem Zick-Zack-Pfad durch das
System auf den Primärlichtdetektor geführt. Streulichtdetektoren messen das gestreute
Licht. Durch die Auswertung des Mittelwerts und der Standardabweichung
des Streulichtes war es möglich, die Partikelmassekonzentration zwischen