Dissertation

4. Talbotinterferometrie für die
Partikelanalyse
Mit ansteigender Partikelgröße steigt bei konstanter Partikelmassekonzentration
die Nachweisgrenze (siehe Bild 3.8). Die Ursache hierfür liegt in der immer
schmaleren und intensiveren Streukeule, die sich in Vorwärtsrichtung ausbildet.
Das gestreute Licht ist mit dem Anregungslicht überlagert, so dass ein Detektor
zur Bestimmung der Transmission nicht zwischen beiden Lichtanteilen unterscheiden
kann, die ihn erreichen. Der Anteil, der tatsächlich messbar aus dem Bereich
des Anregungslichtes gestreut wird, ist sehr klein. Gleichzeitig nimmt das Licht
ab, das in die höheren Winkel gestreut wird (vgl. Bild 2.2 (b)).
Um das intensive vorwärts gestreute Licht vom Anregungslicht zu trennen und
für die Messung zu nutzen, können interferometrische Verfahren eingesetzt werden.
Im Folgenden wird die Anwendbarkeit der Talbotinterferometrie untersucht.
Das Talbotinterferometer gehört zur Gruppe der Common-Path-Interferometer,
da sich alle Teile der geteilten Wellenfront auf einem gemeinsamen Pfad befinden.
Die Aufteilung in mehrere Interferometerarme ist damit nicht notwendig
und es bestehen gute Möglichkeiten zur Integration. Ein Talbotinterferometer
besteht aus einem Beugungsgitter, das eine einfallende kohärente Lichtwelle in
Beugungsordnungen aufspaltet. Durch die Interferenz der Beugungsordnungen
entsteht ein periodisches Interferenzmuster. Wird das Interferenzmuster in Amplitude
und/oder Phase gestört, so kann eine quantitative Auswertung unter Verwendung
eines zweiten Gitters erfolgen.
In diesem Kapitel wird zunächst ein Modell erarbeitet, um eine durch ein Partikel
gestörte dreidimensionale Lichtverteilung hinter einem Gitter zu simulieren.
Innerhalb dieses Modells kann eine Partikelbewegung im Probenvolumen
vorgenommen und die Auswirkungen auf das zu erwartende Signal unmittelbar
ermittelt werden. Es erfolgt eine Verifikation des Modells mit Messungen. Um
eine günstige Messkonfiguration zu ermitteln, werden Parameterstudien durchgeführt.
Darauf aufbauend können die Parameter für eine zu lösende Messaufgabe
festgelegt werden. Über eine Abschätzung der zu erwartenden Signal-Rausch-
Verhältnisse wird das optimale Messregime für das Verfahren ermittelt und mit
der Transmissionsmessung verglichen.
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