NACH OBEN

Messtechnik


Optische Vermessung dünner Schichten


Am Lehrstuhl für Laseranwendungstechnik werden in einem vom EFRE NRW geförderten Kooperationsprojekt optische Verfahren zur Inline-Qualitätskontrolle von Dünnschichten untersucht und deren Integration in eine Rolle-zu-Rolle-Anlage zur Herstellung organischer Photovoltaikzellen realisiert.

Die Qualitätskontrolle umfasst dabei die Schichtdickenbestimmung, als auch die Bestimmung der Trocknungsgüte und wird mittels Ellipsometrie durchgeführt. Dies erlaubt für eine Bildbreite von 100mm eine laterale Auflösung von 0,1mm bei einer Wiederholrate von 10Hz. Die Technologie ist zerstörungsfrei und ermöglicht eine Untersuchung von Mehrschichtsystemen im laufenden Beschichtungsrozess.

Frederik Kiel, M.Sc., Raum ID 05/645, Tel. 0234 / 32 23896, E-Mail: kiel@lat.rub.de

Prof. Dr.-Ing. Cemal Esen, Raum ID 05/643, Tel. 0234 / 32 25697, E-Mail: esen@lat.rub.de

Intelligentes optisches Sensorsystem


Die Überwachung von biochemischen Wirkstoffen ist von großer Relevanz für die medizinische Versorgung, zum Beispiel im Kontext der Arzneimittelentwicklung oder Patienten-beobachtung. Zur effizienten Umsetzung ist eine kompakte, robuste und hochsensitive Sensorik erforderlich. Aufgrund ihrer hohen Sensitivität, Miniaturisierbarkeit und Kosteneffizienz stieg hier die Nachfrage nach optischen Messmethoden deutlich an. Aufgrund der hohen Sensitivität des Messprinzips auf Basis eines optischen Ringresonators kann eine Vielzahl unterschiedlicher Substanzen wie Proteine, Antikörper, DNS- oder RNS-Stränge oder kleine Moleküle detektiert und analysiert werden.
Im Rahmen des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderten VIP+ Projekt IntellOSS wird eine intelligente Plattform unter Nutzung eines optischen Messverfahrens auf Basis von Whispering Gallery Mode-Resonatoren (WGM) entwickelt.

  • A. Saetchnikov, E. A. Tcherniavskaia, V. Saetchnikov, und A. Ostendorf, „Intelligent optical microresonator imaging sensor for early stage classification of dynamical variations“, Advanced photonics research, Bd. 2021, Art. Nr. 2100242, Okt. 2021, doi: 10.1002/adpr.202100242.
  • A. Saetchnikov, E. Tcherniavskaia, V. Saetchnikov, und A. Ostendorf, „Deep-learning powered whispering gallery mode sensor based on multiplexed imaging at fixed frequency“, Opto-electronic advances, Bd. 3, Nr. 11, Art. Nr. 200048, Nov. 2020, doi: 10.29026/oea.2020.200048.
  • A. Saetchnikov, E. A. Tcherniavskaia, V. Saetchnikov, und A. Ostendorf, „A laser written 4D optical microcavity for advanced biochemical sensing in aqueous environment“, Journal of lightwave technology, Bd. 38, Nr. 8, S. 2530–2538, Feb. 2020, doi: 10.1109/jlt.2020.2973933.
  • A. Saetchnikov, E. A. Tcherniavskaia, V. V. Skakun, V. Saetchnikov, und A. Ostendorf, „Reusable dispersed resonators-based biochemical sensor for parallel probing“, IEEE sensors journal / Institute of Electrical and Electronics Engineers, Bd. 19, Nr. 17, S. 7644–7651, Mai 2019, doi: 10.1109/jsen.2019.2916861.

Anton Saetchnikov, M.Sc., Raum ID 05/631, Tel. 0234 / 32 28485, E-Mail: saetchnikov@lat.rub.de

Prof. Dr.-Ing. habil. Andreas Ostendorf, Raum ID 05/621, Tel. 0234 / 32 25233, Mail: andreas.ostendorf@ruhr-uni-bochum.de


Mikropartikelarray


In der Messtechnik hat sich eine Vielzahl von unterschiedlichen optischen Messverfahren nicht zuletzt aufgrund ihrer hohen Sensitivität etabliert. Dabei spielen insbesondere Resonanzeffekte eine besondere Rolle. Aufgrund ihrer hohen Symmetrie stellen kugelförmige Mikropartikel Resonatoren besonderer Güte dar. Die Resonanzeigenschaften werden maßgeblich durch Veränderungen der Umgebungsbedingungen (z.B. Brechungsindex, Temperatur etc.) beeinflusst. So bewirken bereits kleinste Anlagerungen an die Partikeloberfläche eine messbare Verschiebung der Resonanzfrequenzen, die meist mit Hilfe von durchstimmbaren Lasersystemen bestimmt werden muss. Beleuchtet man jedoch ein Kollektiv unterschiedlicher Partikel, so bewirkt jede Veränderung der Umgebungsbedingungen eine Änderung der Intensitätsverteilung. Das Resonanzspektrum eines jeden Partikels sind einzigartig, dadurch lassen sich über die einfache Beobachtung der Intensitätsverteilung Rückschlüsse auf die Umgebungsbedingungen ziehen. 

  • T. Weigel, C. Esen, G. Schweiger, und A. Ostendorf, „Whispering gallery mode pressure sensing“, in Optical sensing and detection II, 2012, Bd. 8439, S. 1–6. doi: 10.1117/12.921759.
  • T. Weigel, R. Nett, G. Schweiger, und A. Ostendorf, „High resolution spectroscopy with a microparticle array sensor“, in Optical sensing and detection, 2010, Bd. 7726, S. 1–5. doi: 10.1117/12.854360.

Dr.-Ing. Dipl.-Phys. Thomas Weigel, Raum ID 05/635, Tel. 0234 / 32 23455, E-Mail: weigel@lat.rub.de
Prof. Dr.-Ing. habil. Andreas Ostendorf, Raum ID 05/621, Tel. 0234 / 32 25233, Mail: andreas.ostendorf@ruhr-uni-bochum.de

Geometrical Optics Application Tool


Die Leistungsfähigkeit heutiger Computersysteme machen eine Simulation immer komplexerer optischer Systeme möglich. Für einige wissenschaftliche Fragestellungen stehen Opensource-Pakete zur Verfügung, die jedoch meist Insellösungen darstellen. Kommerziell erhältliche Programmpakete sind meist sehr komplex und kostspielig, zudem sind sie meist auf den Bereich Optical Design zugeschnitten. Am Lehrstuhl für Laseranwendungstechnik wurde schon seit Jahren die geometrische Optik, d.h. die Strahlenoptik unter Berücksichtigung der Phaseninformation für die Bearbeitung unterschiedlichster optischer Aufgabenstellungen verwendet. Die zugrundeliegende Berechnung ist dabei immer sehr ähnlich, daher wurde im Rahmen dieses Projekts eine abstrakte Plattform entwickelt, die sich an unterschiedliche Fragestellungen anpassen lässt. Aufgrund des modularen Aufbaus lassen sich neben den Lichtquellen und Objekten auch die Berechnungsverfahren auf einfache Weise modifizieren. Diese Bibliothek wurde bereits erfolgreich bei der Berechnung des Strahlengangs, der elastischen Streuung und der Kraftberechnung in optischen Pinzetten eingesetzt.

  • R. Münster, O. Mierka, S. Turek, T. Weigel, und A. Ostendorf, „Benchmarking and validation of a combined CFD-optics solver for micro-scale problems“, OSA continuum, Bd. 3, Nr. 11, S. 3070–3081, 2020, doi: 10.1364/osac.399876.
  • T. Weigel, R. Ghadiri, C. Esen, G. Schweiger, und A. Ostendorf, „Influence of multiple particles in optical tweezers on the trapping efficiency“, in Complex light and optical forces VIII, 2014, Bd. 8999, S. 1–5. doi: 10.1117/12.2037322.

Dr.-Ing. Dipl.-Phys. Thomas Weigel, Raum ID 05/635, Tel. 0234 / 32 23455, E-Mail: weigel@lat.rub.de
Prof. Dr.-Ing. habil. Andreas Ostendorf, Raum ID 05/621, Tel. 0234 / 32 25233, Mail: andreas.ostendorf@ruhr-uni-bochum.de


HyQ2Ra


Mit Wasserstoff betankte Fahrzeuge im Personen- und Güterverkehr bedürfen einer zuverlässigen Infrastruktur, die den Wasserstoff flächendeckend bereitstellt. Das Projekt HyQ²Ra widmet sich hierbei der herausfordernd hohen Empfindlichkeit der Brennstoffzellen gegenüber Verunreinigungen im Wasserstoff. So können einige chemische Verbindungen bereits bei einer Konzentration von wenigen ppb (parts per billion) zu einer Schädigung der Brennstoffzelle führen. Mit Hilfe eines neuartigen Analyseverfahrens, basierend auf der inelastischen Streuung von Laserlicht an Molekülen (Raman-Streuung) soll das verhindert werden: Im laufenden Betankungsprozess wird hiermit die chemische Reinheit des Wasserstoffes kontinuierlich überprüft, während gleichzeitig die abgenommene Menge bestimmt werden kann.

  • folgen noch

Christian Günther, M.Sc., Room ID 05/651, Tel. +49 (0)234 / 32 23392, E-Mail: guenther@lat.rub.de
Philipp Maack, Room ID 05/645, Tel. +49 (0)234 / 32 23643, E-Mail: maack@lat.rub.de
Prof. Dr.-Ing. Cemal Esen, Room ID 05/643, Tel. +49 (0)234 / 32 25697, E-Mail: esen@lat.rub.de