MIR-Evaneszentwellenspektroskopie mit niedermodigen Wellenleitern

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit den physikalischen Grundlagen und der Anwendung der Evaneszentwellenspektroskopie (EWS), die auf dem Effekt der abgeschwächten Totalreflektion beruht. Das Verfahren wurde hierbei zum spektroskopischen Nachweis von organischen Stoffen in wässrigen Lösungen im Wellenlängenbereich des mittleren Infrarot (MIR, 2,5-25µm) eingesetzt. Zur Steigerung der Empfindlichkeit kam eine Festphasenextraktionsmethode zur Anwendung, durch die der Zielanalyt vom stark absorbierenden Wasser getrennt wird. Dies geschieht durch Anreicherung des Analyten in einer Polymerschicht, die sich im evaneszenten Feld eines Wellenleiters befindet. <br>Zur Abschätzung und Optimierung der Leistung eines aus Lichtquelle, Sensorwellenleiter, Wellenlängenselektion, Detektor und Elektronik bestehenden Systems wurde ein physikalisches Modell erstellt, das Modell auf der Berechnung des spektralen Leistungsflusses durch das System beruht. <br>Bei der Untersuchung von zwei Testsystemen für die Konzentrationsbestimmungen organischer Verbindungen in wässriger Lösung wurden Nachweisgrenzen im unteren ppm-Konzentrationsbereich ermittelt. Mit Hilfe des theoretischen Modells konnte gezeigt werden, dass die Empfindlichkeit beider Systeme bis in den sub-ppm Bereich erhöht werden kann. <br>Durch die in dieser Arbeit durchgeführte Entwicklung von niedermodigen Planarwellenleitern für das mittlere Infrarot soll die Empfindlichkeit von EWS-Systemen weiter gesteigert werden. Dazu wurden Planarwellenleiter durch Abscheidung von 1,2 bis 1,5µm dicken Germaniumschichten auf Siliziumsubstraten angefertigt. Diese Wellenleiter wurden mit Hilfe der M-Linien-Spektroskopie charakterisiert. Bei einer Wellenlänge von 10,6µm wurden Dämpfungsverluste in der Größenordnung von einigen 10dB/cm gemessen. Diese Verluste sind zu groß für den Einsatz in Sensorsystemen. Es ist jedoch zu erwarten, dass eine Optimierung des Abscheidungsprozesses die Dämpfung in einem ausreichenden Maß reduziert.

Author dc:creator

• Hahn, Peter

Contributors dc:contributor

• Tacke, Maurus

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