Laservibrometer-Mikroskopsysteme

Konfokales Vibrometermikroskop mit variabler GHz-Trägerfrequenz

Dipl.-Ing. (FH) Robert Kowarsch

 

Stand der Technik/Motivation

  • Effiziente Erzeugung eines hochfrequenten heterodynen Trägers bei mehreren GHz, wo konventionelle Frequenzschieber (Braggzellen) ineffizient arbeiten.
  • Freie Wahl der Trägerfrequenz nach optimalem Demodulations-Spetralbereich jenseits dominanter Rausch- und Störquellen

Methoden

  • Variable Trägererzeugung mittels zweier DBR-Diodenlaser im sichtbaren Spektralbereich
  • Hohe, breitbandige Schwingungsamplituden-Auflösung auch bei großen Amplituden

Bisherige Forschungsergebnisse

Die Forschungsergebnisse dieses Feldes werden nach ihrer Veröffentlichung hier zusammengefasst.

„Absorbance Modulation“-Nanoskopie

Dipl.-Ing. (FH) Robert Kowarsch

Stand der Technik/Motivation

  • Schwingungsfrequenzen von mehreren GHz in Mikrosystemen erfordern laterale Auflösung jenseits des Beugungsgrenze zur Auflösung der Schwingungsmoden
  • Auflichtmikroskopische Verfahren zur Bildgebung und Spektroskopie unterhalb der Abbeschen Beugungsgrenze analog zum STED(„Stimulated Emission Depletion“)-Verfahren in der Fluoreszenz-Mikroskopie

Methoden

  • Verwendung photochromer Schichten zur lateralen Auflösungsverbesserung mittels „Absorbance Modulation Imaging“ in Reflektion
  • Initiative zur Bildung einer Forschergruppe im Verbund mit dem Laser-Laboratorium Göttingen e.V. und Institute der Universität Clausthal
  • Modellierung und Simulation der Kinetik in photochromen Schichten zur Auflösungsverbesserung in der Auflichtmikroskopie zur Optimierung der Designparameter
  • Modellierung der Beugungsverluste an der sub-Wellenlängenapertur

Forschungsergebnisse

  • Erste Simulationen mit Hilfe der Modellierung zeigen ein gutes Potential Auflösungen von λ/5 bei Transmissionen von ~4 % zu erreichen.

Veröffentlichungen

R. Kowarsch and C. Rembe, “Modellierung der Auflösungssteigerung mittels photochromer Schichten für die nanoskopische Laser-Doppler-Vibrometrie,” in Proceedings of the XXX. Messtechnisches Symposium des AHMT, Hanover, Germany, Sept. 2016.

Beispiel für die numerische Simulation einer photochromen Schicht unter (rotationssymmetrischer) Bestrahlung bei zwei Wellenlängen im photostationären Gleichgewicht

Scannendes Vibrometermikroskop zur Schwingungsanalyse von Mikrosystemen

Dipl.-Ing. (FH) Robert Kowarsch

 

Stand der Technik/Motivation

  • Tragbare Elektronik (sog. "Wearables") benötigt flexible Stromversorgung. Die Gewinnung der Energie mit Hilfe von schwingungsfähigen, piezoelektrischen Mikrosystemen aus der menschlichen Stimme erlaubt Energieautarkie.
  • In Kooperation mit Choo Labs des Caltech.
  • Scannende Laser-Doppler-Vibrometer-Mikroskope haben sich bei der Analyse von Mikrosystemen bewährt.

Aktueller Stand

  • Aufbau eines scannenden Vibrometermikroskops mit eigener Software zur Rekonstruktion der out-of-plane Betriebsschwingungen mikroskopischer Bauteile.
  • Verifikation des Systems anhand der simulierten Schwingformen eines Energy-Harvesting Mikrosystems, das die Energie der menschlichen Stimme nutzt (Spektralbereich der maximalen Energie bei 100-300 Hz für Erwachsene).

Veröffentlichungen 

Kowarsch, R., Janzen, J., Rembe, C., et al. (2017). Scanning confocal vibrometer microscope for vibration analysis of energy-harvesting MEMS in wearables. tm - Technisches Messen, 84(s1), pp. 131-137. Retrieved 27 Sep. 2017, from doi:10.1515/teme-2017-0042

Aufbau des scannendes Vibrometer-Mikroskops mit kommerziellem Laser-Doppler-Vibrometer.
 

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