Photonische Kristalle für die Gassensorik

Wissenschaftliches und technisches Gesamtziel des Vorhabens ist es,

• eine neuartige Absorptionszelle auf Basis photonischer Kristalle für infrarot-optische
Sensorsysteme mit Hilfe von Simulationstools des Optikdesigns zu realisieren und
• anschließend mit dieser kompakte infrarot-optische Sensorsysteme für einen möglichst ausgedehnten Spektralbereich zu realisieren und deren Einsatzfähigkeit in der Sensorik zu untersuchen. Miniaturisierbarkeit sowie die hybride Integration unterschiedlicher optischer Komponenten gekoppelt mit Untersuchungen zur Sensitivität bzw. Selektivität der Sensorsysteme sollen dabei einen weiteren Schwerpunkt der Forschungsaktivitäten darstellen.

Dabei soll in der ersten Projektphase eine Studie über eine hochempfindliche, kompakte Absorptionszelle (durch Ausnutzung langsamer Gruppengeschwindigkeiten) durchgeführt werden, in der die technische Realisierbarkeit, inklusive der Integration mit klassischen Sensorkomponenten, genauer untersucht werden soll.

In der zweiten Projektphase steht die Herstellung von Strukturen auf Photonischer Kristall-Basis im Vordergrund. Die Materialtechnologie konzentriert sich vor allem auf makroporöses Silizium, welches photonische Kristalle mit sehr hoher Qualität und extrem hohen Aspektverhältnissen (Höhe/Durchmesser der Poren) von 20 200 erzeugen kann (entspricht 1 10 mal dem Modendurchmesser im mittleren infraroten Spektralbereich). Insbesondere ist beim Design die Lichtein-und auskopplung in diese Strukturen zu berücksichtigen. Hierfür sollen theoretische Modelle auf Basis konkreter Funktionalität erarbeitet werden.

Darauf aufbauend sollen in der dritten Projektphase entsprechende Sensorsysteme realisiert werden, wobei bestehende Sensorkonzepte aus der Gasanalytik auf diesen neuartigen Ansatz übertragen bzw. erweitert werden sollen. Eine Modellierung bzw. das Optikdesign der mikrooptischen Komponenten und Systeme ist für diese Anwendung unumgänglich, ihre Charakterisierung wird anschließend durchgeführt.
Eine Validierung des realisierten System soll in der vierten Projektphase vorgenommen werden, hierbei sind auch Vergleichmessungen mit herkömmlichen Gasmessgeräten heranzuziehen. Mit diesen Messungen soll die Eignung dieser Technologie für den Einsatz in der kommerziellen Gasmesstechnik überprüft werden