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      Messung von Russpartikeln mit photothermischer Interferometrie

      Messung von Russpartikeln mit photothermischer Interferometrie

      Das Institut für Sensorik und Elektronik FHNW arbeitet an einer neuen Messmethode für den Nachweis von atmosphärischen Russpartikeln.

      Technologien

      Photothermische Interferometrie (PTI)

      Ziele

      Entwicklung einer neuen Messmethode für den empfindlichen, quantitativen Nachweis von lichtabsorbierenden Spurenstoffen (wie z.B. Spurengase oder atmosphärische Russpartikel).

      Ausgangslage

      Atmosphärische Russpartikel entstehen vorwiegend durch Verbrennung von Biomasse und Dieselkraftstoff. Russpartikel sind für ihre negative Wirkung auf unsere Gesundheit bekannt. Sie beeinflussen zudem unser Klima, indem sie Sonnenlicht absorbieren und damit die Atmosphäre erwärmen.

      Ergebnis

      Unser Ansatz besteht darin, die Russpartikel mittels so genannter photothermischer Interferometrie (PTI) zu messen und zu untersuchen. Hierbei werden die Russpartikel über ihre ausgeprägt starke Lichtabsorption nachgewiesen. Der wesentliche Unterschied zu den heutigen Standard-Messmethoden liegt darin, dass die PTI-Methode sehr empfindlich ist und kaum durch Messartefakte belastet wird, da die Messung in-situ erfolgt.

      Anfänglich haben wir photothermische Interferometer mit Freistrahl-Lasern verwendet. Derzeit arbeiten wir an einer Miniaturisierung und Vereinfachung der Methode durch den Einsatz von Glasfasern und integrierten photonischen Schaltungen (PIC).

      Unsere jüngste Publikation zeigt den Proof-of-Concept eines solchen miniaturisierten Interferometers, das sich u.a. dadurch auszeichnet, dass es "passiv" betrieben werden kann: Die als Strahlvereinigungsoptik verwendeten 3x3-Koppler machen es möglich, auf die Ansteuerung eines Quadraturpunktes zu verzichten.

      Das Design hat das Potenzial, weiter miniaturisiert zu werden, da ein zukünftiges Interferometer auf einem zentimetergroßen Chip aufgebaut werden kann, was die derzeitige Nachweisgrenze weiter verbessern wird.

      Referenzen und Unterlagen

      Die Entwicklung unseres Freistrahl Interferometers: https://doi.org/10.5194/amt-13-7097-2020

      Unser wellenleiterbasiertes Interferometer: https://doi.org/10.1364/ao.476868, https://doi.org/10.5281/zenodo.10077921 

      Projekt-Information

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      Ausführung

      Institut für Sensorik und Elektronik FHNW

      Dauer

      3 Jahre

      Förderung

      Schweizerischer Nationalfonds, EMPIR, Eurostars, Innosuisse, H2020

      Projektteam

      Prof. Dr. Ernest Weingartner (Lead), Dr. Gregor Jundt, Jonas Bilal, Tobias Rüggeberg, Peter Steigmeier

      Die FHNW

      Hochschule für Technik und Umwelt FHNW
      Institut für Sensorik und Elektronik
      Ernest Weingartner

      Prof. Dr. Ernest Weingartner

      Gruppenleiter Aerosoltechnologie, Dozent für Mess- und Sensortechnik

      Telefonnummer

      +41 56 202 79 18 (undefined)

      E-Mail

      ernest.weingartner@fhnw.ch

      Adresse

      Fachhochschule Nordwestschweiz FHNW Hochschule für Technik und Umwelt Klosterzelgstrasse 2 5210 Windisch

      Raum

      1.231

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