Dissertationen ab 2018

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Schäffer, Daniel;
Planar integrated asymmetric waveguide splitter devices in glass. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2024. - 1 Online-Ressource (xvii, 122 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2024

Gegenstand dieser Arbeit ist die Untersuchung planar integrierter, asymmetrischer Multimode Wellenleiterverzweiger in Glas. Diese sind besonders interessant für Anwendungen in lokalen Datacom-Netzwerken, der Medizin und der Hochspannungstechnik. Als geeignetes Herstellungsverfahren wird der feldunterstützte Na+/Ag+ Ionenaustausch aus flüssigen Salzschmelzen untersucht. Hierbei werden Ag+ über die Oberfläche in das Glas eingebracht, um den Brechungsindex zu erhöhen. Durch die Verwendung von Masken, die via Photolithographie auf der Glasoberfläche aufgebracht werden, kann die Erhöhung des Brechungsindex lokal begrenzt werden, um optische Lichtwellenleiter herzustellen. Ein externes Feld beschleunigt den Ionenaustauschprozess, kann jedoch zu ungewünschten Verformungen der Wellenleiterprofile führen. Ein Simulationsmodell, basierend auf der Finite-Elemente-Methode, wird zur Berechnung der Lichtwellenleiterprofile entwickelt. Dieses bildet die Ionenaustauschprozesse anhand der Diffusionsgleichungen ab und erlaubt die Erstellung von dreidimensionalen planar integrierten Strukturen in Glas. Anschließend wird die Lichtausbreitung mittels wellenoptischer BPM-Simulation berechnet. Somit kann der experimentelle Aufwand signifikant reduziert werden und eine computergestützte Optimierung des Bauteildesigns erfolgen. Mit Hilfe des Modells werden vier verschiedene asymmetrische Multimode Verzweigervarianten entwickelt. Diese unterscheiden sich in ihrem Maskendesign und den gewählten Ionenaustauschparametern. Es wird untersucht, wie sich die Asymmetrie durch unterschiedliche Breiten der Verzweigerarme und deren Winkel steuern lässt. Ein neuartiger Ansatz, der ohne Maske und damit ohne Photolithographieprozess auskommt, wird vorgestellt. Hierbei wird ein Ultrakurzpuls-Laser genutzt, um Gräben in eine mit Silberionen angereicherte Schicht zu strukturieren. Der verbleibende Steg dient als Lichtwellenleiter. Für jede Verzweigervariante wird jeweils ein Funktionsmuster hergestellt. Die Wellenleiterprofile werden mittels eines Rasterelektronenmikroskops charakterisiert und anschließend werden die Ein- und Ausgänge der Verzweiger an optische Glasfaserkabel angekoppelt. Die Asymmetrie und die Verluste der Komponenten werden gemessen und mit den Simulationsergebnissen verglichen. Das Verhalten bei Datenraten von 28 Gbit/s wird experimentell bestimmt, um so die Eignung für den Einsatz in optischen Kommunikationsnetzwerken zu gewährleisten.



https://doi.org/10.22032/dbt.59865
Poroskun, Ivan;
Übertragung und Erweiterung des Konzepts des Virtuellen Koordinatenmessgerätes auf neue metrologische Anwendungen am Beispiel der Planck-Waage. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2024. - 1 Online-Ressource (xiii, 111 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2024

Die Bestimmung der Messunsicherheit ist ein zentraler Aspekt jeder metrologischen Aufgabe. Mit fortschreitender Digitalisierung und bei immer komplexeren Messungen werden die Messunsicherheiten zunehmend in einer Simulation ermittelt. Die entsprechende Simulationssoftware wird dabei über Jahre oder sogar Jahrzehnte zusammen mit dem Experiment weiterentwickelt. Damit dieser Prozess möglichst effizient und nachhaltig gestaltet werden kann, bedarf es einer systematischen Vorgehensweise bei der Implementierung der physikalischen Zusammenhänge in einer Simulationssoftware. Dazu werden in dieser Arbeit die Konzepte einer etablierten Simulationssoftware für die Messunsicherheitsbestimmung verallgemeinert und für die Anwendung auf neue metrologische Aufgaben übertragen. Als Ausgangspunkt wird dafür das VCMM – das Virtuelle Koordinatenmessgerät – herangezogen. Um zu verstehen, wie das VCMM aufgebaut ist und was seinem Konzept zugrunde liegt, wird es von Grund auf neu implementiert. Dabei werden die Ansätze der Modellbildung des VCMMs erkannt und verallgemeinert. Demnach wird der gesamte Messprozess in einer Simulation nachgebildet. Weiterhin wird eine Softwarestruktur erarbeitet, mit der vergleichbare Simulationssoftware aufgebaut werden kann. Um schließlich die physikalischen Modelle einer Messung zu einer Software zu implementieren, wird eine unterstützende Softwarebibliothek entwickelt. Sie enthält die wiederkehrenden Komponenten einer Monte-Carlo-basierten Simulationssoftware und hilft bei der Umsetzung der Softwarestruktur. Zur Veranschaulichung der erarbeiteten Vorgehensweise wird als erstes Anwendungsbeispiel die Planck-Waage betrachtet. Dabei wird eine Simulationssoftware für die Bestimmung der Messunsicherheiten an der Planck-Waage erstellt. Die Software ist modular aufgebaut und bietet vielseitige Analysemöglichkeiten, die einen Einblick in die physikalischen Zusammenhänge der Messung ermöglichen. Die Erstellung der Simulationssoftware für weitere metrologische Anwendungen erfolgt äquivalent.



https://doi.org/10.22032/dbt.59707
Pabst, Markus;
Planck extension for a prototype vacuum mass comparator. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2024. - 1 Online-Ressource (XI, 120 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2024

Diese Arbeit befasst sich mit der technischen Umsetzung zur Realisierung des Kilogramms nach der neuen Definition des Kilogramms von 2019. Im Stand der Technik wird die Geschichte des Kilogramms zurückverfolgt und es werden die wichtigsten Meilensteine der Wägetechnik vorgestellt. Anschließend werden verschiedene Ansätze zur Umsetzung der Realisierung des Kilogramms nach der neuen Definition aufgezeigt. Es werden die Grundlagen der hochpräzisen Massebestimmung einschließlich der Grenzen, Probleme und neuesten Entwicklungen auf dem Gebiet der Wägetechnik dargestellt. Darüber hinaus werden die Grundlagen der absoluten Massebestimmung mit einer Planck-Waage nach der neuen Definition des Kilogramms dargestellt. Im weiteren Verlauf wird die Entwicklung einer Planck-Waage als Erweiterung eines handelsüblichen Hochvakuum-Massekomparators beschrieben. Dies ermöglicht die Bestimmung des Kilogramms nach der neuen Definition auf der Grundlage von Massekomparatoren, die mit langjähriger Erfahrung entwickelt und getestet wurden. Darüber hinaus können die Massekomparatoren weiterhin zur Aufrechterhaltung der Kalibrierkette nach der alten Definition des Kilogramms verwendet werden. Im Rahmen der Entwicklung dieser Planck-Erweiterung für Massekomparatoren wird die Entwicklung von Magnetsystemen eingehend diskutiert. Im weiteren Verlauf wird die allgemeine Funktionsweise des Systems vorgestellt und beschrieben und die Messmethodik erläutert. Die aus dem Hauptexperiment gewonnenen Messergebnisse werden im Rahmen einer detaillierten Datenanalyse vorgestellt und diskutiert. In der Schlussfolgerung werden die Ergebnisse diskutiert, bewertet und mögliche Verbesserungsvorschläge aufgezeigt und vorgestellt.



https://doi.org/10.22032/dbt.59667
Schlag, Leslie;
Fundamentals and applications of gas phase electrodeposition. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2024. - 1 Online-Ressource (147 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2024

In dieser Arbeit werden Grundlagen und Anwendungen der Gasphasen Elektrodeposition erarbeitet. Der Begriff steht für ein Zusammenspiel von Aerosolphysik und konventioneller Abscheidungstechnologie. Das aus einer Funkenentladung erzeugte Material wird durch einen Plasmastrahl direkt zu Punkten auf einem Substrat transportiert, wo sich das Material lokal oder in Mikrofilmen abscheidet. In dieser Arbeit wurden drei entscheidende theoretische Aspekte (i-iii) und drei praktische Aspekte (iv-vi) herausgearbeitet. (i) Die beiden Schlüsselparameter Funkenentladungsleistung und Trägergasfluss beeinflussen den von den geladenen Spezies getragenen elektrischen Strom, die erzeugte Masse/Größe der Nanopartikel und die resultierende Mikro-/Nanostrukturmorphologie. Langmuir-Sonden-Messungen zeigen mindestens zwei Transportzonen – eine vom Gasfluss dominierte und eine vom elektrischen Feld dominierte Zone. Die Gasströmung ist der Hauptfaktor, nicht nur für die Partikelgeschwindigkeit in der Transportzone, sondern auch für die Verteilung des elektrischen Potenzials und des elektrischen Feldes im Reaktor. In der Nähe des Substrats bildet sich ein elektrischer Feldgradient aus. Der Transport wechselt von der Gasströmung zum E-Feld. Die Komponente des elektrischen Feldes zeigt zur Oberfläche hin. (ii) Der elektrische Strom und die gravimetrische Analyse zeigen, dass die Stickstoff Ionen im Vergleich zu den erzeugten Metallpartikeln deutlich in der Überzahl sind. In Anbetracht der Mikro-/Nanostrukturmorphologie erweist sich die Leistung der Entladung als der wichtigste Parameter. Eine niedrige Funkenleistung in Verbindung mit einem geringen Gasfluss führt zu dendritischen Partikeln. Im Gegensatz dazu führt eine höhere Funkenleistung in Verbindung mit einem höheren Gasfluss zu kompakten Schichten. Dieses zweidimensionale Parameterfeld ermöglicht eine maßgeschneiderte Schichtmorphologie und Abscheiderate. (iii) Bei konstantem Gasdurchsatz führt ein kleinerer Reaktordurchmesser zu einem turbulenteren Strömungsverhalten. Dieses Verhalten ist unabhängig vom Gaseinlass, der die Partikelkonzentration im Plasmastrahl beeinflusst. Ein statistisches Modell führt zu einem besseren Verständnis der Gasphasen Elektrodeposition. Zusätzlich zur üblichen Standarddiffusion treten in eine bestimmte Richtung auch lange super-diffusive Flüge der erzeugten Teilchen auf, wenn ein zusätzliches elektrisches Feld vorhanden ist. Die gewonnenen theoretischen Erkenntnisse halfen bei der Gasphasen Elektrodeposition von (iv) Mikrofilmen, (v) lokalisierten selbstausrichtenden lateralen Metall-Nanobrücken und (vi) lokalisierten selbstausrichtenden vertikalen Leiterbahnen.



https://doi.org/10.22032/dbt.59621
Niehaus, Konstantin;
Experimentelle Untersuchung des Skalenverhaltens bei Kondensation und Verdampfen in einem generischen Fahrzeugscheinwerfer. - Ilmenau, 2024. - 1 Online-Ressource (xxiii, 178 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2024

Diese Promotionsschrift befasst sich mit der experimentellen Untersuchung des Wärmetransports und Stofftransfers feuchter Luft mit Phasentransition an einer Oberfläche. Eine Motivation hierfür gibt unter anderem das vermehrte Auftreten von unerwünschter Kondensation innerhalb von Automobilscheinwerfern. Hierzu wird ein experimenteller Aufbau vorgestellt, der die physikalischen Prozesse abbildet, die für die Tropfenkondensation und die Verdampfung von Tropfen relevant sind. Der in dieser Arbeit untersuchte Parameterbereich umfasst 200 < Re < 1300, bei 0 < Gr < 108 und relative Luftfeuchten von 0.19 < ϕein < 0.85 (bei 25 ◦C). Das Geschwindigkeitsfeld im Zellinneren wurde mittels tomografischer Particle Image Velocimetry gemessen. Die Ergebnisse einer probabilistischen Analyse und einer Hauptkomponentenanalyse werden präsentiert. Hierbei zeigt sich, dass die erzwungene Strömung den internen Wärme- und Stofftransport dominiert, höhere Temperaturgradienten jedoch zu einer Stabilisierung beziehungsweise Symmetrieerhöhung der großskaligen Strömung führen. Zur Bestimmung des Massentransfers beim Kondensieren und Verdampfen werden drei Messmethoden vorgestellt. Die erste bilanziert die Menge an Wasser an Ein- und Auslass, die zweite wiegt die Wassermasse direkt, während die dritte Konturen einzelner Tropfen mittels eines Mikroskops misst. Die ersten beiden liefern Aussagen über die globale Entwicklung der Masse auf der Kühlplatte. Die optische Methode eröffnet Einblicke in die lokale Tropfendynamik. Auf Basis dieser Messergebnisse wird die Skalierung der Sherwood-Zahl in Abhängigkeit von der Reynolds-Zahl und der relativen Luftfeuchte am Einlass untersucht. Zusätzlich wurde eine dimensionslose Beschreibung des Anwachsens und Schrumpfens von Einzeltropfen auf der Oberfläche formuliert. Die Messergebnisse des sensiblen und des latenten Wärmestroms werden abschließend in einem 1D-Modell reproduziert, validiert und auf den konkreten Betriebsfall eines Serienscheinwerfers angewendet.



https://doi.org/10.22032/dbt.59510
Tan, Aditya Suryadi;
Magneto- and electrorheological damper concepts with extended damping capabilities. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2023. - 1 Online-Ressource (xxi, 152 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2023

Magnetorheologische (MR) und elektrorheologische (ER) Flüssigkeiten werden in der Dämpfertechnologie aufgrund ihrer Fähigkeit verwendet, die erzeugte Dämpfung und damit die Energiedissipation für eine gegebene Geschwindigkeit durch Variieren des angelegten Feldes einzustellen. An diesem Punkt setzt die vorliegende Arbeit an und untersucht potenzielle Erweiterungen der bisher bekannten Wirkmechanismen und Konstruktionen in verschiedene Zielrichtungen. Es geht dabei um Erweiterungen hinsichtlich der Dämpferfunktionalität, der Kennlinienanpassung und des Bauraumes. Die erste Erweiterung ist die konstruktive Änderung des ER-Steuerventils, die zu einer gesteuerten Kennlinienanpassung der Kraft-Geschwindigkeits-Charakteristik von ER-Dämpfern genutzt werden kann. Die Modifikation erfolgte durch Segmentierung der Feldquelle in paralleler Anordnung. Mit dieser Steuerventilkonstruktion kann die erzeugte Dämpfung schrittweise durch einen einfachen Ein-Aus-Schaltmechanismus geändert werden. Die zweite Erweiterung betrifft ein kompakteres Dämpferelement durch Erhöhung des Freiheitsgrades des Dämpfers. Bisherige Dämpferkonzepte basieren auf dem Freiheitsgrad 1. Durch die Kombination der Betriebsarten und Konstruktionsmechanismen wird in dieser Arbeit eine Erhöhung auf bis zu Freiheitsgrad 4 erreicht. Die dritte Erweiterung ist die Kombination mit einem anderen Material, um dem Dämpfer neue Funktionalität hinzuzufügen. In dieser Arbeit werden zwei Kombinationen untersucht, die Kombination mit Metallschaum und mit einem Formgedächtnislegierungsdraht (FGL). Die Kombination mit Metallschaum minimiert die parasitäre Dämpfung und ermöglicht den Einbau des Dämpfers in ein kleines Schwingungssystem. Die Kombination mit FGL eröffnet die Möglichkeit, die Konstruktion des MR-Dämpfers zu verkleinern. Es werden Untersuchungen der drei Erweiterungen durchgeführt, indem ihre Wirkung anhand von Laborprototypen überprüft wird. Die experimentellen Ergebnisse werden analysiert und mit mathematischen Modellen verglichen. Die Untersuchungsergebnisse in allen Erweiterungen zeigen vielversprechende Ergebnisse, bei denen neue Funktionalitäten oder Dämpfungseigenschaften eingeführt und durch Experimente verifiziert werden. Die vorgeschlagenen funktionalen und konstruktiven Erweiterungen für ER- oder MR-basierte Dämpfer bieten Entwurfsalternativen in der Dämpfertechnologie und neue Anwendungsmöglichkeiten.



https://doi.org/10.22032/dbt.59697
Khan, Asad;
Modeling and measuring the effects of individually optimized multi-channel transcranial direct current stimulation on the human brain. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2023. - 1 Online-Ressource (xiii, 138 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2023

Die transkranielle Gleichstromstimulation (tDCS) ist eine nicht-invasive Technik zur Neuro-Modulation, bei der schwache Ströme durch Elektroden auf der Kopfhaut gesendet werden, um vorübergehend Eigenschaften des Gehirns zu verändern. Durch die gezielte Beeinflussung bestimmter kortikaler Bereiche haben Forscher tDCS eingesetzt, um Motorik, Emotionen, Gedächtnis, Sprachverarbeitung und verschiedene andere kognitive Funktionen zu beeinflussen. Konventionell wird bei der tDCS eine bipolare Standardmontage verwendet, um eine bestimmte Hirnregion von Interesse zu stimulieren, was in der Literatur zu unterschiedlichen Ergebnissen führte. In jüngster Zeit haben Optimierungsmethoden für die mehrkanalige tDCS (mc-tDCS) an Interesse gewonnen, die genau auf einen bestimmten Hirnbereich abzielen und das Potenzial haben, kontrolliertere und konsistentere Ergebnisse zu erzielen. In dieser Arbeit wird ein neuartiger mc-tDCS-Ansatz, der Distributed Constrained Maximum Intensity Approach (D-CMI), vorgeschlagen, um die somatosensorische P20/N20-Zielquelle des menschlichen Gehirns im Brodmann-Areal 3b zu stimulieren. Um die P20/N20-Zielquelle im Brodmann-Areal 3b für die tDCS genau zu rekonstruieren, wird eine integrierte und kombinierte Magnetoenzephalographie (MEG) und Elektroenzephalographie (EEG) Quellenanalyse mit individualisierter, auf die Leitfähigkeit des Schädels kalibrierter realistischer Kopfmodellierung vorgeschlagen. Die D-CMI-Methode wird für die somatosensorische P20/N20-Zielquelle im Brodmann-Areal 3b zunächst in einer Simulationsstudie und dann in einer experimentellen Validierungsstudie untersucht. In der Simulationsstudie wurden simulierte elektrische Felder (EF) für die neue D-CMI-Methode und die bereits bekannten, dem Stand der Technik entsprechenden Maximalintensitäts- (MI) und Standard-Bipolarmethoden erzeugt und für die individualisierten somatosensorischen P20/N20-Ziele verglichen. Die praktische Anwendbarkeit des D-CMI-Ansatzes wird in einer experimentellen Studie zur Stimulation der somatosensorischen P20/N20-Zielquelle im Brodmann-Areal 3b getestet und mit bipolaren Standard-TDCS- und Sham-TDCS-Bedingungen verglichen. Für den Vergleich werden die Daten der mit dem Finger elektrisch stimulierten somatosensorisch evozierten Felder (SEF) vor und nach der Anwendung der drei verschiedenen tDCS-Bedingungen (D-CMI, bipolare Standard- und Sham-Bedingungen) aufgezeichnet. Insbesondere werden die 20ms SEF-Spitzenamplituden vor und nach der Anwendung der drei tDCS-Bedingungen verglichen, um die Leistung von D-CMI im Vergleich zu Sham und bipolarer Standard-TDCS zu testen. Die in dieser Arbeit aus der Simulationsstudie gewonnenen Ergebnisse zeigten, dass die individualisierten D-CMI mc-tDCS-Montagen im Vergleich zur bipolaren Standardmethode hohe Stromintensitäten am Ziel zeigten. Ein weiterer Aspekt der individualisierten D-CMI-Montagen ist die potenzielle Reduzierung von Nebenwirkungen und Hautempfindungen. In dieser Hinsicht berücksichtigt die D-CMI die wichtigsten Stimulationsparameter, wie z. B. eine hohe Zielgerichtetheit (DIR) mit dem Potenzial geringerer Hautsensationen und elektrischer Feldamplituden in entfernten Hirnarealen. Die statistischen Vergleiche der 20ms SEF-Spitzenamplituden aus der experimentellen Studie in dieser Arbeit zeigten, dass der D-CMI-Ansatz den bipolaren Standard-TDCS-Ansatz, der auf das somatosensorische Brodmann-Areal 3b abzielt, übertrifft. Eine reduzierte Hautempfindung und Konsistenz während des gesamten Experiments mit D-CMI-basierter Scheinkonditionierung war ebenfalls erfolgreich. Die Ergebnisse dieser Arbeit deuten darauf hin, dass die D-CMI-Methode in Verbindung mit einer hochindividualisierten Schädelkonduktivität, die durch eine realistische Kopfmodellierung kalibriert wird, zu einer besseren Kontrolle der Stimulationsergebnisse führen kann als die Standard-TDCS-Methoden. Eine integrierte kombinierte MEG- und EEG-Quellenanalyse mit D-CMI-Montagen für die mc-tDCS-Stimulation kann möglicherweise die Kontrolle und Reproduzierbarkeit verbessern und die Empfindlichkeitsunterschiede zwischen Schein- und realen Simulationen verringern.



https://doi.org/10.22032/dbt.59595
Berlt, Philipp;
Messkonzepte für Funksysteme bei Mobilfunk-basierter Fahrzeugkommunikation. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2023. - 1 Online-Ressource (ii, 171 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2023

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich in interdisziplinärer Weise mit Fragestellungen und anhand von over-the-air Tests mit Lösungsansätzen zur Antennenmesstechnik und Funkkanalemulation sowie mit Testverfahren bei LTE-basierter Mobilkommunikation im Kontext vernetzter Automobile. Die Herausforderung besteht darin, dass der Speisepunkt der Antennen aufgrund des Einbauzustandes im Fahrzeug sowie der fortschreitenden Integration von Antennen und Empfängern nur schwer oder gar nicht zugänglich ist. Durch Nutzung modulierter Kommunikationssignale gelingt es, direkt und ohne komplexe Algorithmen dreidimensionale Gewinn- und Phaseninformation von Fahrzeugantennen im Einbauzustand aus einfachen Leistungsmessungen zu ermitteln. Kenntnis des Phasendiagramms der Antennen ist insbesondere bei der Übertragung mit mehreren Antennen essenziell und wird außerdem für die Bestimmung der Position von Antennen anhand ihres Phasenzentrums benötigt. Nach der Charakterisierung der Strahlungseigenschaften der Antennen werden diese als Teil einer Funkumgebung betrachtet und in der Funkkanalnachbildung berücksichtigt. Für die Bestimmung der Leistungsfähigkeit von Fahrzeugantennen durch die Emulation drahtloser Ausbreitungskanäle wurden im Rahmen dieser Arbeit mittels programmierbarer Funkmodule Alternativen zu etablierten Kanalemulatoren sowie die Zahl und Anordnung von Beleuchtungsantennen für die Nachbildung räumlicher Eigenschaften erforscht. Im Bereich realer und virtueller Fahrtests mit vernetzten Automobilen bestehen die Ergebnisse dieser Arbeit aus einem Messkonzept für virtuelle Fahrtests mit dem Ziel der Nachbildung relevanter Ausbreitungseffekte aus realen Fahrtests. Als relevantes Testszenario wurden die Grenzbereiche zwischen Mobilfunkzellen, bzw. die Nachbarbasisstation als größter Störeinfluss, identifiziert. Anhand gezielter Regelung von Nutz- und Störsignalpegeln im virtuellen Test kann das Verhalten des Testgeräts an den kritischen Stellen in Nähe der Zellränder mit Schwankungen < 5 % nachgebildet werden. Dieses Konzept ermöglicht einen einfachen Test, ohne notwendigerweise detaillierte Kenntnis des Funkkanals haben zu müssen, indem der Fokus auf der Nachbildung von für die Übertragung kritischen Szenarien anstelle der Nachbildung eines spezifischen Funkkanals liegt.



https://doi.org/10.22032/dbt.59165
Behrens, Arne;
Plasma based 2.5D+ micro and nanostructuring for whispering gallery mode resonators. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2023. - 1 Online-Ressource (xii, 172 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2023

Whispering gallery mode resonatoren werden für eine Vielzahl unterschiedlicher Anwendungen in der Industrie und im akademischen Bereich eingesetzt. Die Arbeit mit WGM ist mit Hürden wie die Herstellung, Charakterisierung und Anregung verbunden. Das Ziel dieser Arbeit ist es, neue Konzepte vorzustellen, um diese Hürden zu verringern. Die Herstellung von photonischen Strukturen beruht auf der Mikrofabrikationstechnik, die keine Kontrolle des Seitenwandwinkels erlaubt. Die Steuerung des Seitenwandwinkels in SiO2 bei gleichzeitig sehr geringer Oberflächenrauhigkeit würde einen neuen Freiheitsgrad ermöglichen und die Leistung photonischer Strukturen verbessern. Es wird eine systematische Untersuchung vorgestellt, die den riesigen Parameterraum des Ätzprozesses mit einem ”educated guessing”-Ansatz eingrenzt, bis DoE-Ansätze realisierbar werden. Dies geschieht in mehreren Schritten. Zur Untersuchung der verbleibenden Parameter wird eine Surface-Response-Methodology angewandt. Das erstellte Modell ist validiert und stimmt gut mit den Experimenten überein und kann daher zur Optimierung verschiedener Responsevariablen wie Seitenwandwinkel, Rauheit und Ätzrate verwendet werden. Die Substrattemperatur ermöglich die Kontrolle des Seitewandwinkels von 50&ring; bis 90&ring;. Die gewonnenen Erkenntnisse werden dann in Kombination mit dem bereits vorhandenen Wissen in der Community genutzt, um die Fertigungsmöglichkeiten der Gruppe Technische Optik im Reinraum zu erweitern. Das SiO2-Verfahren ist auch für das Ätzen von Si3N4 mit hervorragenden Ergebnissen geeignet. Diese Mikrofabrikationstechniken werden dann für die Herstellung von 2,5D+ WGMRs eingesetzt. Es wird eine neue Charakterisierungstechnik vorgeschlagen, die die emittierten Photonen für die Analyse von WGM nutzt. Dazu wird eine Einzelphotonentechnologie wie die zeitkorrelierte Einzelphotonenzählung verwendet, die neben klassischen Intensitätsbildern auch die Aufnahme von räumlich aufgelösten Lebenszeitbildern ermöglicht. Ein experimenteller Aufbau wird konzipiert und realisiert. Aus fluoreszierendem Material hergestellte WGMs werden mit den vorgeschlagenen Techniken angeregt und analysiert; durch die Analyse der Lebensdauern können die Q-Faktoren der WGMs bestimmt werden. Schließlich wird ein alternativer Weg zur Einkopplung von Licht in WGM vorgeschlagen, der monolithisch integrierte DOE auf WGM verwendet. Aufgrund eines fehlenden theoretischen Rahmens werden Simulationen durchgeführt, um DOE und WGM separat zu modellieren. Die vorgeschlagenen Elemente werden mit den entwickelten Mikrofabrikationsverfahren hergestellt und mit dem neuartigen Charakterisierungsaufbau analysiert.



https://doi.org/10.22032/dbt.59169
Hahm, Christoph;
Direkt abgeformte Betonbauteile für Präzisionsanwendungen im Maschinen- und Gerätebau. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2023. - 1 Online-Ressource (XIII, 168 Seiten). - (Berichte aus dem Institut für Maschinen- und Gerätekonstruktion (IMGK) ; Band 40)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2023

Präzisionssysteme können durch die Verwendung von Werkstoffen mit dem gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten thermisch stabil realisiert werden. Häufig wird Naturstein für Präzisionsanwendungen verwendet, da dieser sehr fein bearbeitet werden kann, thermisch sowie mechanisch langzeitstabil und korrosionsbeständig ist. Die Gestaltungmöglichkeiten sind jedoch durch die kostspielige und zeitaufwendige Bearbeitung stark eingeschränkt. Ein vielversprechender Ansatz zur Herstellung von Präzisionsbauteilen für die gesamte Maschinenstruktur ist die Verwendung von speziellen selbstverdichtenden Betonen (SCC=Self Compacting Concrete). Mit Beton als Alternativmaterial können vergleichbare mechanische Eigenschaften erzielt und wesentliche Gestaltmerkmale urformend hergestellt werden. Durch die niedrigen Materialkosten amortisieren sich die Werkzeugkosten schon bei kleinen Losgrößen. Teile aus SCC weisen im Herstellungsprozess ein zeit- und klimaabhängiges Schrumpfen und Quellen auf, womit Änderungen in der Bauteilgestalt verbunden sind. Allerdings konnte die Stabilisierungszeit beim Aushärteprozess deutlich verkürzt werden. In einer Langzeitstudie über fast zehn Jahre wurde eine mit Naturstein vergleichbare Formstabilität belegt. Darüber hinaus wurde eine Simulationsmethode entwickelt, um die Formänderung komplexer Geometrien vorherzusagen. Mit diesem Werkzeug kann eine Schalungsgeometrie entwickelt werden, die zu einem Fertigteil führt, welches annähernd der idealen Geometrie entspricht. SCC kann auch als alternatives Material für Teile mit hoher spezifischer Steifigkeit in beweglichen Maschinenstrukturen eingesetzt werden. Um eine mit Stahl- oder Aluminiumleichtbauteilen vergleichbare Zuverlässigkeit zu gewährleisten, muss die Betriebsfestigkeit verbessert werden. Der Einsatz von Stahl– oder Kohlefasern als Bewehrung ist nicht sinnvoll, da diese zu inhomogenem thermischen Verhalten führen. Alternativ kann eine Armierung durch die Aufbringung von organo–funktionellen Beschichtungen mit erhöhter Zugfestigkeit erfolgen. Die Wirkungsmechanismen und Zusammenhänge mit der Dauerfestigkeit wurden analysiert, um eine experimentelle Methode zur Bestimmung des Beschichtungseinflusses zu entwickeln. Abschließend erfolgt die Übertragung der Ergebnisse auf ein Verfahren zur Vorhersage der Betriebsfestigkeitssteigerung von beschichteten Betonbauteilen mit beliebiger Geometrie.



https://doi.org/10.22032/dbt.59146