Optische Mikrosysteme und Bauelemente für die Optofluidik

Amberg, Martin

Inhalt dieser Arbeit sind Aspekte der Integration optischer Funktionen in die Optofluidik. Dies geschieht durch den Einsatz dynamischer hybrider planar integrierter freiraumoptischer (PIFSO) Systeme und integrierter diffraktiver Bauelemente für eine parallele Mikromanipulation mit einer optischen Pinzette.Für die optische Systemintegration wird der Ansatz der planar integrierten freiraumoptischen Systeme weiterentwickelt. Bei einer vollständigen diffraktive Implementierung stellt die Strukturgröße die Grenze für die Effizienz dar. Aufgrund der begrenzten minimalen Strukturgröße der Maskenlithographie ist die Effizienz dieser Systeme gering. Die Integration von hocheffizienten konventionellen Bauelementen stellt hohe Anforderungen an alternative Fertigungstechnologien. In dieser Arbeit wird als erweiterter Ansatz die Integration preiswerter "`off-the-shelf"' Komponenten wie Prismen oder rückverspiegelter sphärischer Linsen zur Effizienzsteigerung untersucht. Anhand unterschiedlicher Systemdesigns, einer Toleranzanalyse und Demonstratoren wird dieser Optimierungsansatz bewertet.In dieser Arbeit wird weiter die Integration von dynamischen modalen LC-Elementen in die PIFSO-Plattform diskutiert. Diese werden, wie die PIFSO-Systeme, mit planaren Fertigungstechnologien hergestellt, und sind deshalb für die Integration sehr gut geeignet. Die theoretischen Möglichkeiten des Systemansatzes zur Strahlablenkung und Fokuskorrektur werden untersucht, bewertet und demonstriert.Neben den dynamischen PIFSO-Systemen wurde auch die erweiterte Applikation optischer Pinzetten in der Optofluidik untersucht. Durch die Integration diffraktiver Bauelemente in die Kanalwand von mikrofluidischen Systemen können kompakte Systeme mit zusätzlichem Funktionsumfang zur parallelen Manipulation realisiert werden. Somit ist es z.B. möglich, mehrere Partikel gleichzeitig dreidimensional einzufangen oder im Fluss abzulenken. Dies wird anhand von Funktionsmustern gezeigt, die mit Polydimethylsiloxan (PDMS) realisiert wurden. Ein dritter, in einem Schritt abgeformter Demonstrator enthält sowohl die fluidischen Elemente als auch eine definierte optische Schnittstelle für die optische Pinzette. Aufgrund der neuen Schnittstelle kann der PDMS-Chip mit anderen Analysetools kombiniert werden.Alle diese Teilaspekte ermöglichen es dem Anwender optofluidische Systeme spezifisch zu optimieren.

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Amberg, Martin: Optische Mikrosysteme und Bauelemente für die Optofluidik. 2010.

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