Optical temperature sensing on flexible polymer foils

Hochschulschrift

Abstract: Die vorliegende Arbeit präsentiert den Entwurf, die Fertigung und die Charakterisierung zweier neuartiger Temperatursensoren. Im Gegensatz zu existierenden Lösungen, werden die hier gezeigten Komponenten erstmals als reinpolymerbasierte Systeme auf dünnen flexiblen Folien demonstriert. Die Herstellungstechniken für beide Sensorkonzepte wurden für eine großflächige Serienfertigung optimiert, womit ein signifikanter Schritt in Richtung kostengünstiger Herstellung von optischen Komponenten realisiert wurde.

Der erste beschriebene Ansatz basiert auf Bragg-Gittern, welche in monomodige und mehrmodige, invertierte Polymerrippenwellenleiter integriert sind. Diese Sensoren übertragen Temperaturänderungen der Umgebung in Verschiebungen ihrer spektralen Transmissionscharacteristik. Aus diesem Grund können sie mit breitbandigen Lichtquellen, beispielsweise organischen Leuchtdioden (OLEDs), betrieben werden und benötigen keine Laserquellen.

Die theoretische Modellierung der Sensoren zeigte eine schmalere spektrale Bandbreite für die monomodigen Sensoren im Vergleich zu ihren mehrmodigen Pendants, was auch experimentell bestätigt wurde. Obwohl diese Tatsache zu einer potentiellen Verbesserung der Signaldetektion beiträgt, ermöglichen größere Strukturbreiten von mehrmodigen Sensoren eine weitere Vereinfachung der Herstellungsprozesse. Daher können mehrmodige Sensoren in Systemen eingesetzt werden, für welche die Temperaturauflösung weniger kritisch ist. In der vorliegenden Arbeit wurde eine experimentell bestimmte Empfindlichkeit von -87±24 pm/K für monomodige Sensoren mit einer nahezu linearen Antwortkennlinie und einer Temperaturauflösung von ≈0.55 K erfolgreich demonstriert.

Der zweite Ansatz beschreibt asymmetrische Mach-Zehnder-Interferometer, welche auf der gemeinsamen Wellenleitertechnologie mit den Bragg-Sensoren basieren. Das neuartige asymmetrische Design der entwickelten Strukturen trägt dabei erheblich zur Vereinfachung des Herstellungsprozesses bei. Im Gegensatz zum Bragg-Sensorkonzept, basieren die entwickelten interferometrischen Sensoren auf Intensitätsmessungen und können somit mit einer einfachen Fotodiode als Detektor realisiert werden. Sie zeigten eine lineare temperaturabhängige Intensitätsverschiebung von 0.98±0.33 %/K mit einer Auflösung von ≈0.66 K.

Für die zukünftig beabsichtigte Verwendung der vorgestellten Sensoren als Teile größerer optischer Netzwerke, sind beide Sensortypen aufgrund der gemeinsamen Wellenleitertechnologie leicht austauschbar und können basierend auf dem entsprechenden Auslesekonzept für die gewünschte Anwendung gewählt werden

Object Details

• Location: Deutsche Nationalbibliothek Frankfurt am Main
• Extent: Online-Ressource
• Language: Englisch
• Notes: IN COPYRIGHT http://rightsstatements.org/page/InC/1.0 rs ; Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, Dissertation, 2017

References and Relationships

• Bibliographic citation: Research in micro-optics ; 25

Classification and Topics

• Classification: Industrielle und handwerkliche Fertigung
• Keyword: Temperatursensor ; Bragg-Reflektor ; Mach-Zehnder-Interferometer ; Flexibilität ; Massenfertigung ; Serienfertigung ; Substrat

Contributors, Places and Time

• Event: Veröffentlichung
• (where): Freiburg
• (who): Universität
• (when): 2017
• Creator: Sherman, Stanislav ; Rühe, Jürgen
• Contributor: Zappe, Hans P. ; Albert-Ludwigs-Universität Freiburg. Institut für Mikrosystemtechnik ; Albert-Ludwigs-Universität Freiburg. Fakultät für Angewandte Wissenschaften ; Albert-Ludwigs-Universität Freiburg

Further information

• DOI: 10.6094/UNIFR/13012
• URN: urn:nbn:de:bsz:25-freidok-130125
• Rights: Der Zugriff auf das Objekt ist unbeschränkt möglich.
• Last update: 14.08.2025, 10:48 AM CEST