Entwicklung eines Nanospektrometer-Demonstrators für den sichtbaren Spektralbereich

Ein miniaturisiertes optisches Spektrometer auf Basis eines Fabry-Pérot-Filter-Arrays wird für den sichtbaren Spektralbereich als Demonstrator realisiert. Hierfür wird ein FP-Filter-Array mit einem optischen Bandpass-Filter in eine Graustufen-CCD-Kamera integriert und ein Algorithmus zur Signalverarbeitung implementiert. Die Kalibrierung des Spektrometers wird experimentell mit Hilfe einer durchstimmbaren Lichtquelle durchgeführt, die in dieser Arbeit konstruiert und verifiziert wird. Die Bezeichnung des Spektrometers als Nanospektrometer leitet sich aus der beim Herstellungsprozess zentralen Nanoimprint-Technologie ab. Die maximale Transmission der Filterlinien des Arrays liegt bei über 90% und im Mittel in der Größenordnung von 55%. Die gemessenen Halbwertsbreiten betragen (3.5 ± 1.0) nm und (2.8 ± 0.6) nm. Zusammen überspannen die FP-Filter-Arrays, von denen drei unterschiedliche Designs getestet werden, Spektralbereiche von 520 - 600 nm, 510 - 590 nm und 485 - 708 nm. Die Signalverarbeitung des Demonstrators basiert auf einem adaptiven Filter in Kombination mit einem LMS-Algorithmus. Sie wird im Hinblick auf das Konvergenzverhalten und die Stabilität des LMS-Algorithmus untersucht und optimiert. Die Korrelation zwischen Eingangs- und Ausgangs-Signal des Demonstrators wird experimentell mit Hilfe einer durchstimmbaren Lichtquelle bestimmt. Die durchstimmbare Lichtquelle ist modular designt, sodass sie für einen breiten Spektralbereich von UV bis IR (180 - 2000 nm) genutzt werden kann. Der Aufbau erlaubt es einen automatischen Scan über einen vordefinierten Spektralbereich durchzuführen und gleichzeitig die Ausgangssignale des Nanospektrometer-Demonstrators aufzuzeichnen.