Mikromechanische Mehrband-Fabry-Pérot-Interferometer für die Anwendung in der Infrarot-Spektroskopie

Infrarotsensoren haben seit einigen Jahrzehnten einen festen Platz in der Sensorik erobert. Sie werden zur berührungslosen Temperaturmessung sowie zur Bestimmung physikalischer und chemischer Stoffeigenschaften, insbesondere in der Gasanalyse, verwendet. Für letztere kommt das Verfahren der Infrarotspektroskopie zum Einsatz. Anhand ihrer charakteristischen Absorptionsspektren im mittleren und fernen Infrarotbereich von (3 … 12) µm („Fingerabdruck“) können Stoffe identifiziert und in ihrer Konzentration erfasst werden. Das Spektrum der Anwendungen umfasst dabei u. a. die Messung der Luftqualität (CO2, Schadstoffe), die Medizintechnik (Atemgasanalyse), die Sicherheitstechnik (explosive und toxische Gase) und die industrielle Prozessüberwachung. Kostengünstige und kompakte Sensoren sind bisher auf die Messung einzelner Wellenlängen (Spektralkanäle) und somit in ihrer Leistungsfähigkeit beschränkt. Das volle Potenzial von spektrometrischen Messverfahren wird jedoch erst durch die Erfassung zusammenhängender Spektren – mit einem Spektrometer – ausgenutzt. Mikromechanisch hergestellte durchstimmbare Filter, die auf dem Prinzip des Fabry-Pérot-Interferometers beruhen, sind dafür besonders geeignet, konnten bisher jedoch nur bestimmte Wellenlängenbereiche abdecken. In dieser Arbeit wird das Prinzip nun weiterentwickelt, wodurch ein sehr viel größerer Wellenlängenbereich zugänglich ist und darüber hinaus in mehreren Spektralbändern simultan gemessen werden kann. Schwerpunkt der Arbeit ist der Entwurf und die Charakterisierung solcher Filter und entsprechender hochminiaturisierter Spektrometermodule. Als Anwendungsbeispiel wurde hierfür die Messung von Anästhesiegasen gewählt.