ChipSenSiTek

ChipSenSiTek Chip-basierte photonische Gassensoren für die Sicherheitstechnik

Miniaturisierte und fasergekoppelte photonische Sensoren ermöglichen den hochempfindlichen und selektiven Nachweis von u.a. Explosiv- und Sprengstoffen mit laserspektroskopischen Methoden. Auf Basis solcher Sensoren entwickelte die SECOPTA zusammen mit den Partnern des BMBF-Verbundvorhabens ChipSenSiTek das transportable Nachweissystem EvaSpec.
Messprinzip
Das verwendete physikalische Messprinzip beruht auf der gestörten Evaneszenzfeld-Laserspektroskopie. Bei dieser spektroskopischen Methode wird ausgenutzt, dass die Totalreflektion von Licht an der Grenzfläche zwischen einem optisch dichten (z.B. Glasfaser) und einem optisch dünnen Medium empfindlich von Variationen der optischen Eigenschaften im Nahfeld der Grenzfläche abhängt [1]. Durch Anweseheit von Analytmolekülen in unmittelbarer Nähe zur Grenzfläche (Abstand < 1µm) ändert sich das Transmissionsspektrum einer Glasfaser. Selektivität wird durch eine auf die Faser aufgebrachte dünne Rezeptorschicht erreicht, die nur ganz bestimmte Moleküle adsorbieren läßt. Ein Rezeptorfilm auf der Basis von Triphenylenketal-Derivaten, bildet mit den TNT-Molekülen einen Ladungs-Transfer-Komplex, der eine Farbänderung von Transparent zu Rot hervorruft [2]. Um eine möglichst große Wechselwirkungsstrecke in einem kompakten Volumen unterzubringen, bietet es sich an, die Glasfaser spulenförmig aufzuwickeln.

Microchiplaser
Für den Nachweis der Farbänderung kommt ein neuentwickelter miniaturisierter Microchiplaser zum Einsatz, der gleichzeitig sowohl auf der Nachweiswellenlänge von λ=532nm als auch auf einer Referenzwellenläne von λ=1064nm emittiert. Dieser Laser bietet eine hohe Pulsleistung (ca. 8kW bei 10kHz), was für die evaneszente Wechselwirkung vorteilhaft ist. Die Wirkungsweise beruht auf dem Nachweis der definierten Schwächung durch den Analyten bei der Messwellenlänge 532nm und gleichzeitiger Korrektur der unspezifischen Absorption durch Messung bei der Referenzwellenlänge 1064nm. Die Konstruktion ist so ausgelegt, dass externe Sensoren (Absorber) über Lichtwellenleiter angekoppelt werden, die auf der Basis von evaneszenter Wechselwirkung unterschiedliche Sensorgeometrien (Fasersensoren, Nanowires, Chipresonatoren) verwenden. Damit ist das System sehr flexibel und kann durch die unterschiedlichen Geometrien wechselnden Aufgabenstellungen angepasst werden.

Mobile Lösung
Das transportable Nachweissystem EvaSpec ist die ingenieurtechnische Umsetzung des Laborsystems zur TNT-Detektion. Es beinhaltet den Microchiplaser, die Optomechanik, die Detektions- sowie die Auswerte- und Interfaceelektronik. Sämtliche Komponenten des Systems sind in einem transportablen Koffer untergebracht. Der TNT-Sensor wird mittels zweier SMA-Faserkoppler angeschlossen. Er kann sowohl als Hand-held- als auch als Einbauvariante betrieben werden.