Mikrosystem zur Partikelkonzentrationsmessung auf Basis der Talbotinterferometrie

Die hochempfindliche Messung von Partikelkonzentrationen ist von zentraler Bedeutung, z.B. für Anwendungen in der Umweltsensorik. Wir stellen ein optisches Mikrosystem zur Messung der Partikelkonzentration in fließenden Suspensionen vor, bei dem zur Verbesserung des Signal-zu-Rausch-Verhältnisses gegenüber einer reinen Trübungsmessung, die Anordnung eines Talbotinterferometers angewendet wird. Die durch die Partikel hervorgerufene Störung der Selbstabbildung eines Amplituden- oder Phasengitters wird ausgewertet, um Rückschlüsse auf die Partikelkonzentration zu ziehen. Das Streuverhalten von Partikeln, die viel größer als die verwendete Wellenlänge sind, kann durch die Beugung an ihrem geometrischen Schatten hinreichend gut beschrieben werden. Wir modellieren die Versuchsanordnung durch die kombinierte Fresnelbeugung an einem optischen Gitter und einem undurchsichtigen Partikel und zeigen auf, welche Messsignale aus dieser Anordnung extrahiert werden können. Es erfolgt ein Vergleich mit experimentellen Ergebnissen. Die Abhängigkeit des Messignals von der Partikelgröße und dem Aufenthaltsort des Partikels im Probenvolumen des Mikrosystems wird diskutiert.