Entwicklung und Anwendung bildgebender Verfahren für die Messung der elektrischen Feldstärke mit Hilfe der Lochbrennspektroskopie

摘要

In der Arbeit wird ein neues bildgebendes Verfahren zur optischen Sensorik der elektrischen Feldstärke vorgestellt, das auf der laserspektroskopischen Methode des stabilen spektralen Lochbrennens beruht. Hierbei erfolgt die Bestimmung der Feldstärkeverteilung durch Messung der E-Feldinduzierten Änderung der Absorption im Zentrum eines stabilen spektralen Loches, das mit einem schmalbandigen Laser in das Absorptionsspektrum einer Sensorschicht, bestehend aus dem Polymer Polyvinylbutyral dotiert mit dem unpolaren Farbstoff Perylen, gebrannt wird. Dieses Verfahren wird zur Bestimmung von elektrischen Feldern auf metallisierten Keramikträgerplatten, die Teil von Leistungselektronikbauelementen sind, eingesetzt. udInsbesondere wird die Feldstärkeverteilung an Defekten an der Metallisierungskante bestimmt, und so Problemstellen mit erhöhter Feldstärke ausfindig gemacht. Die höchste elektrische Feldstärke tritt an einem höhlenartigen Defekt am Fuß der Metallisierungskante, den sog. angeschnittenen Lunkern, auf. Zusätzlich wurde die Grundlage für ein weiteres Verfahren geschaffen, bei dem es möglich ist, unter Verwendung eines polarisierten Lasers und des polaren Farbstoffs 9-Aminoacridin auch die Richtung des elektrischen Felds zu bestimmen. Für die Erklärung der physikalischen Ursache des E-Feldeffekts des unpolaren Farbstoffs Perylen wurde ein Modell erweitert, das ursprünglich für polare Farbstoffmoleküle entwickelt wurde. Dieses Modell beruht auf der quantenmechanischen Beschreibung des -Elektronensystems des Farbstoffmoleküls als ein System von freien Elektronen in einem Kastenpotential. Aufgrund einer Asymmetrie der lokalen Bindungspolarisierbarkeit an verschiedenen Stellen des -Elektronensystems, die durch die verschiedenartigen Wechselwirkungen der Matrix mit dem -Elektronensystem des Farbstoffs erzeugt wird, kann ein äußeres Feld eine Längenänderung des Kastenpotentials erzeugen und somit die Frequenz des optischen Übergangs verschieben. ud