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Optische Spektroskopie Ein Spektrometer im Chip-Format

Von Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter 2 min Lesedauer

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FAULHABER Antriebssysteme
Negal Engineering AG
Shanghai Yongming Electronic Co., Ltd.

Fraunhofer-Forscher haben ein Spektrometer auf einem 2,3 mm x 3,4 mm großen Chip gebaut, in dem alle Komponenten integriert sind. Die kompakte Bauweise eröffnet neue Anwendungsmöglichkeiten.

Der nanoSPECTRAL-Chip: Seine kompakte Bauweise zeigt, wie moderne Spektroskopie-Technologie auf minimalen Raum Platz findet. Trotz seiner geringen Größe ermöglicht er präzise spektrale Messungen und lässt sich mühelos in bestehende Systeme integrieren.(Bild: Fraunhofer IIS / Wladimir Tschekalinskij)
Der nanoSPECTRAL-Chip: Seine kompakte Bauweise zeigt, wie moderne Spektroskopie-Technologie auf minimalen Raum Platz findet. Trotz seiner geringen Größe ermöglicht er präzise spektrale Messungen und lässt sich mühelos in bestehende Systeme integrieren.
(Bild: Fraunhofer IIS / Wladimir Tschekalinskij)

Optische Sensoren sind unverzichtbar. Sei es für die Analyse in der Medizintechnik bis hin zur Qualitätskontrolle in der Lebensmittelindustrie. Dabei kommt es auf eine präzise spektrale Messung an, ohne dabei die Kosten oder den Bauraum stark zu belasten. Die herkömmlichen optischen Spektrometer sind leistungsfähig, jedoch teuer und oftmals sperrig. Somit scheidet der Einsatz in kompakten Anwendungen aus.

Entwickler des Fraunhofer IIS aus Erlangen haben mit dem nanoSPECTRAL-Chip einen kompakten Spektrometer in Chipgröße gebaut. Dieser integriert optische Filter direkt im CMOS-Halbleiterprozess und die Größe des gesamten Spektrometers misst eine Fläche von 2,3 mm x 3,4 mm. Ebenfalls erwähnenswert: Der Produktionsaufwand bleibt unabhängig von der Anzahl der spektralen Kanäle konstant niedrig. Zusammen mit dem geringen Bauraum ergeben sich völlig neue Anwendungsmöglichkeiten. Vor allem für Entwickler von optischen Sensormodulen profitieren von den Eigenschaften. Jetzt sind spektrale Messungen in kompakten Designs möglich.

Wellenlängenspektrum von 400 bis 1.000 Nanometer

Der Chip deckt ein Wellenlängenspektrum von 400 bis 1.000 nm ab, bietet eine Filtertransmission von 40 Prozent und verarbeitet 270 spektrale und 30 Polarisations-Kanäle. Diese breite spektrale Abdeckung und hohe Flexibilität machen ihn zu einer leistungsstarken Lösung, die in verschiedensten Umgebungen und Anwendungen eingesetzt werden kann. Ein Beispiel ist der Einsatz bei der Flüssigkeitsanalyse: Analysiert der nanoSPECTRAL-Chip Reagenzien für die Messung von pH-Werten, identifiziert er über das vollständige Spektrum chemische Veränderungen genauer als herkömmliche RGB-Sensoren. Diese detektieren meist nur deutliche Farbunterschiede.

Dank seiner kompakten Maße lässt sich das kompakte Spektrometer beispielsweise für die Lebensmittelanalyse einsetzen: Ein Landwirt oder eine Endverbraucherin könnte ihn einsetzen, um die Frische oder den Reifegrad von Früchten zu überprüfen. Auch in der Medizintechnik, etwa am Point of Care, ist der Chip für eine schnelle und zuverlässige Analyse von Teststreifen geeignet. Die Kosmetikbranche könnte den Chip nutzen, um Hautfeuchtigkeit oder Glanz nach der Verwendung von Pflegeprodukten zu messen.

Verfügbarkeit und individuelle Lösungen

Möchten Unternehmen den Spektrometer nanoSPECTRAL in Chipgröße in ihren Produkten testen, etwa Hersteller von optischen Sensormodulen oder Unternehmen in der Analytik, sind ab sofort Samples und Evaluierungskits auf Anfrage erhältlich. So können Entwickler die Integration des Chips in ihre Systeme frühzeitig prüfen. Zudem sind kundenspezifische Anpassungen möglich, sodass der Chip optimal auf die jeweiligen technischen und wirtschaftlichen Anforderungen zugeschnitten werden kann. Dies bietet eine attraktive Lösung für Unternehmen, die auf innovative und platzsparende Sensormodule angewiesen sind und gleichzeitig Kosten optimieren möchten. (heh)

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