TEM Messtechnik GmbH konzentrierte sich von Anfang an darauf, spezielle Lösungen für die wissenschaftliche oder industrielle Anwendung in Physik, Chemie und Medizin zu entwickeln:
Mess- und Regelungssysteme
Messdatenerfassung und -verarbeitung
Diodenlasersysteme
Optoelektronik
Lasersteuerungen
Präzisionsmechanik
Der Entwicklungsprozess reicht von der ersten Idee bis zur fertigen Produktionslösung. Die Entwicklung umfasst kundenspezifische Anpassung der Standardprodukte, der Entwicklung von elektronischen Geräten, analoge und digitale Lösungen, OEM-Platinen, Modulsysteme oder eigenständige Geräte.
Das Tätigkeitsfeld umfasst unter anderem die Entwicklung von Laserelektronik. Einen Schwerpunkt bilden dabei die hochpräzisen und schnellen Regler für die Resonatorlänge (bzw. für wellenlängenselektive Elemente innerhalb des Resonators) von durchstimmbaren Lasern, und damit für die Wellenlänge des emittierten Lichtes, auch durch phasensensitive (Lock-in-) Techniken. Die dabei verwendeten interferometrischen und spektroskopischen Wellenlängensensoren gehören ebenso zu den Produkten der TEM Messtechnik GmbH wie PID-Regler, Lock-In-Regler, HF- Modulation, Stromquellen, Temperaturregler, Scan-Generatoren, HV-Verstärker (z.B. für Piezoantriebe), Photodiodenverstärker, automatische Faserkopplungen.
Ein Beispiel für diesen Bereich sind die interferometrisch geregelten, über mehr als 1000GHz modensprungfrei durchstimmbaren DFB-Laserdioden.
Ein weiteres wesentliches Aufgabenfeld besteht seit einigen Jahren in der Entwicklung geregelter Systeme zur Positionierung von Laserstrahlen (Produkt Aligna®). Endkunden sind zum einen Unternehmen, die Laser für die Materialbearbeitung einsetzen und durch Aligna wesentlich präzisere Strukturen erzeugen können, zum anderen aber auch Forschungseinrichtungen, bei denen die um Größenordnungen stabilere Lage des Strahls ganz neue Möglichkeiten eröffnet.
Als Beispiele für bisher durchgeführte Entwicklungen seien genannt:
Wissenschaft und Forschung
Ansteuerungselektronik und -software für Laserdiodenspektrometer
Steuerung von Laseraufbereitungsanlagen (mit YAG-Laser) für die Altersbestimmung von Gesteinsproben
Ansteuerelektronik für einen 3-Farben-Mischer für Anwendungen in der Laser-Display- und Drucktechnologie
Messgeräte für die genaue Vermessung von hochwertigen Optiken mit Hilfe der Phasenschiebe-Interferometrie
Chemie
Messdatenerfassungs- und –verarbeitungssystem zum Probenmanagement, der Einbindung von Geräten (wie elektronischen Waagen, Kernspinspektrographen und Massenspektrographen) und der Steuerung von chemischen Analysegeräten im Chemielabor
Medizin
Temperatursequenzer für die Schmelzprozesskontrolle von Paraffin im medizinischen Bereich (Pathologie – in Zusammenarbeit mit der Firma Multiblock)
Industrieproduktion
Helligkeitssteuerung für Niederdruck-Metalldampflampen zur Verwendung bei der Qualitätssicherung und Prozesssteuerung in industriellen Produktionsprozessen
Energie
Pumpenprüfstände für Hochleistungspumpen in Kraftwerken von Energieversorgungsunternehmen
TV-/Medienproduktion
Steuerung von Kamerakränen und ferngesteuerte Kameras für die TV- und Filmproduktion
Projekte
Die Firma TEM Messtechnik GmbH beteiligt sich neben der Entwicklung abgeschlossener Geräte und Systeme auch an öffentlich geförderten Forschungsprojekten mit Partnerfirmen, Forschungseinrichtungen und Universitäten:
Future – Faserbasierte Ultrakurzpuls-Laser
Entwicklung von Lasersystemen, die eine Skalierung der mittleren Leistung auf > 10 W und Pulsenergien von > 1 µJ bei einer Pulsdauer unterhalb von 50 fs ermöglichen.
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Verbundprojekt: Handheld-Terahertz-Spektrometer zur Detektion von explosiven Flüssiggefahrstoffen (HANDHELD)
im Rahmen der Ausschreibung „Detektionssysteme für chemische, biologische, radiologische, nukleare und explosive Gefahrstoffe (CBRNE Gefahren)“
Die glücklicherweise vereitelten Attentate auf Flugzeuge haben deutliche Lücken in den bestehenden Systemen der Personen- und Gepäckprüfung gezeigt: Bislang ist es ein Leichtes, explosive Gefahrstoffe als harmlos erscheinende Flüssigkeiten in herkömmlichen Shampoo- oder Getränkeflaschen getarnt durch die Sicherheitssysteme zu bringen. Die abgefüllten Flüssigsprengstoffe sind ausreichend, um verheerende Schäden in einem Flugzeug anzurichten, lassen sich aber wegen bestehender Grenzen der fest im Flughafengebäude installierten Detektoren nicht eindeutig nachweisen. Des Weiteren bestehen sensorische Restriktionen für die Personenuntersuchung, da z.B. der Einsatz von Röntgenstrahlung ausdrücklich nur für medizinische Zwecke gestattet ist.
Um die bestehenden Sicherheitslücken zu schließen, sind neue und mobile Detektionsverfahren notwendig, die zerstörungsfrei, berührungslos, ungefährlich für Personen und sensitiv gegenüber Spuren verschiedenster Gefahrstoffe sind. Gewöhnlich sind die modernen Detektoren als tragbare, kompakt ausgerüstete Messgeräte ausgelegt, die sich idealerweise auch im Vergleich zu bestehenden Detektionssystemen kostengünstig produzieren und an beliebig gewählten Orten einsetzen lassen.
Ein aussichtsreicher Kandidat für die Detektion von Gefahrstoffen ist die Terahertz(THz)-Spektroskopie. Sie nutzt die Wechselwirkung des elektromagnetischen Feldes im THz-Frequenzbereich mit Materie und liefert daraus einen spektroskopischen Fingerabdruck. Besondere Vorteile der THz-Strahlung resultieren aus der Unschädlichkeit für Menschen und aus der Transparenz von Kleidung und Verpackungsmaterialien. Sprengstoffe sollten damit selbst in einer verschlossenen Flasche und detektiert und analysiert werden können.
Die THz-Messtechnik steht erst am Anfang der Entwicklung. Deshalb sind THz- Spektrometer bisher meist teure, große und empfindliche Laborgeräte, typischerweise ortsfest und mit einem justiersensiblen Freistrahlaufbau, in dem Objekte häufig in Transmission untersucht werden. Für den Einsatz im Sicherheitsbereich ist dies kein praktikables Verfahren.
Ziel des Projektes ist es daher, den Demonstrator des weltweit ersten Handheld-THz-Spektrometers zu entwickeln. Ein weiteres Ziel des Projektes ist es, eine Materialdatenbank mit Referenzspektren auf Flüssigsprengstoffe auszudehnen.
Die Firma TEM Messtechnik GmbH trägt durch die Entwicklung eines speziellen Faserstretchers und zugehöriger Steuerungs- und Regelungselektronik dazu bei, dass konventionelle, justiersensible Freistrahlverzögerungsstrecken in dem nun komplett fasergekoppelten Spektrometer vermieden werden können.
Verbundprojekt TeraPlant: Terahertz-Messung zur In-vivo-Analyse des Trockenstresses bei Nutzpflanzen
im Rahmen des Programms zur Innovationsförderung des BMELV zum Themenfeld „Innovationen zur verstärkten Nutzung der Elektronik in der Land- und Forstwirtschaft“
Die Bestimmung des Wassergehalts von Pflanzenblättern ist für viele Bereiche, wie z. B. für die grundlegende Forschung, als auch in der angewandten Pflanzenbiologie in der Pflanzenwissenschaft von hoher Bedeutung. Wegen der Auswirkungen des globalen Klimawandels, zu dem die steigende Versäuerung von Grundwasser und Boden gehört, gibt es einen entscheidenden Bedarf an effektiven Mitteln, trockenstressresistente Pflanzen auszuwählen. Dementsprechend sind berührungslose Verfahren zur Messung von Trockenstress bei Pflanzen von hohem wissenschaftlichem Interesse.
In diesem Zusammenhang ist die Bewertung des Blattwassergehalts unvermeidlich. In diesem Projekt untersuchen wir eine neuartige Methode für die Bestimmung von Blattwassergehalt, die auf Terahertz-Technologie basiert. Da Wasser im Vergleich zu unpolaren organischen Stoffen Terahertz-Strahlen stark absorbiert, wurde ein Aufbau zur Transmissionsmessung gewählt. Dieser Ansatz basiert auf einem elektromagnetischen Modell einer komplexen THz-Dielektrizitätskonstante, als eine Funktion des Wassergehaltes der Pflanzenblätter wiedergibt (nach Jördens et al 2009). Aufgrund dieser Technologie ist ein innovatives Instrument entwickelt worden, das den Wassergehalt von Blättern in-vivo feststellen kann.
Die THz-Strahlung wird in einer Photomischerantenne hervorgerufen, die die optische Schwebung von zwei interferierenden Diodenlasern in THz-Strahlung umwandelt. An der Detektorantenne wird die eingehende THz-Strahlung in elektrischen Strom umgewandelt, der von der Amplitude und der Phase der einfallenden THz-Welle abhängt. Diese kohärente Detektion erlaubt gleichzeitig die Bestimmung der Absorption von THz-Strahlen durch das in der Probe vorhandene Wasser und der Änderung des Brechungsindexes des jeweiligen Materials.
Die THz-Technologie zur Trockenstressbestimmung wird auch als Sensor zur Steuerung von Bewässerungssystemen geeignet sein.
Skizze eines möglichen Einsatzszenarios für das THz-Messgerät
Mode-Locking External-Cavity-Laser (MoLECL)
TEM Messtechnik ist Verbundpartner im BMBF-geförderten Verbundprojekt MoLECL (BMBF FKZ 13N8317). Verbundkoordinator ist das Laserzentrum Hannover.
Ein Laserabstandssensor wird entwickelt, der auf einem neuartigen Messprinzip beruht. Im Gegensatz zu herkömmlichen Messverfahren wird die Messoberfläche in die Erzeugung des Laserlichts einbezogen (siehe Abbildung unten). Dies geschieht, indem die Messoberfläche selbst einen Endspiegel des Laserresonators bildet. Durch gezielte Ansteuerung einer entspiegelten Laserdiode als Verstärkermedium wird erreicht, dass ein Laserpuls zwischen Laserdiode und Messobjekt umläuft. Die Umlauffrequenz ist ein Maß für den Abstand des Sensors zum Messobjekt.
Das MoLECL-Messverfahren besitzt gegenüber herkömmlichen Verfahren den Vorzug, dass damit kollineare Messanordnungen realisiert werden können. Das Verfahren ist hochgenau mit einer Auflösung von besser als 1 µm und zeichnet sich durch eine sehr schnelle Antwortzeit von kleiner als 100 µs aus.
Durch das MoLECL-Verfahren werden die folgenden Vorteile in einem Sensor kombiniert:
Kollineare Messung (geringe Abschattung) Interferometrische Auflösung Hohe Messrate Messung an technischen Oberflächen Aufbau des MoLECL-Laserabstandssensors
