Weltweit erste Streak-Kamera mit Halbleitersensor

Neue Forschungseinblicke für wichtige Innovationsfelder

Mit der weltweit ersten kommerziell erhältlichen, halbleiterbasierten Streak-Kamera bietet die Optronis GmbH aus Kehl der Forschung ein neues Instrument, um detaillierte wissenschaftliche Untersuchungen im Bereich ultraschneller Vorgänge zu ermöglichen. Insbesondere in wichtigen Innovationsfeldern der Plasmaforschung, Detonik oder Mikrofluidik ergeben sich mit der halbleiterbasierten Streak-Kamera neue Anwendungsmöglichkeiten. Vorgestellt wird die Kamera Anfang April diesen Jahres auf der SPIE Photonics Europe, Straßburg, sowie Ende April auf der Laser World of Photonics, München.

Streak-Kameras ermöglichen Messungen optischer Phänomene im Bereich von Piko-, bis hin zu Femtosekunden. Herkömmliche Streak-Kameras auf Basis von Vakuumröhren sind nicht nur kostenintensiv, sondern auch sensibel, was deren Handhabung anbelangt. Mit dem völlig neuen auf Halbleiter basierenden Modell S3C-1 von Optronis sollen Kosten, Robustheit und Anwendungsmöglichkeiten der Streak-Technologie völlig neue Möglichkeiten bieten.

Die Anwendungsfelder der S3C-1 liegen im Bereich Detonik, der Plasmaforschung, der Mikrofluidik oder auch der Analyse von schnellen Mikrobewegungen (MEMS). Durch die Robustheit, die geringen Abmessungen von 12 cm x 12 cm und das Gewicht von weniger als 2 kg, kann die Kamera auch in Bereichen eingesetzt werden, die röhrenbasierten Kameras verwehrt sind.

Der Geschäftsführer von Optronis, Dr. Patrick Summ, sagt: „Optronis möchte aktuelle Halbleitertechnologie nutzen, um mit dieser Streak-Kamera Anwendungen abdecken zu können, die wirtschaftlich nicht mit herkömmlichen Streak-Kameras bedient werden konnten. Diese Kamera bringt eine Innovation für alle, die sich mit der Erforschung schneller physikalischer Phänomene beschäftigen. Unser Ziel ist es, diese globale Innovation zu attraktiven Kosten anbieten zu können.“

Gegenüber röhrenbasierten Streak-Kameras ist die S3C-1 kompakter, robuster und günstiger. Auch sind nun Messungen möglich, bei denen vorab kein geeignetes Triggersignal verfügbar war. Für die Erfassung kann ein Zeitfenster von 100 ns bis 10 ms gewählt werden. Die Zeitauflösung reicht nahe an 1 ns heran.

Wie auch röhrenbasierte Streak-Kameras erfasst die halbleiterbasierte S3C-1 Lichtveränderungen entlang einer Linie. Diese ist 65 µm breit und entlang ihrer Länge von 5 mm in 200 Elemente unterteilt. Jedes Element besteht aus einer empfindlichen Photodiode mit nachgeschaltetem Verstärker. Die Helligkeitswerte werden zeitlich mit bis zu 2 GSamples/sec abgetastet und gespeichert. Zur Steuerung der Kamera und Analyse der Messwerte steht eine Software zur Verfügung.
Ein neues und besonderes Kameramerkmal ist die kontinuierliche Aufzeichnung. Damit wird es möglich Aufnahmen von Ereignissen zu machen, bei denen erst nach ihrem Ablauf eine genaue zeitliche Information über ihr Erscheinen verfügbar wird. Diese „Post-Triggerung“ vereinfacht oder erlaubt erst bestimmte Anwendungen.

Vorgestellt wird die S3C-1 auf der SPIE Photonics Europe, Straßburg, vom 03.04.-07.04.22, Stand 215, sowie Ende April 2022 auf der Laser World of Photonics, München, vom 26.04.-29.04.22, Stand A6.108.