@phdthesis{Glaab2022,
  author    = {Glaab, Fabian},
  title     = {Simulationen zur transienten Absorptionsspektroskopie an Energie- und Ladungstransfersystemen},
  doi       = {10.25972/OPUS-25340},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-253400},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2022},
  abstract  = {Anregungsinduzierte Ladungstransferprozesse gemischtvalenter Verbindungen in einem, bzw. zwei Vibrationsfreiheitsgraden werden mithilfe vibronischer Modellsysteme untersucht. Anhand transienter und linearer Absorptionsspektren werden die berechneten mit experimentell bestimmten Daten verglichen. Eine detailliertere theoretische Analyse erfolgt unter den Gesichtspunkten der Populations- und Wellenpaketdynamik. Dar{\"u}ber hinaus wird der Prozess der Exziton-Exziton-Annihilierung mithilfe eines elektronischen Modellsystems untersucht. Zu diesem Zweck werden, zus{\"a}tzlich zu den oben genannten Methoden, spektroskopische Signale unterschiedlicher Emissionsrichtungen zum Vergleich herangezogen.},
  subject      = {Absorptionsspektroskopie},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Heinrich2022,
  author    = {Heinrich, Robert},
  title     = {Multi-species gas detection based on an external-cavity quantum cascade laser spectrometer in the mid-infrared fingerprint region},
  doi       = {10.25972/OPUS-26864},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-268640},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2022},
  abstract  = {Laser spectroscopic gas sensing has been applied for decades for several applications as atmospheric monitoring, industrial combustion gas analysis or fundamental research. The availability of new laser sources in the mid-infrared opens the spectral fingerprint range to the technology where multiple molecules possess their fundamental ro-vibrational absorption features that allow very sensitive detection and accurate discrimination of the species. The increasing maturity of quantum cascade lasers that cover this highly interesting spectral range motivated this research to gain fundamental knowledge about the spectra of hydrocarbon gases in pure composition and in complex mixtures as they occur in the petro-chemical industry. The long-term target of developing accurate and fast hydrocarbon gas analyzers, capable of real-time operation while enabling feedback-loops, would lead to a paradigm change in this industry. This thesis aims to contribute to a higher accuracy and more comprehensive understanding of the sensing of hydrocarbon gas mixtures. This includes the acquisition of yet unavailable high resolution and high accuracy reference spectra of the respective gases, the investigation of their spectral behavior in mixtures due to collisional broadening of their transitions and the verification of the feasibility to quantitatively discriminate the spectra when several overlapping species are simultaneously measured in gas mixtures. To achieve this knowledge a new laboratory environment was planned and built up to allow for the supply of the individual gases and their arbitrary mixing. The main element was the development of a broadly tunable external-cavity quantum cascade laser based spectrometer to record the required spectra. This also included the development of a new measurement method to obtain highly resolved and nearly gap-less spectral coverage as well as a sophisticated signal post-processing that was crucial to achieve the high accuracy of the measurements. The spectroscopic setup was used for a thorough investigation of the spectra of the first seven alkanes as of their mixtures. Measurements were realized that achieved a spectral resolution of 0.001 cm-1 in the range of 6-11 µm while ensuring an accuracy of 0.001 cm-1 of the spectra and attaining a transmission sensitivity of 2.5 x 10-4 for long-time averaging of the acquired spectra. These spectral measurements accomplish a quality that compares to state-of-the art spectral databases and revealed so far undocumented details of several of the investigated gases that have not been measured with this high resolution before at the chosen measurement conditions. The results demonstrate the first laser spectroscopic discrimination of a seven component gas mixture with absolute accuracies below 0.5 vol.\% in the mid-infrared provided that a sufficiently broad spectral range is covered in the measurements. Remaining challenges for obtaining improved spectral models of the gases and limitations of the measurement accuracy and technology are discussed.},
  subject      = {Quantenkaskadenlaser},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Scheuermann2021,
  author    = {Scheuermann, Julian},
  title     = {Interbandkaskadenlaser f{\"u}r Anwendungen in der Absorptionsspektroskopie},
  doi       = {10.25972/OPUS-25179},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-251797},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2021},
  abstract  = {Das Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung und Weiterentwicklung von Laserlichtquellen basierend auf der Interbandkaskadentechnologie in einem Wellenl{\"a}ngenbereich von ca. 3 bis 6 µm. Der Fokus lag dabei auf der Entwicklung von Kantenemitter-Halbleiterlasern, welche bei verschiedensten Emissionswellenl{\"a}ngen erfolgreich hergestellt werden konnten. Dabei wurde auf jeweilige Herausforderungen eingegangen, welche entweder durch die Herstellung selbst oder der anwendungstechnischen Zielsetzung bedingt war. Im Rahmen dieser Arbeit wurden verschiedene, spektral einzelmodige Halbleiterlaser im angesprochenen Wellenl{\"a}ngenbereich entwickelt und hergestellt. Basierend auf dem jeweiligen Epitaxiematerial und der angestrebten Emissionswellenl{\"a}nge wurden Simulationen der optischen Lasermode durchgef{\"u}hrt und die grundlegenden f{\"u}r die Herstellung notwendigen Parameter bestimmt und experimentell umgesetzt. Des Weiteren wurden die verwendeten Verfahren f{\"u}r den jeweiligen Herstellungsprozess angepasst und optimiert. Das umfasst die in den ersten Kapiteln beschriebenen Schritte wie optische Lithografie, Elektronenstrahllithografie, reaktives Trocken{\"a}tzen und verschiedene Arten der Materialdeposition. Mit einer Emissionswellenl{\"a}nge von 2,8 µm wurde beispielsweise der bislang kurzwelligste bei Raumtemperatur im Dauerstrichbetrieb betriebene einzelmodige Interbandkaskadenlaser hergestellt. Dessen Leistungsmerkmale sind mit Diodenlasern im entsprechenden Emissionsbereich vergleichbar. Somit erg{\"a}nzt die Interbandkaskadentechnologie bestehende Technologien nahtlos und es ist eine l{\"u}ckenlose Wellenl{\"a}ngenabdeckung bis in den mittleren Infrarotbereich m{\"o}glich. Je nach Herstellungsprozess wurde außerdem auf die verteilte R{\"u}ckkopplung eingegangen und die Leistungsf{\"a}higkeit des verwendeten Metallgitterkonzeptes anhand von Messungen an spektral einzelmodigen Bauteile aufgezeigt. Es wurden aber auch die je nach Zielsetzung unterschiedlichen Herausforderungen aufgezeigt und diskutiert. F{\"u}r eine Anwendung wurden spezielle Laserchips mit zwei einzelmodigen Emissionswellenl{\"a}ngen bei 3928 nm und 4009 nm entwickelt. Die beiden Wellenl{\"a}ngen sind f{\"u}r die Detektion von Schwefeldioxid und Schwefelwasserstoff geeignet, welche zur {\"U}berwachung und Optimierung der Schwefelgewinnung durch das Claus-Verfahren notwendig sind. Bei der Umsetzung wurden auf einzelnen Chips zwei Laseremitter in einem Abstand von 70 µm platziert und mit je einem Metallgitter versehen. Das verwendete Epitaxiematerial war so konzipiert, dass es optimal f{\"u}r beide Zielwellenl{\"a}ngen verwendet werden kann. Die geforderten Eigenschaften wurden erf{\"u}llt und die Bauteile konnten erfolgreich hergestellt werden. Die Emissionseigenschaften und das spektrale Verhalten wurde bei beiden Zielwellenl{\"a}ngen bestimmt. Einzeln betrachtet erf{\"u}llen beide Emitter die notwendigen Eigenschaften um f{\"u}r spektroskopische Anwendungen eingesetzt werden zu k{\"o}nnen. Erg{\"a}nzend wurde zum einen das Abstimmverhalten der Emissionswellenl{\"a}nge in Abh{\"a}ngigkeit der Modulationsfrequenz des Betriebsstromes untersucht und zus{\"a}tzlich die thermische Abh{\"a}ngigkeit der Betriebsparameter beider Kan{\"a}le zueinander bestimmt. Diese Abh{\"a}ngigkeit ist f{\"u}r eine simultane Messung mit beiden Kan{\"a}len notwendig. Das Konzept mit mehreren Stegwellenleitern pro Laserchip wurde in einem weiteren Fall noch st{\"a}rker ausgearbeitet. Denn je nach Komplexit{\"a}t eines Gasgemisches sind zur Bestimmung der einzelnen Komponenten mehr Messpunkte bzw. Wellenl{\"a}ngen notwendig. Im zweiten Fall ist die Analyse der Kohlenwasserstoffe Methan, Ethan, Propan, Butan, Iso-Butan, Pentan und Iso-Pentan von Interesse, welche als Hauptbestandteile von Erdgas z.B. in Erdgasaufbereitungsanlagen oder zur Bestimmung des Heizwertes analysiert werden m{\"u}ssen. Die genannten Kohlenwasserstoffe zeigen ein starkes Absorptionsverhalten im Wellenl{\"a}ngenbereich von 3,3 bis 3,5 µm. Auf dem entsprechend angepassten Interbandkaskadenmaterial wurden Bauteile mit neun Wellenleitern pro Laserchip hergestellt. Mithilfe der neun einzelmodigen Emissionskan{\"a}le konnte ein Bereich von bis zu 190 nm (21 meV, 167 cm-1) adressiert werden. Außerdem wurde der sich mit zunehmender Wellenl{\"a}nge {\"a}ndernde Schichtaufbau und dessen Einfluss auf die Bauteileigenschaften diskutiert. Die Leistungsdaten der langwelligsten Epitaxie waren im Vergleich deutlich schw{\"a}cher. Um diesen Nachteil zu kompensieren, wurde eine spezielle Wellenleitergeometrie mit doppeltem Steg genutzt. Die Eigenschaften des Konzeptes wurden zuerst mittels Simulation untersucht und ein entsprechendes Herstellungsverfahren entwickelt. Mit der Simulation als Grundlage wurden die verschiedenen Prozessparameter {\"u}ber mehrere Prozessl{\"a}ufe iterativ optimiert und somit die Performance der Laser verbessert. Auch mit diesem Verfahren konnte ausreichende Kopplung an das Metallgitter erzielt werden. Abschließend wurden mit diesem Herstellungsverfahren einzelmodige Laser im Wellenl{\"a}ngenbereich von 5,9 bis {\"u}ber 6 Mikrometern realisiert. Diese Laser emittierten im Dauerstrichbetrieb bei einer maximalen Betriebstemperatur von -2 °C. Insgesamt wurde anhand der im Rahmen dieser Arbeit entwickelten Bauteilen und de ren Charakterisierung gezeigt, dass diese die Anforderungen von TLAS Anwendungen erf{\"u}llen. Jedoch konnte nur auf einen Teil der M{\"o}glichkeiten eingegangen werden, den die Interbandkaskadentechnologie bietet, denn die angesprochenen Einsatzgebiete stellen nur einzelne grundlegende M{\"o}glichkeiten dieser Technologie mit Schwerpunkt auf laserbasierte Lichtquellen dar. Zusammenfassend kann allerdings gesagt werden, dass sich die Interbandkaskadentechnologie etabliert hat. Gerade durch die gezeigten Leistungsdaten bei den Wellenl{\"a}ngen um 2,9 µm, 3,4 µm und 4,0 µm im Dauerstrichbetrieb bei Raumtemperatur wird ersichtlich, dass im Bereich der Sensorik die ICL Technologie in Bezug auf niedriger Strom- bzw. Leistungsaufnahme quasi konkurrenzlos ist. Sicherlich werden die Anwendungsgebiete in Zukunft noch vielf{\"a}ltiger. Denn es sind auf jeden Fall weitere Fortschritte in Richtung h{\"o}herer Emissionswellenl{\"a}ngen, deutlich h{\"o}herer Betriebstemperaturen, verbreiterte Emissionsbereiche oder g{\"a}nzlich andere Bauteil Konzepte wie z.B. f{\"u}r Frequenzk{\"a}mme bzw. Terahertz Anwendungen zu erwarten. Diese Entwicklung betrifft nicht nur den Einsatz als Lichtquelle, denn auch Interbandkaskadendetektoren bzw. Solarzellen wurden schon realisiert und werden weiterentwickelt.},
  subject      = {Halbleiterlaser},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Hartleb2015,
  author    = {Hartleb, Holger Edgar Heinz Erich},
  title     = {Spektroelektrochemische Untersuchung von halbleitenden Kohlenstoffnanor{\"o}hren},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-116628},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2015},
  abstract  = {Der Schwerpunkt dieser Arbeit lag auf der spektroelektrochemischen Untersuchung von halbleitenden SWNTs. Hierbei wurden erstmalig Absorptions- und Photolumineszenzspektren ein und derselben SWNT-Probe simultan unter elektrochemischer Potentialkontrolle aufgenommen. Hierbei konnte gezeigt werden, dass die Messmethode einen entscheidenden Einfluss auf die erhaltene Bandl{\"u}cke besitzt und der in der Literatur gepr{\"a}gte Begriff der Elektrochemischen Bandl{\"u}cke aufgrund einer fehlenden allgemeing{\"u}ltigen Definition problembehaftet ist. So ergeben Photolumineszenzmessungen im Vergleich zu Raman- oder Absorptionsmessungen die kleinste Bandl{\"u}cke. Dies wurde auf die diffusionskontrollierte L{\"o}schung der Exzitonen an Ladungszentren zur{\"u}ckgef{\"u}hrt. Weiterhin wurden die optischen Spektren von SWNTs unter Ladungseinfluss analysiert und die zugrundeliegenden {\"A}nderungen der elektronischen Eigenschaften diskutiert. Neben SWNTs wurden die {\"U}bergangsmetalldichalkogenide MoS2 und WS2 spektroelektrochemisch untersucht. Auffallend im Vergleich zu den Messungen an SWNTs war der breite Potentialbereich, {\"u}ber den die Abnahme der exzitonischen Signale zu beobachten war. Dies kann auf die unterschiedliche elektronische Struktur von TMDs und SWNTs und den geringen Anteil von Einzellagen in den TMD-Proben zur{\"u}ckgef{\"u}hrt werden. Weiterhin konnte in den Absorptionsspektren unter Ladungseinfluss ein Signal beobachtet werden, welches auf die Entstehung von Trionen hindeutet. In einem weiteren Teilprojekt wurde eine elektrochemische Zelle zur Untersuchung von metallischen SWNT-Filmen als Elektrode f{\"u}r die Wasserstoffproduktion entwickelt und getestet. Hierbei gelang es die von Das et al. publizierte Aktivierung von SWNTs mit Schwefels{\"a}ure erfolgreich nachzuvollziehen und einen katalytischen Effekt der SWNTs auf die Wasserstoffentwicklung zu beobachten.},
  subject      = {Kohlenstoff-Nanor{\"o}hre},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Margraf2010,
  author    = {Margraf, Markus Johann},
  title     = {Spektroskopie an π-konjugierten Molek{\"u}len},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-54032},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2010},
  abstract  = {Femtosekunden-zeitaufgel{\"o}ste transiente Absorptionsspektroskopie einer neutralen organischen gemischtvalenten Verbindung In einem Femtosekunden-zeitaufgel{\"o}sten Anrege-Abfrage-Experiment wurde die Dynamik des Elektronentransfers einer neutralen organischen gemischtvalenten Verbindung untersucht. Neben der Abh{\"a}ngigkeit des R{\"u}ckelektronentransfers von der Solvenspolarit{\"a}t wurde auch die Rotationsdiffusion in n-Hexan, Toluol, Dibutylether, tert-Butylmethylether und Benzonitril studiert. Die transiente Dynamik l{\"a}sst sich mit einer Lebensdauer beschreiben, verursacht durch einen R{\"u}ckelektronentransfer. W{\"a}hrend dieser in unpolaren L{\"o}semitteln relativ langsam verl{\"a}uft, beobachtet man deutlich schnellere ET-Raten mit steigender Polarit{\"a}t des L{\"o}semittels. Die Lebensdauer variiert von 1.2 ps f{\"u}r Benzonitril bis 260 ps f{\"u}r n-Hexan. Rotationsdiffusion konnte nicht beobachtet werden. Die gemessenen Raten wurden mit theoretischen Raten verglichen. F{\"u}r unpolare L{\"o}semittel konnte eine gute {\"U}bereinstimmung gefunden werden. In polaren L{\"o}semitteln bewirkt eine Korrektur, die die Solvensrelaxationszeit ber{\"u}cksichtigt, eine sehr gute {\"U}bereinstimmung von berechneten und gemessenen R{\"u}ckelektronentransferraten. Zeit- und frequenzaufgel{\"o}ste Photoionisation des C 2A2-Zustandes des Benzylradikals Die Lebensdauer des C 2A2-Zustandes des Benzylradikals wurde in Abh{\"a}ngigkeit der {\"U}berschussenergie bestimmt. Die zeitabh{\"a}ngigen Ionensignale konnten dabei mit einer biexponentiellen Dynamik beschrieben werden. Bei einer Anregung am Ursprung (305nm) betragen die Lebensdauern τ1= 400 fs und τ2 = 4.5 ps. Die k{\"u}rzere Lebensdauer τ1 beschreibt die interne Konversion vom C-Zustand zu den stark koppelnden A/B-Zust{\"a}nden, die l{\"a}ngere Lebensdauer τ2 die interne Konversion von den A/B-Zust{\"a}nden in den elektronischen Grundzustand. Mit steigender Anregungsenergie beobachtet man eine stete Abnahme beider Lebensdauern. Bei einer Anregung mit einem Puls der Wellenl{\"a}nge von 301 nm beobachtet man deutlich k{\"u}rzere Lebensdauern mit τ1 = 350 fs und τ2 = 2.8 ps. Erfolgt die Anregung mit einem Puls der Wellenl{\"a}nge von 298 nm, betragen die Zeitkonstanten τ1 = 180 fs und τ2 = 2.1 ps. Desweiteren konnte ein zeitabh{\"a}ngiges Ionensignal f{\"u}r eine Spezies mit der Zusammensetzung C7H5 beobachtet werden. Der Tr{\"a}ger des Signals ist das Fulvenallenylradikal.},
  subject      = {Valenzgemischte Verbindungen},
  language  = {de}
}