Die Streak-Kamera kann in Bereichen eingesetzt werden, die röhrenbasierten Kameras verwehrt sind.

Bild: Optronis

Neue Forschungseinblicke ermöglichen Weltweit erste Streak-Kamera mit Halbleitersensor

13.04.2022

Mit der weltweit ersten kommerziell erhältlichen, halbleiterbasierten Streak-Kamera bietet Optronis 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.

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.

Halbleitertechnologie bringt Verbesserungen

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 Neuerung 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.

Funktionsweise und Neuerungen

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.

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