ct.qmat 41 Viele Anwendungsfelder: Das große Potenzial dieses topologischen Drucksensors liegt in seinem vergleichsweise einfach gehaltenen Herstellungsprozess. Denn bei diesem optoelektronischen Bauteil werden zum Beispiel organische Materialien verwendet, die mit etablierten Dünnschichttechniken verarbeitet werden können. Das im Grundsatz sehr simple Bauelement kann auf fast jedem Substrat aufgebracht werden. Weil Druckmessungen in vielen Bereichen der Technik und genauso in der Medizin gebraucht werden, ergeben sich zahlreiche Nutzungsmöglichkeiten. Vernetzte Sensoren der Zukunft: Flexible und skalierbare Monitoringlösungen haben ein großes Potenzial, in einer digital vernetzten Infrastruktur die Auslastung zu optimieren und Schäden frühzeitig zu erkennen. Mithilfe des neuen Sensors kann beispielsweise die Überwachung der Belastung von Brücken, in Flugzeugtriebwerken oder tragenden Bauteilen in Maschinen kostengünstig und einfach realisiert werden. Durch sein modulares Aufbauprinzip lässt sich der Sensor auch an älteren Anlagen nachrüsten sowie an verschiedene Belastungsszenarien anpassen. and can be placed on almost any substrate. Because pressure measurements are needed in many areas of technology and medicine, there are numerous possible applications. Sensor networks: Flexible, scalable monitoring solutions in a digitally networked infrastructure can be used to great effect to optimize performance and detect damage early on. The new sensor can be used, for example, to easily and cost-effectively monitor the strain on bridges, in aircraft engines, and on load-bearing components in machinery. Thanks to its modular design, the sensor can also be retrofitted to existing systems and adapted to different load scenarios. Der Aufbau des in Dresden entwickelten topologischen Drucksensors in einer schematischen Darstellung. Licht schwingt zwischen zwei Spiegeln. Dessen Wellenlänge ist vom Abstand zwischen den Spiegeln abhängig. Der Raum zwischen den Spiegeln ist mit einem kompressiblen Material und mit einem Absorbermaterial gefüllt, wobei Letzteres nur auf einen bestimmten Wellenlängenbereich reagiert. Bei Druck ändern sich die Dicke der kompressiblen Schicht sowie der Abstand zwischen den Spiegeln und das Licht wird absorbiert. Eine Fotodiode misst die Änderung der Lichtdurchlässigkeit, die proportional zum angelegten äußeren Druck ist. Indem für die beiden Spiegel eine spezielle topologische Geometrie verwendet wird, lässt sich das zwischen ihnen gefangene Licht wesentlich besser kontrollieren und damit die Messgenauigkeit des Sensors sehr deutlich verbessern. Schematic illustration of the topological pressure sensor developed in Dresden. Light oscillates between two mirrors. Its wavelength depends on the distance between the mirrors. The space between the mirrors is filled with both a compressible material and an absorber material, the latter only responding to a certain wavelength range. When pressure is applied, the thickness of the compressible layer (and hence the distance between the mirrors) changes, and light is absorbed. A photodiode measures the change in light transmission, which is proportional to the external pressure applied. By using a special topological geometry for the two mirrors, the light trapped between them can be much better controlled, thus significantly improving the sensor’s measuring accuracy. Paper highlight One-dimensional topological interface states: a novel approach for optical pressure sensors (to be published, 2023).
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