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Die
Erfindung betrieft eine Messanordnung, insbesondere zur Bestimmung
der Dichte der Größenverteilung,
der dielektrischen, interferierenden, absorbierenden und optischen
Materialeigenschaften von Streukörpern
in gasförmigen
und flüssigen Medien
insbesondere zur Bestimmung des Partikel und Aerosolanteil in einem
Streukörpergemisch,
bei der elektromagnetische Wellen und/oder Materiewellen eine Prozesskammer
zur Messwertaufnahme durchlaufen, wobei sich die elektromagnetische
Wellen und/oder die Materiewellen aus in die Prozesskammer eingekoppelten
elektromagnetischen Wellen und/oder eingekoppelten Materiewellen
und durch die Prozesskammer durchgehenden elektromagnetischen Wellen
und/oder durchgehenden Materiewellen und/oder in der Prozesskammer
gestreuten elektromagnetischen Wellen und/oder gestreute Materiewellen
zusammensetzt, die gestreuten und/oder durchgehenden elektromagnetischen
Wellen und/oder die gestreuten und/oder durchgehenden Materiewellen
auf Oberflächen
abgebildet und/oder gebeugt und deren Intensitäten über die Oberflächen ortsaufgelöst und/oder
oberflächenintegriert
gemessen werden.
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Ferner
betrieft die Erfindung ein Verfahren zur ortsaufgelösten und/oder
oberflächenintegrierten Messung
von elektromagnetischen Wellen und/oder Materiewellen, insbesondere
zur Bestimmung der Dichte der Größenverteilung,
der dielektrischen, interferierenden, absorbierenden und optischen
Materialeigenschaften von Streukörpern
in gasförmigen und
flüssigen
Medien insbesondere der Bestimmung des Partikel und Aerosolanteil
in einem Streukörpergemisch,
bei dem insbesondere Messsysteme zur ortsaufgelösten und/oder oberflächenintegrierten
Intensitätsmessung
von elektromagnetischen Wellen und/oder Materiewellen wie. z.B.
CCD- und CMOS-Kameras, Photomultiplere und/oder photographischen
Filme und/oder Fluoresenz-Bildschirme, insbesondere bei Materiewellen
in Kombination mit einem Teilchen-Licht-Wandler, mit elektrooptische-, akustootische-
und/oder magnetooptische Bauelemente und/oder mit rotierenden und/oder
nicht-rotierenden optischen Bauelementen, insbesondere mit Polarisatoren,
Verzögerungsplatten
und/oder Linsen und/oder mit modulierte und nicht-modulierte elektrische-
und/oder magnetische Felder und/oder mit Feldlinsen und/oder mit
zeitlich- und/oder ortsmodulierte E- und B-Felder, welche insbesondere mit nichtmodulierte
E- und B-Felder überlagert
sind und/oder mit Stern-Gerlach-Apparatturen in Verbindung gebracht
werden und elektromagnetische Wellen und/oder Materiewellen in eine
Prozesskammer eingekoppelt und in der Prozesskammer gestreut und durchgelassen
werden.
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Bei
zahlreichen optischen Messwertaufnahmen an Systemen werden elektrooptische-,
akustooptische-, magnetooptische und rotierende und nichtrotierende
optische Bauelemente zur kontinuierlichen Veränderung der Polarisationseigenschaften des
Lichtes und/oder zur Modulation der durchgehenden Lichtintensität eingesetzt.
Materiewellen werden über
Feldlinsen beeinflusst und insbesondere auf photographischen Filmen,
wie z.B. beim TEM, zur Bestimmung von Oberflächenstrukturen abgebildet. Für die Bestimmung
des Polarisationszustandes von elektromagnetischen Wellen werden
elektrooptische-, akustooptische und rotierende optische Bauelemente
verwendet. Aus der Bestimmung des Polarisationszustandes von an
den Partikeln gestreuten elektromagnetischen Wellen ist unter anderem
die Partikelgröße berechenbar.
In Kombination mit der Veränderung
der Eingangspolarisation einer elektromagnetischen Welle durch einen
Polarisator ist aus der Messung des Polarisationszustandes der gestreuten
elektromagnetischen Welle u.a. die Partikelgrößenverteilung bestimmbar. Die
Messung der optischen Materialeigenschafen erfolgt u.a. unter Verwendung
von mehreren Wellenlängen.
Des weiteren ist es bei zahlreichen optischen Messwertaufnahmen notwendig,
dass die eingeführten,
elektromagnetischen Wellen ein gegebenenfalls großes Messvolumen
einnehmen und zwischen Messobjekten und Messwertaufnahme ein großer räumlicher
Abstand besteht. Darüber
hinaus ist es bei zahlreichen optischen Messwertaufnahme notwendig,
die absolute Intensität
des Messsignals zu bestimmen, aus der insbesondere auf die Dichte
von Streukörpern
geschlossen werden kann. Des weiteren werden bei Partikel, welche
insbesondere größer als
ca. 1☐m sind, die Partikelgrößen und die Größenverteilung durch
eine geometrische optische Abbildung auf CCD- und CMOS-Kammers bestimmt.
Kamera-Messsystemen werden auch zur Analyse von Oberflächen eingesetzt,
wobei bei diesen Messsystemen eine Messung auf der Grundlage der
allgemeinen Reflexions-, und Brechungsgesetzten erfolgt, welche
angewandt werden falls die zu untersuchende Oberfläche im Vergleich
zum Durchmessers des reflektieren und/oder gebrochenen Strahlbündels, der
eingebrachten elektromagnetischen Welle, als ebene Fläche betrachtet
und somit die Streuung und/oder die Beugung der eingebrachten elektromagnetischen
Welle und/oder die durchgehenden und damit ungebrochenen elektromagnetischen
Welle nicht berücksichtigt
wird.
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Es
erweist sich als Nachteil, dass die Bestimmung der Partikelgröße, der
Partikelgrößenverteilung,
der Partikelform, der partikelspezifischen Absorptionseigenschaften,
der optische Materialkonstanten, der Streukörperdichte und der inneren
Struktur eines insbesondere mehrschichtigen Partikels nicht aufgrund
einer ortsaufgelösten
Intensitätsmessung
von einer Abbildung und/oder Beugung einer durchgehenden elektromagnetischen
Wellen und/oder durchgehenden Materiewelle oder einer in der Prozesskammer
gestreuten elektromagnetischen Wellen und/oder gestreuten Materiewelle
auf eine Oberflächen
erfolgt und zugleich der Polarisationszustand und die Intensität der eingekoppelten
elektromagnetischen Welle und/oder der eingekoppelten Materiewelle
eindeutig festgelegt und frei wählbar
ist und/oder insbesondere harmonisch variiert werden kann und zugleich
der Polarisationszustand und die Intensität der durch die Prozesskammer
durchgehenden elektromagnetischen Wellen und/oder durchgehenden
Materiewelle und/oder der Polarisationszustand und die Intensität der in
der Prozesskammer gestreuten elektromagnetischen Wellen und/oder
der gestreuten Materiewelle vor der Abbildung und/oder der Beugung
auf einer Oberfläche
eindeutig und frei festgelegt und/oder insbesondere harmonisch variiert
wird, da insbesondere bei einer derartigen mit einer Polarisationsmessung
kombinierten ortsaufgelösten
Intensitätsmessung
einer auf eine Oberfläche abgebildeten
und/oder gebeugten elektromagnetische Welle und/oder auf eine Oberfläche abgebildeten
und/oder gebeugten Materiewelle, direkt aus der ortsaufgelösten Intensitätsverteilung
auf der Oberfläche,
insbesondere die Partikelgröße und Partikelgrößenverteilung
und zugleich, über
den eindeutig und frei wählbare
und/oder insbesondere harmonisch variierbaren Polarisationszustand
der eingekoppelten Wellen in Kombination mit dem eindeutig und frei wählbaren
und/oder insbesondere harmonisch variierbaren Polarisationszustand
der durchgehenden Wellen und/oder der in der Prozesskammer gestreuten
Wellen, insbesondere der vollständige
Polarisationszustand, welcher bei elektromagnetischen Wellen durch
das Verhältnis
des parallelem zum senkrechten elektrische Feldstärkeanteil
und der Phasenverschiebung zwischen diesen beiden Feldstärkeanteilen
vollständig
bestimmt wird und bei Materiewellen über die Mittlung von quantenmechanischen Drehimpulszustände berechnet
und auch als Spinzustand bezeichnet wird, und/oder der Polarisationsgrad
und die Intensität
der Wellen bestimmt werden kann. Insbesondere die vollständige Bestimmung des
Polarisationszustandes, und/oder des Polarisationsgrades und der
Intensität
der gestreuten und/oder durchgehenden Welle ermöglichen es zusätzlich den inneren
insbesondere mehrschichtige Aufbau von Streukörper und deren räumliche
Orientierung zu bestimmen. Zudem ermöglicht diese Messanordnung insbesondere
unter einer ortsaufgelösten
Auswertungen der Abbildungsoberfläche, welche insbesondere ein
Interferenzmuster beinhalten kann, unter Berücksichtigung der Frauenhoferschen-Beugungstheorie und/oder
der Frauenhoferschen-interferenztheorie und/oder der Mie-Theorie
und/oder der Rayleigh-Theorie und/oder der Bragg-Streutheorie insbesondere
bei Streukörper
unter einer Größe von 1
Mykrometer die aufgeführten
Streukörpereigenschaften mit
einer wesentlich höheren
Genauigkeit zu bestimmen. Des weitern ermöglicht diese Messanordnung unmittelbar,
eine Summation und/oder Mittlung der ortsaufgelösten Intensität über die
vollständige und/oder über einen
Teilbereich der Abbildungsoberfläche,
so dass insbesondere kollektive Streueigenschaften wie z.B. die
Mehrfachstreuung der Streukörper
oder die räumliche
Ausrichtung der Streukörper z.B.
aufgrund von elektrischen oder magnetischen Feldern und/oder dipolaren
Flüssigkeiten
zusätzlich direkt
erfasst werden können
und/oder auf der Grundlage dieser Summation und/oder Mittlung die Streukörperdichte
insbesondere direkt unter Berücksichtigung
des Berr-Lambert'schen
Absorbtions- und Streugesetzes bestimmt werden kann.
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Des
weiteren erweist es sich als Nachteil, dass bei einer derartigen
Messanordnung die ortsaufgelöste
Intensitätsmessung, über die
Abbildung der gestreuten elektromagnetischen Welle und/oder der
gestreuten Materiewelle, mit einer ortsaufgelösten und/oder oberflächenintegrierten
Intensitätsmessung, über die
Abbildung der durchgelassenen elektromagnetischen Welle und/oder
der durchgelassenen Materiewelle, oder die ortsaufgelöste Intensitätsmessung, über die
Abbildung der durchgelassenen elektromagnetischen Welle und/oder
der durchgelassenen Materiewelle, mit einer ortsaufgelösten und/oder
oberflächenintegrierten
Intensitätsmessung, über die
Abbildung der gestreuten elektromagnetischen Welle und/oder der
gestreuten Materiewelle, nicht kombiniert wird. Die Kombination
der Intensitätsmessungen über die
Abbildung der durchgelassenen und der gestreuten Wellen ermöglicht insbesondere
die Einbeziehung eines Referenzsignals zum Phasenabgleich und/oder
Spinvergleich der eingekoppelten-, durchgelassenen und gestreuten
Wellen, welches insbesondere Rückschlüsse auf
die Streukörperdichte
und das Medium, welches die Streukörper umgibt, ermöglicht.
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Des
weitern erweist es sich als Nachteil, dass keine Vorrichtungen zur
Einbeziehung von Messsystem vorgesehen sind, welche es ermöglichen
zusätzlich
in-situ auch Partikelgeschwindigkeiten
zu bestimmen. Die Integration einer Messtechnik zur Bestimmung der
Partikelgeschwindigkeit innerhalb eines Messsystems zur Bestimmung
der aufgeführten
Partikelgrößen beinhaltet
insbesondere eine Platz und Kosten Verminderung, da hierbei insbesondere
elektromagnetischen Wellen und/oder Materiewellen von der gleichen
Quelle über
die selben Eintrittsfenster in die Prozesskammer eingekoppelt werden
können.
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Davon
ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Messvorrichtung
der oben genannten Art zur Verfügung
zu stellen, die in gasförmigen
und flüssigen
Medien insbesondere die lokale und mittlere Partikeldichte, die
räumliche
Partikeldichteverteilung, die jeweiligen Dichteanteile und den Aerosolanteil
eines Streukörpergemisches,
die Größe, die Größenverteilung,
die Form, die spezifische Absorptionseigenschaften und die optischen
Materialkonstanten von Partikeln und Makromolekülen in-situ bestimmt und welche
die äußere und/oder
innere räumliche
Struktur insbesondere von mehrschichtigen Streukörpern in-situ ermittelt und zuzüglich Vorrichtungen
vorgesehen sind, die eine Einbeziehung von Messsystem und/oder Verfahrenstechniken
gewährleistet,
welche insbesondere im gleichen Messvolumen wie die Streukörperdiagnostik eine
Ermittlung der Streukörpergeschwindigkeit
und eine räumliche
Festlegung der räumlichen
Orientierung und Bewegung von Streukörpern insbesondere von Makromolekülen und
nicht sphärischen
Partikeln in der Prozesskammer ermöglicht.
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Bei
der Messvorrichtung der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe
gemäß der Erfindung dadurch
gelöst,
dass die Prozesskammer eine Einkopplungs- und wenigstens eine Streustation
oder wenigstens eine Messstation aufweist, wobei die Einkopplungsstation
mit Bauelementen zur Einkopplung und zur frei wählbaren und eindeutigen Festlegung des
Polarisationszustandes und der Intensität der eingekoppelten elektromagnetischen
Welle und/oder der Materiewelle in die Prozesskammer ausgestattet ist,
und die Messstation, in welche die durchgehende elektromagnetische
Welle und/oder die durchgehende Materiewelle gelangen, Bauelemente
zur Abbildung der durchgelassenen elektromagnetischen Welle und/oder
der durchgelassenen Materiewelle auf eine Oberfläche und Bauelemente zur ortsaufgelöste Intensitätsmessung über diese
Oberflächen
beinhaltet und Bauelemente und/oder Verfahren vorgesehen sind die
auftreffende Intensität über diese Oberfläche zu integrieren
und/oder zu mitteln, welche es insbesondere ermöglichen die auftreffenden Intensitäten auf
der Grundlage der linearen Optik und/oder der Frauenhofer-Beugungs-
und/oder Interferenztheorie und/oder der Bragg-Streutheorie auszuwerten,
und zugleich, vor der Abbildung der durchgehenden elektromagnetische
Wellen und/oder der durchgehenden Materiewelle auf diese Oberfläche, mit
Vorrichtungen und/oder Bauelementen ausgestattet ist, welche, vor
dem Auftreffen der durchgehenden elektromagnetischen Welle und/oder
der durchgehenden Materiewelle auf die Oberfläche, zur eindeutigen und frei
wählbaren
Festlegung und/oder insbesondere zur harmonischen Modulation des
Polarisationszustandes und/oder zur Polarisationsmodulationsmessung
und/oder zur raumintegrierten Intensitätsmessung und/oder zur Intensitätsmodulation und/oder
zur Intensitätsmodulationsmessung und/oder
zur Modulationskompensation und/oder zur Analyse der Polarisationszustände und
Polarisations- und Depolarisationsgrade der durchgehenden elektromagnetische
Welle und/oder der durchgehenden Materiewelle vorgesehen sind, und
die Streustation, in welche die gestreuten elektromagnetischen Wellen
und/oder gestreuten Materiewellen gelangen, Bauelemente zur Abbildung
der gestreuten elektromagnetischen Welle und/oder der gestreuten
Materiewelle auf eine Oberfläche
und Bauelemente zur ortsaufge löste
Intensitätsmessung über die
Oberfläche
beinhaltet und Bauelemente und/oder Verfahren vorgesehen sind die
auftreffende Intensität über die Oberfläche zu integrieren
und/oder zu mitteln, welche es insbesondere ermöglichen die auftreffenden Intensitäten auf
der Grundlage der linearen Optik und/oder der Frauenhofer-Beugungs-
und/oder Interferenztheorie und/oder der Bragg-Streutheorie auszuwerten,
und zugleich, vor der Abbildung der gestreuten elektromagnetischen
Wellen und/oder gestreuten Materiewelle auf diese Oberfläche, mit
Vorrichtungen und/oder Bauelementen ausgestattet ist, welche, vor
dem Auftreffen der gestreuten elektromagnetischen Welle und/oder
der gestreuten Materiewelle auf die Oberfläche, zur eindeutigen und frei wählbaren
Festlegung und/oder insbesondere zur harmonischen Modulation des
Polarisationszustandes und/oder zur Polarisationsmodulationsmessung und/oder
zur raumintegrierten Intensitätsmessung und/oder
zur Intensitätsmodulation
und/oder zur Intensitätsmodulationsmessung
und/oder zur Modulationskompensation und/oder zur Analyse der Polarisationszustände und
Polarisations- und Depolarisationsgrade der gestreuten elektromagnetischen
Welle und/oder der Materiewelle vorgesehen sind, wobei die Einkopplungsstation
ggf. zusätzlich
mit Bauelementen zur Strahlaufteilung und Strahlumlenkung von elektromagnetischen
Wellen und/oder Materiewellen versehen ist, welche es ermöglichen
einen Teilstrahl in den Außenraum
umzulenken und/oder Teilstrahlen zu erzeugen, welche unter insbesondere verschiedene
Eintrittswinkel in den Prozessraum derart eingekoppelt werden, so
das diese Teilstrahlen insbesondere einen gemeinsamen Schnittpunkt
innerhalb des Prozessraumes aufweisen.
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Aus
der Messung der resultierenden, modulierten ortsaufgelösten und/oder
räumlichintegrierten Intensitäten und
der Polarisationszustände
wird insbesondere die lokale und mittlere Streukörperdichte, die Größe, die
Größenverteilung,
die Form, die spezifischen Absorptionseigenschaften, die optischen Materialkonstanten,
der innere insbesondere mehrschichtige Aufbau und die räumliche
Orientierung von Makromolekülen
und Nanopartikeln, der Aerosolanteil in einem Streukörpergemisch,
der jeweilige Polarisations- und Depolarisationsgrad der elektromagnetischen
Wellen und/oder die Gewichtung der Spinzustände bestimmt.
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Auch
kann die Messanordnung, welche mit der Prozesskammer verbunden ist,
sich aus der Einkopplungs-, Streu- und Messstation zusammensetzen.
Diese ermöglicht
insbesondere eine weitergehende und genauere Bestimmung der Partikelkenngrößen und
die zur Messstation durchlaufende elektromagnetische Welle und/oder
die durchlaufende Materiewelle kann als Referenzsignal zur gestreuten elektromagnetischen
Welle und/oder zur gestreuten Materiewelle der Streustation oder
die zur Streustation gestreute elektromagnetische Welle und/oder
gestreute Materiewelle kann als Referenzsignal zur durchgelassenen
elektromagnetischen Welle und/oder durchgelassenen Materiewelle
der Messstation verwendet werden, welches insbesondere ein Phasenabgleich
und/oder Spinabgleich zwischen der eingebrachten, durchgelassenen
und gestreuten elektromagnetischen Welle und/oder der eingebrachten,
durchgelassenen und gestreuten Materiewelle und darüber insbesondere
zusätzlich
die Möglichkeit zur
Bestimmung der absoluten Streukörperdichte
ermöglicht.
Insbesondere kann bei einer gemeinsamen Verwendung der Streu-, und
Messstation einer der beiden Stationen eine ortsaufgelöste Intensitätsmessung
durchführen,
während
die andere sich ausschließlich
auf eine räumlichintegrierte
Intensitätsmessung
beschränkt.
Obwohl diese Kombination nicht die gesamte mögliche Leistungsfähigkeit
der Messanordnung beinhaltet, ist sie eine kostengünstigere
Alternative, da für
eine ortsaufgelöste
Intensitätsmessung
z.B. CCD-, und/oder CMOS- Kameras und für räumlichintegrierte Intensitätsmessungen z.B.
preiswertere Photomultipier und/oder Photodioden verwendet werden
können.
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Der
ggf. zusätzlich
aus der Einkopplungsstation in den Außenraum umgelenkte Teilstrahl
der elektromagnetischen Welle und/oder Materiewelle kann anderen
Messsystem als zur Prozessraumwelle kohärente elektromagnetische Welle
und/oder spingleiche Materiewelle zur Verfügung gestellt werden. Die ggf.
in den Prozessraum unter unterschiedlichen Winkeln eingekoppelten
zueinander kohärenten
und/oder spingleichen Teilstrahlen überlagern sich und/oder interferieren
im Prozessraum. Insbesondere bei elektromagnetischen Wellen ist
die Veränderung
der räumlichen
Interferenz, der sich überlagernden
Teilstrahlen, aufgrund der Streukörperbewegung durch dieses Interferenzvolumen,
ein Maß für die Streukörpergeschwindigkeit.
Insbesondere durch die Wahl, dass die optische Achse der Streustation durch
dieses Interferenzvolumen und/oder Überlagerungsvolumen gelegt
wird, ist insbesondere in Kombination mit dem hier vorgestellten
Messverfahren der polarisationsmodulierten Abbildungs-Elipsometrie, bei
annähernd
gleicher Signalintensität,
zugleich die Bestimmung der Partikelkenngrößen und/oder auch die Bestimmung
der Partikelgeschwindigkeit, möglich.
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Es
ist von Vorteil, dass der Prozesskammer zusätzlich eine an die Einkopplungsstation
sich anschließende
Modulationsstation aufweist, in welche die eingekoppelten elektromagnetischen
Wellen und/oder die eingekoppelten Materiewellen gelangen, wobei
die Modulationsstation mit Bauelementen zur Intensitätsmodulation
und/oder zur Intensitätsmodulationsmessung
und/oder zur Polarisationsfestlegung und/oder zur Polarisationsmodulation
der elektromagnetischen und/oder Materiewelle versehen ist. Auf
dieser Weise ist gewährleistet,
dass über eine
Modulation insbesondere eine weitergehende und genauere Bestimmung
der räumlichen
Streukörperdichteverteilung,
der lokalen und mittleren Streukörperdichte,
des Aerosolanteils in einem Streukörpergemisch, des Aerosolanteils,
der Partikelgröße, der
Partikelgrößenverteilung,
der Partikelform, der partikelspezifischen Absorptionseigenschaften
und der optischen Materialeigenschaften gewährleistet ist. Des weiteren
ergibt sich durch die Verwendung von unterschiedlichen Modulationsfrequenzen
die Möglichkeit,
bei der Messwertaufnahme die Intensitäts- und/oder Polarisationsmodulationen über eine Fourieranalyse
von einander zu unterscheiden.
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Des
weiteren erweist es sich als Vorteil, dass es sich bei den hier
in dieser Erfindung grundlegend beschriebenen Verfahren und Messtechniken,
bei der eingekoppelte, der durchgelassenen und der gestreuten Wellen,
insbesondere um elektromagnetische Wellen und/oder insbesondere
transversale Materiewellen handelt. Da es sich bei elektromagnetische
Welle um transversale Photonenwellen ermöglicht die Einbeziehung von
insbesondere transversalen Materiewellen eine technisch leichter
umzusetzende Erweiterung des möglichen
einsetzbaren Wellenlängenbereiches.
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Zur
genaueren Bestimmung der Partikelkenngrößen und insbesondere zur Bestimmung
von Schichtdicken auf den Streukörpern
ist es sinnvoll mehrere elektromagnetische Wellen und/oder Materiewellen,
welche sich insbesondere durch unterschiedliche Wellenlängen und/oder
unterschiedliche Polarisationszu stände unterscheiden, über die
Einkopplungsstation in die Prozesskammer einzubringen. Des weiteren
ist es sinnvoll, um insbesondere bei einer intensitätsabhängigen Messwertaufnahme die
eingekoppelten unterschiedlichen elektromagnetischen Wellen und/oder
Materiewellen leichter zu unterscheiden, die eingebrachten elektromagnetischen
Wellen und/oder die eingebrachten Materiewellen in Abhängigkeit
von ihren Wellenlängen und/oder
ihren Polarisationszuständen
mit einer sich insbesondere um ein vielfaches sich unterscheidende
Intensitäts-,
und/oder Polarisationsmodulationsfrequenz und/oder Spinmodulationsfrequenz
in die Prozesskammer einzukoppeln. Aus diesem Grund sieht Anspruch
5 u.a. vor, dass die eingekoppelten elektromagnetische Wellen und/oder
die eingekoppelten Materiewellen, die durchgehenden elektromagnetischen
Wellen und/oder die durchgehenden Materiewellen und die gestreuten
elektromagnetischen Wellen und/oder die gestreuten Materiewellen
mehrere Wellenlängen
und/oder mehrere Polarisationszustände bzw. Spinzustände aufweisen
und es sich insbesondere um elektromagnetische Wellen und/oder insbesondere
Weißlicht
und/oder Röntgenstrahlen
und/oder Mikrowellen und/oder Materiewellen und/oder insbesondere
transversale Materiewellen handelt, die Einkopplungsstation Bauelemente aufweist,
welche eine Zusammenführung
der sich unterscheidenden elektromagnetischen Weilen und/oder Materiewellen
auf insbesondere eine gemeinsame optische Achse und/oder eine wellenlängenabhängige eindeutige
Festgelegt und frei Wählbarkeit
des Polarisationszustandes der elektromagnetischen Wellen und/oder
eine wellenlängenabhängige eindeutige
Festgelegt und frei Wählbarkeit
des Polarisationszustandes der Materiewelle ermöglicht, die Modulationsstation
insbesondere Bauelemente beinhaltet, welche eine wellenlangenabhängige und/oder
polarisationsabhängige
Modulation des Polarisationszustandes und/oder der Intensität ermöglicht und
die Streu- und Messstation jeweils Bauelemente aufweisen, welche
insbesondere eine wellenlängen-,
polarisations-, und/oder modulationsfrequenzabhngige Unterscheidung
der unterschiedlichen elektromagnetischen Wellen und/oder Materiewellen
ermöglicht.
Zur Unterscheidung der unterschiedlichen wellenlängenabhängige und/oder polarisationsabhängigen elektromagnetischen
Wellen und/oder Materiewellen eignen sich insbesondere rotierende
Farbfilter und/oder Spektrometer und/oder CCD- und/oder CMOS-Farbbildaufnahmetechniken, wobei
insbesondere bei der Verwendung von Materiewellen ein teilchenenergieabhängiger Teilchen-Lichtwandler
zusätzlich eingesetzt
werden kann. Insbesondere die Entwicklung in der CCD- und CMOS-Farbbildaufnahmetechnik
lassen erwarten, das unterschiedliche Wellenlängen der auf der Ebene abgebildeten
und/oder gebeugten elektromagnetischen Wellen von hintereinander
angeordneten Ebene mit insbesondere unterschiedlichen wellenlängenabhängige und/oder
modulationsfrequenzabhängigen
und/oder polarisationsabhängige
Absorptionsempfindlichkeiten eine kompakte Bauweise ermöglichen.
In diesem Sinn sind derartige Farbbildaufnahmetechnik als dreidimensionale
Farbabbildung aufzufassen.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass
die räumliche
Orientierung und/oder die räumliche
Position und/oder die gegenseitige räumliche Struktur und/oder die
Bewegung der Streukörper
in der Prozesskammer festgelegt und/oder verändert und/oder insbesondere
harmonisch Variiert bzw. Moduliert werden kann, wobei diese Beeinflussung
der Streukörper
durch elektrische und/oder magnetische Felder erfolgen kann, welche insbesondere
in ihrer Richtung und/oder Feldstärke und/oder Position festgelegt
und/oder moduliert werden und/oder diese Beeinflussung der Streukörper erfolgt
durch eine Veränderung
des Medium, welches die Streukörper
umgibt, wie z.B. in Plasmen durch eine Veränderung der eingebrachten Leistung und/oder
der Stromstärke
und/oder der Frequenz oder in Flüssigkeiten
durch eine Veränderung
der polaren Eigenschaft des die Streukörper umgebenden Mediums z.B.
durch das einbringen einer neutralen Flüssigkeit und/oder durch die
mechanische Drehung eines Rührsteins
in der Flüssigkeit
oder dem Einblasen und/oder Absaugen eines Gasstromes. Dadurch wird
insbesondere ermöglicht,
dass die Messung der Größenverteilung
und der Struktur der Streukörper
erheblich vereinfacht wird, wobei diese Vorteile unabhängig davon
sind ob die Intensität
der gestreuten und/oder durchgelassenen elektromagnetischen Wellen
und/oder der gestreuten und/oder durchgelassenen Materiewellen ortsaufgelöst und/oder
oberflächenintegriert
gemessen werden. Des weitern ermöglicht
eine definierte gegenseitige räumliche
Anordnung der Streukörper,
dass die Abbildungen, der gestreuten und/oder durchgelassenen elektromagnetischen
Welle und/oder der gestreuten und/oder durchgelassenen Materiewellen,
eindeutigere Interferenzmuster aufweisen, welche insbesondere durch
eine ortsaufgelöste
Intensitätsmessung ausgewertet
werden kann und insbesondere eine Aussage über die gegenseitige Wechselwirkung
der Streukörper
ermöglicht.
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Des
weiteren ist es von Vorteil, dass Bauelemente und/oder Verfahren
vorgesehen sind, welche es ermöglichen
die elektrische und/oder magnetische Eigenschaft insbesondere der
Streukörperoberflächen im
Prozessraum gezielt zu beeinflussen bzw. zu verändern. Eine Veränderung
der elektrischen und/oder magnetischen Oberflächeneigenschaft der Streukörper beinhaltet
u.a. die Ermöglichung und/oder
Verbesserung der Positionierbarkeit der Streukörper im Prozessraum. Eine Veränderung
der elektrischen und/oder magnetischen Oberflächeneigenschaft der Streukörper kann
u.a. dadurch erzielt werden, dass Elektronen, Ionen, polare Makromoleküle und/oder
Liganden in den Prozessraum eingebracht und/oder im Prozessraum
gebildet werden und/oder dass die Elektronen-, die Ionen-, die polare Molekül- und/oder
die Ligandendichte im Prozessraum verändert wird.
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Vorteilhafterweise
weisen die Intensitätsmodulationsbauelemente
und die Polarisationsmodulationsbauelemente in den verwendeten Modulations-, Streu-
und Messstationen insbesondere in Abhängigkeit der unterschiedlichen
Wellenlängen
und/oder der unterschiedlichen Polarisationszustände der eingekoppelten elektromagnetischen
Welle und/oder der eingekoppelten Materiewelle ganzzahlige vielfache Modulationsfrequenzen
auf. Dadurch ist es u.a. möglich,
bei der Messwertaufnahme über
die Fourieranalyse die Modulationsarten insbesondere wellenlängenabhängig und/oder
polarisationsabhängig
zu unterscheiden.
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Vorteilhafterweise
weisen die Intensitätsmodulationsbauelemente,
Polarisationsmodulationsbauelemente und die Intensitätsmodulationsmessbauelemente
in der Modulations-, Streu- und Messstation insbesondere in Abhängigkeit
der unterschiedlichen Wellenlängen
und/oder der unterschiedlichen Polarisationszustände der eingekoppelten elektromagnetischen
Wellen und/oder der Materiewellen und zusätzlich die Verfahren zur Richtungs-,
Feldstärken- und/oder Positionsmodulation, der
elektrische und/oder magnetische Felder zur Festlegung, zur Veränderung
und/oder zur Modulation der räumliche
Orientierung und/oder die räumliche
Position und/oder die Bewegung der Streukörper in der Prozesskammer,
eine ganzzahlige vielfache Modulationsfrequenzen auf. Dadurch ist
es u.a. möglich,
bei der Messwertaufnahme über
die Fourieranalyse die Modulationsarten insbesondere wellenlängenabhängig und/oder
polarisationsabhängig
zu unterscheiden, wobei diese Vorteile unabhängig davon sind ob die Intensität der gestreuten
und/oder durchgelassenen elektromagnetischen Wellen und/oder der
gestreuten und/oder durchgelassenen Materiewelle ortsaufgelöst und/oder
oberflächenintegriert gemessen
werden.
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Zweckmäßigerweise
sind an der Prozesskammer die Einkopplungs-, Modulations- und/oder Streustation
angeflanscht. Dadurch wird erreicht, dass auch bei Positionsänderungen
der Prozesskammer die Position der Einkopplungs-, Modulations-,
Mess- und Streustation beibehalten werden.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Prozesskammer
mehr als eine Streustation aufweist. Dies trägt der Tatsache Rechnung, dass
durch Messung der Intensität,
des Polarisationszustandes und/oder des Polarisations- und Depolarisationsgrades
der von der Streukörpern seitlich
gestreuten elektromagnetischen Wellen und/oder der Materiewellen
an verschiedenen Streustationen, und somit an mehreren unterschiedlichen Messpositionen,
insbesondere die räumliche
Verteilung und die Größenverteilung
der Streukörper
im Prozessraum und die Veränderung
der Intensität
und der Polarisationseigenschaften der eingebrachten elektromagnetischen
Wellen und/oder der Materiewelle entlang ihrer Ausbreitungsrichtung
festgestellt werden, die insbesondere die Berücksichtigung der Mehrfachstreuung
der Streukörper
bei der Signalauswertung ermöglicht.
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Es
ist von Vorteil, dass die Einkopplungs-, Modulations-, Mess- und
Streustationen Behälter sind.
Behälter
bieten den Vorteil, dass sie an verschiedene Prozesskammer angeflanscht
werden können.
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Vorteilhafterweise
liegt ein Intensitätsmessbauelement
in der Einkopplungsstation insbesondere in Form einer Photodiode
vor. In der Mess- und Streustation sind zur ausschließlichen
oberflächeintegrierten
Intensitätsmessung
insbesondere Photodioden und/oder Avalanche-Dioden und/oder Photomultipliere
und zur ortsaufgelösten
Intensitätsmessung
CCD- und/oder CMOS-Kameras vorgesehen, wobei die ortsaufgelöste Intensitätsmessung
Verfahren und/oder Bauelemente beinhalten, welche eine zusätzliche
oberflächenintegrierte
und/oder teiloberflächenintegrierte
Intensitätsmessung
ermöglichen. Des
weitern ist insbesondere bei der Verwendung von Materiewellen ein
Teilchen-Licht- Wandler
vorgesehen. Photodioden, Avalanche-Dioden, Photomultipiere, CCD- und CMOS-Kameras
haben sich als Leistungsfähige
Instrumentarien bei der Intensitätsmessung
erwiesen. Ein Teilchen-Licht-Wandler ermöglicht die Intensitätsmessung
von Materiewellen mit lichtempfindlichen Messsystemen.
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Es
ist von Vorteil, dass die Einkopplungsstation mit Polarisatoren
und Verzögerungsplatten und/oder
mit einem Stern-Gerlach-Apparatt versehen ist. Die Kombination aus
Polarisatoren und/oder Verzögerungsplatten
insbesondere Lambda/2- und Lambda/4-Platten ermöglicht eine eindeutige und
frei wählbare
Festlegung des Polarisationszustandes und/oder eine Maximierung
der Intensität
der eingekoppelten elektromagnetischen Wellen. Bei der Verwendung
von Materiewellen wird eine eindeutigen und frei wählbaren
Festlegung des Polarisationszustandes und/oder eine Maximierung
der Intensität der
eingekoppelten Materiewelle insbesondere über Feldlinsen und/oder ein
Stern-Gerlach-Apparatt ermöglicht.
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Zweckmäßigerweise
liegen die Intensitätsmodulationsbauelemente
in der Modulationsstation, bei eingebrachten elektromagnetischen
Wellen, in Form von elektrooptischen-, akustooptischen- und magnetooptischen
Bauelementen, rotierenden Polarisatoren und/oder rotierenden Verzögerungsplatten vor,
wobei diese Bauelemente insbesondere mit ruhenden Polarisatoren
und/oder ruhenden Verzögerungsplatten
kombiniert sind und weisen, bei eingebrachten Materiewellen, Intensitätsmodulationsbauelemente
in der Modulationsstation in der Form von Feldlinsen und/oder von
zeitlich- und/oder örtlichmodulierte
E- und/oder B-Felder
auf, welche insbesondere mit nichtmodulierte E- und/oder B-Felder überlagert
sind. Auf diese Weise wird insbesondere eine Intensitätsmodulation
unter Beibehaltung der Eingangspolarisation ermöglicht.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass
bei eingebrachten elektromagnetischen Wellen, die Polarisationsmodulationsbauelemente
in der Modulationsstation in Form von elektrooptischen-, akustooptischen-
und/oder magnetooptischen Bauelementen und/oder rotierenden Verzögerungsplatten
vorliegt, wobei insbesondere die Modulation der elektrooptischen
und/oder magnetooptischen Bauelemente unabhängig von den rotierenden optischen
Bauelementen, insbesondere Polari satoren und/oder Verzögerungsplatten,
erfolgt und, bei eingebrachten Materiewellen, die Polarisationsmodulationsbauelemente
in der Modulationsstation in der Form von Feldlinsen, durch zeitlich- und/oder
ortsmodulierten Stern-Gerlach-Aparaturen und/oder
durch zeitlich- und/oder ortsmodulierten E- und/oder B-Feldern ausgeführt werden,
welche insbesondere mit nichtmodulierten E- und/oder B-Feldern überlagert
sind. Auf diese Weise gelingt insbesondere bei elektromagnetischen
Welle eine Modulation der Phasenverschiebung zwischen den parallelen
und senkrechten Feldstärkeanteil
der elektromagnetischen Welle sowie davon unabhängig eine Modulation der parallelen
und senkrechten Feldstärkeanteile
der elektromagnetischen Wellen und gewährleistet bei Materiewellen
die Polarisationsmodulation.
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Es
ist von Vorteil, dass die Intensitätsmodulationsbauelemente und/oder
die Polarisationsmodulationsbauelemente in der Messstation bei durchgehenden
elektromagnetischen Wellen in Gestalt von elektrooptischen-, akustooptischen- und/oder magnetooptischen
Bauelementen vorliegen und/oder insbesondere rotierende Verzögerungsplatten,
welche insbesondere mit ruhenden Polarisatoren und/oder mit ruhenden
Verzögerungsplatten
kombiniert sind, enthalten und bei durchgehenden Materiewellen in der
Form von Feldlinsen, durch zeitlich- und/oder örtlichmodulierte Stern-Gerlach-Aparaturen
und/oder durch zeitlich- und/oder örtlichmodulierte
E- und/oder B-Felder ausgeführt
werden, welche insbesondere mit nichtmodulierte E- und/oder B-Felder überlagert sind.
Dadurch ist gewährleistet,
dass eine genaue Intensitätsmessung
und/oder Intensitätsmodulation und/oder
Polarisationsmodulation erfolgen kann.
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Vorteilhafterweise
liegen die Intensitätsmodulationsbauelemente
und/oder die Polarisationsmodulationsbauelemente in der Streustation
bei gestreuten elektromagnetischen Wellen in Form von elektrooptischen-,
akustooptischen-, und/oder magnetooptischen Bauelementen und/oder
insbesondere rotierende Verzögerungsplatten
vor, welche insbesondere mit ruhenden Polarisatoren und/oder ruhenden
Verzögerungsplatten
kombiniert sind und bei gestreuten Materiewellen in der Form von
Feldlinsen, durch zeitlich- und/oder örtlichmodulierte Stern-Gerlach-Aparaturen
und/oder durch zeitlich- und/oder örtlichmodulierte E- und/oder
B-Felder ausgeführt werden,
welche insbesondere mit nichtmodulierte E- und/oder B-Felder überlagert
sind. Dadurch ist beispielsweise eine genauere Intensitäts- und/oder
Polarisationsmodulation und Messung der Intensität, des Polarisationszustandes,
des Polarisations- und Depolarisationsgrades der Wellen möglich.
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Anspruch
19 sieht vor, dass die Messanordnung Mittel aufweist, die eine Auswertung
von ermittelten Messdaten auf der Grundlage eines kombinierten Flächenvergleichs-,
Intensitäts-,
Interferenz-, und/oder Polarisationsquotienten-Verfahrens ermöglicht. Ein Computerprogramm
gemäß Anspruch
20 stellt dabei ein Mittel dar, eine Auswertung vorzunehmen und
darüber
hinaus die Steuerung einer in der Messanordnung stattfindenden Messung
zu ermöglichen.
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Ein
Verfahren zur ortsaufgelösten
und/oder oberflächenintegrierten
Messung von elektromagnetischen Wellen und/oder Materiewellen, insbesondere
zur Bestimmung der Dichte der Größenverteilung, der
dielektrischen, absorbierenden und optischen Materialeigenschaften
von Streukörpern
in gasförmigen
und flüssigen
Medien insbesondere der Bestimmung des Partikel und Aerosolanteil
in einem Streukörpergemisch,
bei dem insbesondere Messsysteme zur ortsaufgelösten und/oder oberflächenintegrierten Intensitätsmessung
von elektromagnetischen Wellen und/oder Materiewelle wie. z.B. CCD-
und CMOS-Kameras oder Photomultiplere und/oder photographischen
Filme und/oder Fluoresenz-Bildschirme, insbesondere bei Materiewellen
in Kombination mit einem Teilchen-Licht-Wandler, mit elektrooptische-,
akustootische- und/oder magnetooptische Bauelemente und/oder mit
rotierenden und/oder nicht-rotierenden optischen Bauelementen, insbesondere
mit Polarisatoren, Verzögerungsplatten und/oder
Linsen und/oder mit modulierte und nicht-modulierte elektrische-
und/oder magnetische Felder und/oder mit Feldlinsen und/oder mit
zeitlich- und/oder ortsmodulierten E- und B-Feldern, welche insbesondere
mit nichtmodulierten E- und B-Feldern überlagert sind und/oder mit
Stern-Gerlach-Apparatturen
in Verbindung gebracht werden und elektromagnetische Wellen und/oder
Materiewellen in eine Prozesskammer eingekoppelt und in der Prozesskammer
gestreut und durchgelassen werden, ist Gegenstand von Anspruch 21,
wonach während
der Messung insbesondere eine Abbildung, eine Modulation und Nichtmodulation
der Intensität
und/oder der sich einstellenden Polarisationszustände der
elektromagnetischen Wellen und/oder Materiewellen eingeleitet werden
und eine Messwertaufnahme der ortsaufgelösten und/oder oberflächenintegrierten
Intensität, der
Intensitätsmodulation,
der Polarisationsmodulation, der Polarisationsgrade, der Depolarisationsgrade und/oder
der Polarisationszustände
erfolgt.
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Gemäß Anspruch
22 wird die Unterscheidung zwischen Intensitätsmodulation und Polarisationsmodulation
und die Bestimmung des Polarisationszustandes und des Polarisations-
und Depolarisationsgrades mittels Fourieranalyse vorgenommen.
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Es
ist sinnvoll, dass die Messposition auch bei Positionsänderungen
der Prozesskammer beibehalten wird. Daher sieht Anspruch 23 vor,
dass die Einkopplungsstation, die Modulationsstation, die Messstation
und die Streustation an die Prozesskammer angeflanscht werden.
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Gemäß Anspruch
24 werden für
die Einkopplungsstation, Modulationsstation, Messstation und Streustation
Behälter
eingesetzt.
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Es
ist durchaus möglich,
das insbesondere unter unterschiedlichen Winkeln mehrere elektromagnetische
Wellen und/oder Materiewellen eingekoppelt werden und/oder dass
insbesondere an unterschiedlichen Messorten mehrere Streuzustände gemessen
werden. Anspruch 25 sieht daher vor, dass mindestes eine Messstation
und/oder eine Streustation eingesetzt wird.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden im folgenden anhand der Figuren erläutert. Es
zeigen:
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1:
schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Messanordnung, die sich
aus Einkopplungs-, Modulations-, Mess- und Streustation zusammensetzt,
wobei die Stationen mit einer Prozesskammer in Verbindung stehen;
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2:
schematische Darstellung einer Einkopplungsstation, die der Einkopplung
der elektromagnetischen Wellen dient;
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2b:
schematische Darstellung einer Einkopplungsstation mit zusätzlicher
Teilstrahlumlenkung in den Außenraum
für elektromagnetische
Wellen;
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2c: schematische Darstellung einer Einkopplungsstation
mit zusätzlicher
Einkopplung von elektromagnetischen Teilstrahlen in den Prozessraum;
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3:
schematische Darstellung einer Modulationsstation, die der Modulation
der eingekoppelten elektromagnetischen Welle dient;
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4:
schematische Darstellung einer Messstation, die der Messwertaufnahme
der durchgehenden, ungebrochenen und nichtreflektierten elektromagnetischen
Welle dient;
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5:
schematische Darstellung einer Streustation, die der Messwertaufnahme
der gestreuten elektromagnetischen Welle dient.
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6:
schematische Darstellung der Bauelemente der Messanordnung, welche
eine räumliche Orientierung,
Positionierung und/oder Bewegung der Streukörper in der Prozesskammer ermöglichen.
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7:
schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Messanordnung, die sich
aus Einkopplungs-, Modulations-, Mess- und Streustation zusammensetzt,
wobei die Stationen mit einer Prozesskammer in Verbindung stehen
und Materiewellen eingekoppelt werden;
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1 zeigt
schematisch eine Messanordnung, welche sich aus den Einkopplungs- 1,
Modulations- 2, Mess- 3 und Streustationen 4 zusammensetzt und
mit einer Prozesskammer 5 in Verbindung steht. Eine elektromagnetische
Welle 6 und/oder eine Materiewelle 6 gelangt über die
Einkopplungs- und Modulationsstation 1, 2 in die
Prozesskammer 5. Die eingebrachte elektromagnetische Welle 6 und/oder die
eingebrachte Materiewelle 6 durchläuft gradlinig die Prozesskammer 5 und
tritt aus der Prozesskammer 5 wieder aus. Beim Durchgang
durch die Prozesskammer wird der Strahl der eingebrachte elektromagnetische
Welle 6 und/oder die eingebrachte Materiewelle 6,
von dem zu messenden Objekt und/oder Objekten, weder reflektiert
noch gebrochen. Die Messwertaufnahme der aus der Prozesskammer 5 austretenden
elektromagnetischen Welle 7 und/oder austretende Materiewelle 7 erfolgt
in der Messstation 3. Während
des Durchgangs durch die Prozesskammer 5 erfolgt eine Streuung
der elektromagnetischen Welle 6 und/oder der Materiewelle 6 an
Streukörpern,
welche sich in der Prozesskammer 5 befinden. Die Messwertaufnahme
der von den Streukörpern
seitlich gestreuten elektromagnetischen Welle 8 und/oder
der seitlich gestreuten Materiewelle 8 erfolgt unter verschiedenen
Beobachtungswinkeln 9, 10, 11, 12 an
unterschiedlichen Beobachtungspositionen in den Streustationen 4.
Die Beobachtungsebene ist im folgenden durch die Vektoren der Ausbreitungsrichtung
der elektromagnetischen Wellen 6 und 8 bzw. durch
die Materiewellen 6 und 8 festgelegt. Der Feldstärkenvektoranteil
der jeweiligen elektromagnetische Welle, welcher sich in dieser
Ebenen befindet, stellt den parallelen Anteil dar. Die Feldstärkenkomponente,
welche dazu senkrecht steht, ist der senkrechte Anteil. Bei Materiewellen
ist diese Festlegung entsprechend auf den resultierende Drehimpulsvektoren
der Materiewelle zu übertragen.
Des weiteren kann eine zusätzliche
Beeinflussung der Partikel und Aerosole in der Prozesskammer, durch
HF-Felder und/oder statische und/oder zeitlich- und/oder ortsmodulierte
elektrische und/oder magnetische Felder erfolgen.
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2 zeigt
einen möglichen
schematischen Aufbau der Einkopplungsstation 1, welche
die elektromagnetische Welle 6 über die Modulationsstation 2 in
die Prozesskammer 5 einkoppelt. Die Zuführung der elektromagnetischen
Welle 6 erfolgt über
einen Wellenleiter 13, welcher axial und radial verschiebbar mit
einem Kollimator 14 verbunden ist. Der bezüglich des
Kollimators 14 axial verschiebbare und justierbare Wellenleiter 13 ermöglicht einen
kompakten Aufbau zur Fokussierung der eingebrachten elektromagnetischen
Welle. Die Verwen dung des Kollimators 14 beinhaltet den
weiteren Vorteil, dass die Größe des Eintrittsfensters
bzw. der Eintrittsöffnung
der elektromagnetischen Welle in den Behälter 22 minimiert
ist. Blenden 17 vereinfachen die Justierung der elektromagnetischen
Welle und bestimmen die räumlichen Strahleigenschaften.
Der Polarisator 16 ermöglicht
in Kombination mit den Verzögerungsplatten 15 eine eindeutige
und freiwählbare
Festlegung des Polarisationszustandes der eingebrachten elektromagnetischen
Welle 6, wobei in dieser Kombination die eingebrachte Intensität maximiert
und unabhängig
von Polarisationsschwankungen der Quelle der Polarisationszustand
der elektromagnetischen Welle 6, nach dem durchqueren dieser
Bauelemente 15,16, erhalten bleibt. Bei dem Bauelement 16 handelt
es sich insbesondere um Dünnschichtpolarisatoren. Über einen
Teilstrahlauskoppler 18, insbesondere über eine Strahlteilerplatte,
wird die eingebrachte Intensität
der elektromagnetischen Welle 6 am Bauteil 21 gemessen.
Für diese
Messungen eignen sich insbesondere Photodioden. Die Umlenkspiegel 19 ermöglichen auch
bei einer festen Anbringung des Behälters 22 an die Prozesskammer 5 eine
räumliche
Justierung der elektromagnetischen Welle 6 durch die Prozesskammer 5.
Da der Teilstrahlauskoppler 18 und insbesondere die Umlenkspiegel 19 den
Polarisationszustand der elektromagnetischen Welle beeinflussen, werden
zur eindeutigen und frei wählbaren
Festlegung der Eingangspolarisation zur Modulationsstation 2 ein
weiterer Kombination aus Polarisatoren 20 und Verzögerungsplatten 15 in
den Strahlengang eingebracht. Über
die Polarisatoren 16 und 20 und insbesondere über die
Kombination mit den Verzögerungsplatten 15,
insbesondere Lambda/2- und/oder Lambda/4-Platten, wird die Eingangsintensität zur Modulationsstation 2 maximiert
und ist bei entsprechender Eichung über die Intensitätsmessung 21 absolut
bestimmbar. Diese Intensitätsbestimmung 21 ist
insbesondere unabhängig
von den Polarisationsschwankungen der Quelle der in die Einkopplungsstation 1 eingebrachten
elektromagnetischen Welle 6.
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2b zeigt
eine mögliche
Erweiterung der Einkopplungsstation nach 2, welche
darin besteht, dass ein Teilstrahl A über einen Strahlteiler 18 in
den Außenraum
X umgelenkt wird.
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2c zeigt eine mögliche Erweiterung der Einkopplungsstation
nach 2, welche darin besteht, dass die eingehende elektromagnetische
Welle 6 über den
Spiegel 19 und den Strahlteiler 18 in die Teilstrahlen
B und C aufgeteilt und derart abgelenkt werden, dass sich die beiden
Teilstrahlen B und C insbesondere im Prozessraum 5 überschneiden,
dort insbesondere in Abhängigkeit
von den Streukörpern Interferieren
können
und der Schnittpunkt dieser beiden Teilstrahlen B und C insbesondere
in der optischen Achse Y ein oder mehreren Streustationen liegt.
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3 zeigt
einen möglichen
schematischen Aufbau der Modulationsstation 2, die eine
Intensitäts- und
Polarisationsmodulation beinhaltet. Die Intensitätsmodulation erfolgt in Kombination
mit den Bauelemente 23 und 24, wobei es sich bei
dem Bauelement 23 insbesondere um elektrooptische-, akustooptische
und/oder magnetooptische Bauelemente handelt und/oder rotierende
Verzögerungsplatten insbesondere
Lambda/2-Platten beinhaltet. Bei dem Bauelement 24 handelt
es sich insbesondere um Polarisatoren. Aufgrund der Kombination
der Bauelemente 23 und 24 ist insbesondere eine
Intensitätsmodulation
unter Beibehaltung des Eingangspolarisation möglich. Im Anschluß an dieser
Intensitätsmodulation
erfolgt die Messung der modulierten Intensität über eine Teilstrahlauskopplung 25 am
Bauelement 31, wobei es sich bei dem Bauelement 25 insbesondere
um eine Strahlteilerplatte, bei dem Bauelement 31 insbesondere
um eine Photodiode und bei dem Bauelement 30 um einen Filter,
welcher der elektromagnetischen Welle 6 angepasst ist,
handelt. Aufgrund der Polarisationsveränderung der elektromagnetische
Welle beim Durchgang durch das Bauelement 25, erfolgt durch
das Bauelement 26 eine erneute Festlegung des ursprünglichen
Polarisationszustandes. Bei dem Bauelement 26 handelt es
sich insbesondere um einen Polarisator. Die Polarisationsmodulation
erfolgt durch die Bauelemente 28 und 29, wobei
das Bauelement 28 eine Modulation der Phasenverschiebung
zwischen den parallelen und senkrechten Feldstärkeanteil der elektromagnetischen
Welle beinhaltet, und das Bauelement 29 den parallelen
und senkrechten Feldstärkeanteil
der elektromagnetischen Welle moduliert. Die Modulation der Phasenverschiebung
in 28 erfolgt insbesondere über elektrooptische-, akustooptische
und/oder magnetooptische Bauelemente. Die Modulation der Feldstärkeanteile
in 29 geht insbesondere über die Rotation einer Verzögerungsplatte
vonstatten, wobei es sich hierbei insbesondere um Lambda/2- und/oder
Lambda/4-Platten handelt. In Abhängigkeit
vom erforderlichen Messvolumen erfolgt über das Bauelement 27 eine
entsprechende Auf- Weitung
bzw. Querschnittsveränderung
der eingekoppelten elektromagnetischen Welle, wobei der Behälter 32 insbesondere fest
mit der Prozesskammer 5 verbunden ist.
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4 zeigt
einen möglichen
schematischen Aufbau der Messstation 3, welche die Messwertaufnahme
der die Prozesskammer 5 durchgehenden elektromagnetischen
Welle 7 beinhaltet. Der Behälter 39 ist insbesondere
fest mit der Prozesskammer 5 verbunden. Die in den Behälter 39 eintretende
elektromagnetische Welle 7 erfährt über das Bauelement 33 eine
Strahlfokussierung und/oder eine Abbildung, zur ortsaufgelösten und/oder
oberflächenintegrierte Messung
der modulierten Intensität,
auf die Oberfläche 57a,
welche sich insbesondere innerhalb der Bauelement 38, 41 und 44 befindet.
Bei dem Bauelement 33 handelt es sich insbesondere um Linsensysteme.
Das Bauelement 33 kann sich insbesondere aus mehreren Linsen
zusammensetzten, welche sich insbesondere in Abhängigkeit ihrer Brennweite an unterschiedlichen
Positionen innerhalb der Messstation 3 befinden können. Des
weiteren kann das Bauelemente 33 insbesondere einen Intensitätsabschwächer mit
variierbarer Absorption und/oder Fourierlinsensysteme enthalten. Über die
Bauelemente 34 wird jeweils ein Teilstrahl der elektromagnetischen Welle 7 ausgekoppelt.
Bei den Bauelementen 34 handelt es sich insbesondere um
Strahlteilerplatten. Das Bauelement 41 misst ortsaufgelöst und/oder oberflächenintegriert
die Intensität
der in den Behälter 39 gelangten
elektromagnetischen Welle 7. Die Bauelemente 42 und 43 kompensieren
die Polarisationsmodulation der eingebrachten elektromagnetischen
Welle 6, welche durch die Bauelemente 26, 28 und 29 festgelegt
sind, so dass vom Bauelement 44 die Intensität ortsaufgelöst und/oder
oberflächenintegriert
messbar ist, die von der Polarisationsveränderung abhängig ist, welche die eingebrachte
elektromagnetische Welle 6 beim durchqueren der Prozesskammer 5 erfährt. Bei
den hierfür
eingesetzten Komponenten 43 handelt es sich um Kombinationen
aus insbesondere elektrooptischen-, akustooptischen und magnetooptischen
Bauelemente um rotierende Verzögerungsplatten,
insbesondere um Lambda/2-Platten und/oder Lambda/4-Platten. Die Komponenten 43 sind
insbesondere mit Polarisatoren 42 kombiniert. Die zusätzliche
Messung der Intensität, des
Polarisationszustandes, des Polarisations- und Depolarisationsgrades
der elektromagnetischen Welle 7 er folgt über die
Bauelemente 35, 36 und 37, welche eine
Intensitäts-
und/oder Polarisationsmodulation der elektromagnetischen Welle bewirken.
Bei diesen Bauelementen handelt es sich insbesondere um eine Kombinationen
aus insbesondere elektrooptischen-, akustooptischen und magnetooptischen Bauelement 35 und/oder
um rotierende Verzögerungsplatten,
insbesondere Lambda/4-Platten 36, welche
mit Polarisatoren 37 kombiniert sind. Die durch die Bauelemente 35, 36 und 37,
modulierte Intensität
der elektromagnetischen Welle 7 wird über das Bauelement 38 gemessen.
Bei den zur ortsaufgelösten
und/oder oberflächenintegrierten
Intensitätsmessung
verwendeten Bauelementen 38, 41 und 44 handelt
es sich insbesondere um CCD-Kameras, CMOS-Kameras, Photodioden,
einen Photomultiplier und/oder eine Avalanche-Photodiode. Bei dem
Bauelement 40 handelt es sich um Filter, welche der elektromagnetischen
Welle 7 angepasst sind.
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5 zeigt
einen möglichen
schematischen Aufbau der Streustation 4, welche die Messwertaufnahme
der von den Streukörpern
seitlich gestreuten elektromagnetischen Welle 8 beinhaltet,
wobei der Behälter 53 insbesondere
fest mit der Prozesskammer 5 verbunden ist. Die in den
Behälter 53 eintretende
elektromagnetische Welle erfährt über das
Bauelement 45 eine Strahlfokussierung und/oder eine Abbildung,
zur ortsaufgelösten
und/oder oberflächenintegrierte
Messung der modulierten Intensität,
auf die Oberfläche 57b,
welches sich insbesondere innerhalb der Bauelement 50 und 52 befinden.
Bei dem Bauelement 45 handelt es sich insbesondere um Linsensysteme.
Das Bauelement 45 kann sich insbesondere aus mehreren Linsen
zusammensetzten, welche sich insbesondere in Abhängigkeit ihrer Brennweite an
unterschiedlichen Positionen innerhalb der Streustation 4 befinden
können.
Des weiteren kann das Bauelemente 45 insbesondere einen Intensitätsabschwächer mit
variierbarer Absorption und/oder Fourierlinsensysteme enthalten. Über das Bauelemente 46 ist
ein Teilstrahl der elektromagnetischen Welle 8 ausgekoppelt.
Bei den Bauelementen 46 handelt es sich insbesondere um
Strahlteilerplatten. Das Bauelement 52 ist insbesondere
eine Photodiode und/oder eine CCD-Kamera und misst ortsaufgelöst und/oder
oberflächenintegriert
die Intensität
der in den Behälter 53 gelangten
elektromagnetischen Welle 8. Die Messung der Intensität, des Polarisationszustandes,
des Polarisations- und Depolarisationsgrades der elektromagnetischen
Welle 8 erfolgt über
die Bauelemente 47, 48 und 49, welche eine
Intensitätsmodulation
und/oder Polarisationsmodulation der elektromagnetischen Welle bewirken. Bei
diesen Bauelementen handelt es sich insbesondere um eine Kombinationen
aus elektrooptischen-, akustooptischen und magnetooptischen Bauelement 47 und/oder
um rotierende Verzögerungsplatten
insbesondere Lambda/4-Platten 48,
welche mit Polarisatoren 49 kombiniert sind. Die durch
die Bauelemente 47, 48 und 49 modulierte
Intensität
der elektromagnetischen Welle 8 ist über die Bauelemente 51 und 50 messbar.
Bei dem zur ortsaufgelösten und/oder
oberflächenintegrierten
Intensitätsmessung verwendeten
Bauelementen 50 handelt es sich insbesondere um Photodioden,
Avalanche-Photodioden, Photomultipliere, CCD-Kameras und/oder CMOS-Kameras. Bei dem
Bauelement 51 handelt es sich um Filter, insbesondere um
Interferenzfilter, welche einem spektralen Bereich der elektromagnetischen
Welle 8 angepasst sind.
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6 zeigt
eine schematische Darstellung einiger Bauelemente an und/oder in
der Prozesskammer 5, welche eine definierte räumliche
Orientierung, Positionierung und/oder Bewegung der Streukörper in
der Prozesskammer ermöglichen
und darüber
insbesondere eine mehrdimensionale Abbildung und damit Messung der
Streukörper
ermöglicht.
In der Figur sind insbesondere die Bauelemente 56a, 56b dargestellt.
Die Bauelemente 56a befinden sich innerhalb, die Bauelemente 56b können außerhalb an
der Wand der Prozesskammer befestigt sein. Die Bauelemente 56a, 56b haben
die Aufgabe elektrische und/oder magnetische Felder in die Prozesskammer
einzubringen und die Höhe
und Richtung dieser Feldstärken örtlich und
zeitlich zu beeinflussen und festzulegen. Wobei es sich bei den
eingebrachten Feldern insbesondere auch um elektromagnetische Wellen
handeln kann. Bei den Bauelementen 56a, 56b handelt
es sich insbesondere um elektrisch leitende Flächen an die unterschiedliche
Potentiale angelegt werden und/oder um Spulen durch die unterschiedliche
Stromflüsse
geleitet werden und/oder um Sender von elektromagnetischen Wellen.
Wobei die einzelnen Bauelemente 56a, 56b von einander
unabhängig
auf ein entsprechend Potential und/oder einen entsprechenden Stromfluss
angesteuert werde können.
Insbesondere zur Vermeidung einer direkten Wechselwirkung der Prozesse
in der Prozesskammer 5 mit den Bauelementen 56a ist
es sinnvoll die Bauelemente 56a mit einer Schutzummantelung 55 und/oder einem
Dielektrikum 55 zu umgeben. Insbesondere ist vorgesehen,
das die von den unterschiedlich angesteuerten Bauelemente 56a, 56b hervorgerufene
Feldveränderungen örtlich und/oder
zeitlich harmonisch sind. Zur Vermeidung einer Abschwächung ist
es insbesondere für
die Einbringung von elektromagnetischen Wellen und/oder elektrischen
Felder von außerhalb
an der Wand befestigten Bauelementen 56b sinnvoll diese über ein dielektrische
Fenster 54 durchzuführen.
Bei dem Material der Fenster 54 handelt es sich insbesondere um
Glass und/oder Keramik. Von außen
angebrachte Bauelemente 56b zur Erzeugung von Magnetfeldern können insbesondere
kreisförmig
um die Prozesskammer 5 angelegt sein. Die Position, Anzahl
und die Größe der Bauelemente 56a, 56b ist
der gewünschten
Ortsauflösung
und Richtung der Feldveränderung
anzupassen.
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7 zeigt
den schematischen Aufbau der erfindungsgemäßen Messanordnung, die sich
aus Einkopplungs- 1, Modulations- 2, Mess- 3 und
Streustation 4 zusammensetzt, wobei die Stationen mit einer
Prozesskammer 5 in Verbindung stehen und Materiewellen 6 eingekoppelt
werden, wobei es sich zur Vermeidung von unerwünschten Stossprozessen bei der
Messanordnung und der Prozesskammer insbesondere um druckverminderte
bzw. evakuierte Behälter
handelt. Über
die Einkopplungsstation 1 wird, insbesondere unter Verwendung
der Feldlinsen 58 und/oder der Stern-Gerlach-Aparatur 59,
der Polarisationszustand und/der die Höhe der Intensität der eingekoppelten
Materiewelle 6 eindeutig und frei wählbar festgelegt. In der Modulationsstation 2 erfolgt
eine Intensitäts- und/oder eine Polarisationsmodulation
der Materiewelle 6, welches insbesondere durch Feldlinsen 60,
durch Stern-Gerlach-Aparaturen 61 und/oder durch zeitlich-
und/oder örtlichmodulierten
E- und/oder B-Felder, welche insbesondere mit nichtmodulierten E-
und/oder B-Felder überlagert sind,
gewährleistet
wird. Die durchgehende ungebrochene Materiewelle 7 wird
insbesondere über
Feldlinsen 62 und/oder Stern-Gerlach-Aparaturen 63 auf die
Oberfläche 57a abgebildet.
Die Oberfläche 57a befindet
sich insbesondere innerhalb des Bauelementes 38, welches über die
Oberfläche 57a eine ortsaufgelöste und/oder
oberflächenintegrierte
Intensitätsmessung
durchführt
und insbesondere ein Teilchen-Licht-Wandler
beinhaltet. Über
die Bauelemente 62 und 63 erfolgt eine Polarisations-
und/oder Intensitätsmodulation
der durchgehende Materiewelle 7, wobei es sich bei den
Bauelement 62 insbesondere um Feldlinsen und bei dem Bauelement 63 insbesondere
um zeitlich- und/oder örtlichmodulierte Stern-Gerlach-Aparaturen
und/oder um zeitlich- und/oder örtlichmodulierte
E- und/oder B-Felder
handelt, welche insbesondere mit nichtmodulierte E- und/oder B-Felder überlagert
sind. Die gestreute Materiewelle 8 wird insbesondere über Feldlinsen 64 und/oder
Stern-Gerlach-Aparaturen 65 auf die Oberfläche 57b abgebildet.
Die Oberfläche 57b befindet sich
insbesondere innerhalb des Bauelementes 50, welches über die
Oberfläche 57b eine
ortsaufgelöste und/oder
oberflächenintegrierte
Intensitätsmessung durchführt und
insbesondere ein Teilchen-Licht-Wandler beinhaltet. Über die
Bauelemente 64 und 65 erfolgt eine Polarisations-
und/oder Intensitätsmodulation
der gestreuten Materiewelle 8, wobei es sich bei den Bauelement 64 insbesondere um
Feldlinsen und bei dem Bauelement 65 insbesondere um zeitlich-
und/oder örtlichmodulierte Stern-Gerlach-Aparaturen
und/oder um zeitlich- und/oder örtlichmodulierte
E- und/oder B-Felder handelt, welche insbesondere mit nichtmodulierte
E- und/oder B-Felder überlagert
sind.