This thesis deals with the issue of quantum efficiency measurement of optoelectronic devices. The physical nature of silicon solar cells is explained here. In addition, the quantum efficiency as a concept is introduced. There is also discussed the influence of a solar cell semiconductor structure on the quantum efficiency itself. Furthermore, the thesis is focused on the design of an experimental set-up for automated measurement and data acquisition. The final realization of the step motor control unit is described in detail. It includes local and/or remote operations, design and development motivation. The next chapter is dedicated to analysis of the Matlab source code for remote operation, data acquisition and presentation. The final part of the thesis gives attention to experiments with real structures, not only the solar cells. The obtained results of analyzed measurements are presented at the conclusion.

Durch das Forschungszentrum Rossendorf wurde in den Jahren 1996-1998 ein eigenes Strahlrohr fuer Experimente mit Synchrotronstrahlung an der ESRF (European Synchrotron Radioation Facility) in Grenoble/Frankreich aufgebaut. Das Strahlrohr verfuegt ueber zwei alternativ nutzbare Messplaetze fuer die Untersuchung von radioaktiven Proben mittels Roentgenabsorptionsspektroskopie und fuer Materialstrukturuntersuchungen mit Roentgendiffraktion. Der Bericht konzentriert sich auf die Arbeiten, die fuer die Steuerung der Optik und die Nutzung der Messplaetze hinsichtlich der Elektronik, Rechentechnik und Software erforderlich waren. Nach einer Beschreibung der Randbedingungen und einer Kurzcharakteristik der geraetetechnischen Basis werden wichtige Hardwarekomponenten fuer die Instrumentierung der Systeme vorgestellt. Die rechentechnische Basis wird anschliessend beschrieben. Die angewendeten Software-Grundprinzipien werden erlaeutert und diskutiert sowie an einigen Applikationen beispielhaft verdeutlicht. Abschliessend werden spezifische Probleme bei der Programmierung von Applikationen mit grafischer Bedienoberflaeche in Verbindung mit Geraetezugriffen behandelt. Tabellen, in denen die benutzten Hardware-Module und die Softwarekomponenten zusammengestellt sind, ermoeglichen einen Ueberblick ueber das Gesamtsystem. Das Literaturverzeichnis dient als Leitfaden fuer die Detaildokumentationen.

The subject of this thesis is the development of a hybrid-integrated scanning grating spectrometer based on a micro-opto-electro-mechanical device or a micro-opto-electromechanical system, respectively. Features of spectral measurement system to be emphasized are a miniaturized construction with the volume of about a sugar cube, a corresponding low mass and low power consumption. In contrast to comparable and currently available spectroscopic instruments with compact physical dimensions, the system offers advantages in terms of enhanced mobility, portability, energy efficency, feasibility for on-site analysis and sensor integration. Miniaturized spectroscopes can help to address new areas of application as well as improve already existing applications. Food analysis, medical care, environmental monitoring, qualtiy inspection, process control, generation of bioenergy as well as safety and security tasks are exemplary fields of application. Within these areas, organic compounds ubiquitously to our everyday life play an important role. The near-infrared spectral band, that is the measurement range of the hybrid-integrated grating spectrometer, is well suited for the detection as well as the qualitative and quantitative analysis of organic compounds. The system follows the construction of a Czerny-Turner grating monochromator that is characterized by a rotatable mounted diffraction grating as well as separated optics for collimation and refocusing. By the rotation of the dispersive element, the spectrum is scanned across the fixed detector and sampled time-discretely. In the case of the hybrid-integrated spectrometer, the grating is part of a micro-opto-mechanical system, with the size of about 50 mm², developed at the Fraunhofer IPMS. Additionally to the grating, the corresponding driving mechanism, the position detection for the deflection angle and two optical slits are part of this device, as well. Integrating several functional components into one structural element is the main strategy of the construction process and is applied to all remaining features. A potentioally serial manufacturing is taken into account by the assembly and joining technology involved. Apart from the theoretical basics, the state of the art, the system specifications as well as the constructive and experimental results, a major part of this thesis is concerned with the technological and constructive boundary conditions, an analytical system description and the discussion of the solution space of this class of spectroscopic instruments. / Das Thema der vorliegenden Arbeit ist die Entwicklung eines hybrid-integrierten Gitterspektrometers basierend auf einem mikro-opto-elektro-mechanischen Bauelement. Auszeichnen soll sich das spektrale Messsystem durch einen miniaturisierten Aufbau mit dem Volumen eines Stück Würfelzuckers, einem dementsprechend geringen Gewicht und einer niedrigen Leistungsaufnahme. Im Vergleich zu bereits verfügbaren kompakten Spektralapparaten gleicher Funktionsweise ergeben sich Vorteile hinsichtlich Mobilität, Portabilität, Energieeffizienz, Anwendbarkeit in der Vor-Ort-Analytik und Sensorintegration. Mit miniaturisierten Spektrometern lassen sich neue Anwendungsgebiete adressieren und für bestehende Applikation bislang ungenutzte Entwicklungspotenziale erschließen. Exemplarische Einsatzfelder sind die Lebensmittelanalytik, Medizin- und Umweltmesstechnik, Qualitäts- und Prozesskontrolle, Bioenergiegewinnung sowie Sicherheitsanwendungen. In diesen Gebieten spielen die in unserem Alltag oft vorkommenden organischen Verbindungen eine wichtige Rolle. Zu ihrer qualitativen und quantitativen Analyse ist insbesondere der nahinfrarote Spektralbereich geeignet, in welchem das hybrid-integrierte Gitterspektrometer messen soll. Der Aufbau des Systems entspricht einem Czerny-Turner-Gittermonochromator, der durch ein drehbar gelagertes Beugungsgitter sowie eine getrennte Kollimations- und Refokussieroptik charakterisiert wird. Durch die Drehung des dispersiven Elementes verschiebt sich das Spektrum über einen ortsfesten Detektor, der die zeitdiskrete Abtastung durchführt. Im miniaturisierten Spektrometer ist das Gitter Teil eines am Fraunhofer IPMS hergestellten mikro-opto-elektro-mechanischen Bauelementes mit einer Fläche von nur 50 mm². In dieser Komponente sind neben dem dispersiven Element auch dessen Antrieb, die Positionsdetektion zum Bestimmen der Gitterauslenkung und zwei optische Spalte zusammengefasst. Die Strategie, mehrere Funktionskomponenten über geeignete Mikrofertigungstechniken in ein Bauteil zu integrieren, wird auch auf alle anderen Systembestandteile angewendet. Die Aufbau- und Verbindungstechniken zum Justieren und Montieren der komplexen Bauelemente berücksichtigt eine potenzielle Serienfertigung. Neben den theoretischen Grundlagen, dem Stand der Technik, den Systemspezifikationen sowie den konstruktiven und experimentellen Resultaten befasst sich die Arbeit eingehend mit technologischen und konstruktiven Randbedingungen, einer analytischen Systembeschreibung und der Behandlung des Lösungsraumes für diese Klasse von Spektralapparaten.

Durch das Forschungszentrum Rossendorf wurde in den Jahren 1996-1998 ein eigenes Strahlrohr fuer Experimente mit Synchrotronstrahlung an der ESRF (European Synchrotron Radioation Facility) in Grenoble/Frankreich aufgebaut. Das Strahlrohr verfuegt ueber zwei alternativ nutzbare Messplaetze fuer die Untersuchung von radioaktiven Proben mittels Roentgenabsorptionsspektroskopie und fuer Materialstrukturuntersuchungen mit Roentgendiffraktion. Der Bericht konzentriert sich auf die Arbeiten, die fuer die Steuerung der Optik und die Nutzung der Messplaetze hinsichtlich der Elektronik, Rechentechnik und Software erforderlich waren. Nach einer Beschreibung der Randbedingungen und einer Kurzcharakteristik der geraetetechnischen Basis werden wichtige Hardwarekomponenten fuer die Instrumentierung der Systeme vorgestellt. Die rechentechnische Basis wird anschliessend beschrieben. Die angewendeten Software-Grundprinzipien werden erlaeutert und diskutiert sowie an einigen Applikationen beispielhaft verdeutlicht. Abschliessend werden spezifische Probleme bei der Programmierung von Applikationen mit grafischer Bedienoberflaeche in Verbindung mit Geraetezugriffen behandelt. Tabellen, in denen die benutzten Hardware-Module und die Softwarekomponenten zusammengestellt sind, ermoeglichen einen Ueberblick ueber das Gesamtsystem. Das Literaturverzeichnis dient als Leitfaden fuer die Detaildokumentationen.

This thesis presents HELIOS, an in-house laboratory for time-resolved pump-probe spectroscopy with extreme-ultraviolet (XUV) probe radiation. A wide span of pump wavelengths can be generated using commercial laser equipment while XUV probe radiation is generated via a high harmonic generation process in a noble gas delivering probe photons with energies between 20 eV and 72 eV. The XUV beam path features a time-preserving monochromator and was constructed and built in-house. HELIOS features an overall time resolution of about 50 fs when using 800 nm pump and 41 eV probe photons. An energy resolution of 110 meV at 41 eV photon energy can be achieved. HELIOS features two beamlines. One µ-focus beamline with an XUV focal size of about 20 µm can be used with experiments that require such a small XUV focal size as well as with different end stations. The other beamline features a semi-permanently mounted end station for angle-resolved photoelectron spectroscopy under ultra-high vacuum conditions. Experiments demonstrating the usability of HELIOS and the two beamlines are presented. A pump-probe measurement on graphene demonstrates the capability of determining a large part of the k-space in only one measurement due to the use of an ARTOF angle-resolved time-of-flight electron spectrometer. A non-angle-resolved pump-probe measurement on the conducting polymer PCPDTBT demonstrates the high signal-to-noise ratio achievable at this beamline in non-angle-resolved photoelectron-spectroscopy pump-probe measurements. The usability of the µ-focus beamline is demonstrated with time-resolved measurements on magnetic samples employing an in-house-designed spectrometer. These experiments allow the retrieval of element-specific information on the magnetization within a sample employing the transversal magneto-optical Kerr effect (T-MOKE). Additionally, a Fourier transform spectrometer for the XUV is presented, the concept was tested at a synchrotron and it was used to determine the longitudinal coherence of the XUV radiation at HELIOS.