Retrospektive Auswertung von Daten aus dem Zeitraum März 2015 bis Mai 2016 von Patienten unter ECMO-Therapie (extrakorporale Membranoxygenierung)und NIRS Monitoring (Nahinfrarotspektroskopie). Erfassung kritischer Abfälle der zerebralen Gewebeoxygenierung mittels Nahinfrarotspektroskopie (NIRS). Bestimmung und Untersuchung von Einflussparametern, welche für den Abfall der zerebralen Gewebeoxygenierung verantwortlich sein könnten. Untersuchung, ob durch das Erkennen von kritischen Abfällen der zerebralen Gewebeoxygenierung eine frühzeitige Detektion von neurologischen Komplikationen zuverlässig möglich ist. / Data of adult patients treated with Extracorporeal Membrane Oxygenation (ECMO) and Near-Infrared Spectroscopy (NIRS), collected from March 2015 to May 2016, were retrospectively analyzed. Recording critical reductions of Cerebral Oxygen Saturation through NIRS. Determination and investigation of risk factors, which could be responsible for reduction of Cerebral Oxygen Saturation. Investigation if an early detection of neurological complications through identification of critical reductions of Cerebral Oxygen Saturation is reliably possible.

Sprachverstehen erfordert ein Zusammenspiel verschiedener mentaler Prozesse. Zuerst muss der kontinuierliche akustische Sprachstrom in einzelne Einheiten (z.B. Wörter) unterteilt werden. Segmentale und suprasegmentale linguistische Information unterstützt den Segmentierungsprozess. Wissen über die neuronalen Mechanismen dieser Prozesse ist wesentlich um Sprachverarbeitungs- und Sprachentwicklungsprozesse zu verstehen. Ziel der Dissertation ist die Charakterisierung neuronale Korrelate der Verarbeitung sprachrelevanter akustischer Information bei Erwachsenen und Säuglingen mittels kombinierter Nahinfrarot-Spektroskopie- und Elektroenzephalographie-Messungen. Studie I untersucht zeitliche und topographische Aspekte der phonotaktischen Verarbeitung bei Erwachsenen. Die Ergebnisse zeigen, dass phonotaktische Information links-hemisphärisch verarbeitet wird. Ob diese Lateralisierung auf die linguistischen oder akustischen Eigenschaften der Reize zurückzuführen ist bleibt unklar. Erwachsenen-Studien zeigen, dass die lateralisierte Verarbeitung von Sprache aus der Spezialisierung des auditorischen Kortex für bestimmte zeitliche akustische Variationen im Sprachsignal resultiert. Studie II und III untersuchen, ob diese Asymmetrie bereits bei Säuglingen vorliegt. Dafür werden zeitlich variierte nicht-sprachliche akustische Reize präsentiert. Die zeitlichen Variationen entsprechen kritischen Modulationen im Sprachsignal. Studie II zeigt, dass bei Neugeborenen die zeitlichen Modulationen zu differenzierten und lateralisierten Verarbeitungsmustern führen, die über die ersten Lebensmonate konstant bleiben (Studie III). Die Ergebnisse unterstützen die Annahme, dass die lateralisierte Verarbeitung von Sprache mit einer Spezialisierung des auditorischen Kortex für bestimmte zeitliche Frequenzen zusammenhängt. Das Gehirn ist von Geburt auf die Wahrnehmung zeitlicher akustischen Variationen spezialisiert, die für die Entschlüsselung des Sprachsignals relevant sind. / The comprehension of spoken language requires the segmentation of the continuous acoustic speech stream into smaller units (e.g., words). Segmental and suprasegmental linguistic information guide the segmentation process. Investigating the underlying neuronal mechanisms is crucial for understanding the general nature of language perception, and language acquisition in infancy. This dissertation aimed to determine neuronal mechanisms underlying the perception of basic auditory cues relevant for the segmentation of speech in adults and infants using concurrent recordings of near-infrared spectroscopy and electroencephalography. Study I assessed temporal and topographic characteristics of phonotactic processing in adults, thus forming the basis for future studies in infants. The results show that phonotactic processing recruits a left hemispheric network. Whether these asymmetries are a function of linguistic attributes or of basic temporal signal properties is under debate. Studies in adults link hemispheric specialization for speech perception to an asymmetry in cortical tuning and reveal that the auditory cortices are differentially sensitive to temporal features of speech. Whether this asymmetry is already established in infancy is addressed by study II and III. These studies used acoustic non-linguistic sounds that vary in their temporal structure, thus sharing critical temporal features with language. Study II reveals that newborns process temporally varying stimuli in a differential and lateralized fashion. Study III indicates that this lateralization pattern remains constant over the first months of life. The findings support the notion that the lateralization of language functions might result from a specialization for different acoustic properties. The data provide further evidence that language acquisition is linked to basic capacities in auditory processing, and reveal that from birth the brain is tuned to critical temporal properties of linguistic signals.

In der vorliegenden Arbeit werden verschiedene Spektrometer für die Analyse von Gasen bzw. Gasgemischen vorgestellt und deren Design, Aufbau, Charakterisierung und Optimierung beschrieben. Das Resultat der Optimierung und Weiterentwicklungen ist ein spektral breitbandiges Cavity-Ring-Down-Spektrometer (CRD-Spektrometer). Ausgangspunkt der hier vorgestellten Arbeit ist ein Spektrometer auf Basis klassischer Absorptionsspektroskopie in einer Multireflexionszelle. Für dieses Spektrometer wurde als Strahlquelle ein Superkontinuumlaser verwendet. Der Vorteil dieses Spektrometers liegt in seiner Kompaktheit. Mit diesem Spektrometer wurden Absorptionsspektren von mehreren Reingasen und einem Gasgemisch über einen Wellenlängenbereich von 1500 nm – 1700 nm aufgenommen. Der qualitative Vergleich mit zu erwartenden Spektren, welche auf der HITRAN-Datenbank basieren, zeigte eine gute Übereinstimmung. Die quantitative Interpretierbarkeit der Daten war jedoch stark eingeschränkt aufgrund des hohen zufälligen und systematischen Fehlers der Messungen. Als Konsequenz aus der als nicht zufriedenstellend bewerteten quantitativen Interpretierbarkeit der Daten wurde eine alternative Messmethode gesucht, welche eine höhere Sensitivität und Genauigkeit ermöglicht. Die Wahl fiel auf die Cavity-Ring-Down-Spektroskopie, eine resonatorgestützte Variante der Absorptionsspektroskopie. Wesentliche Vorteile dieser Technik sind a) die Unabhängigkeit von Leistungsschwankungen der Strahlquelle, b) ein effektiver Absorptionsweg von bis zu mehreren Kilometern, welcher sich unmittelbar auf die Sensitivität der Messungen auswirkt, c) die Ermittlung absoluter Absorberkonzentrationen, ohne die Notwendigkeit einer Kalibrierung oder den Vergleich mit einer Referenzzelle und d) die Vernachlässigbarkeit von Absorptionen außerhalb des Resonators. Als notwendiger Zwischenschritt auf dem Weg zu einem breitbandigen CRD-Spektrometer wurde zunächst ein monochromatisches CRD-Spektrometer designt, aufgebaut und charakterisiert. Für die effektive Einkopplung von Strahlungsenergie in einen Resonator ist die Anpassung der Strahlparameter an die Mode des Resonators notwendig. Voraussetzung dieser Anpassung ist die Kenntnis der Strahlparameter, welche experimentell ermittelt wurden. Im Laufe des Aufbaus des Spektrometers ergab sich, dass trotz der Modenanpassung die Einkopplung der Strahlungsenergie in den Resonator gestört wurde. Daraufhin wurden systematisch mögliche Ursachen dieser Störung untersucht und das Spektrometer optimiert. Mit diesem optimierten Spektrometer wurden Spektren gemessen, welche sowohl qualitativ als auch quantitativ gut mit den zu erwartenden Spektren übereinstimmen. Als Nachweisgrenze dieses Spektrometers wurde ein Wert für den Absorptionskoeffizienten alpha von 10^-8 cm-1 bestimmt. Mit dem monochromatischen CRD-Spektrometer war es zudem möglich, isotopenspezifische Messungen durchzuführen. Für das breitbandige Spektrometer wurde als Strahlquelle eine ASE-Diode (amplified spontaneous emission) verwendet. Dabei handelt es sich um eine inkohärente Strahlquelle. Mittels Messungen nach dem Prinzip der Cavity-Enhanced-Absorptionsspektroskopie wurde die generelle Funktionalität des resonatorgestützten Spektrometers überprüft. Anschließend wurden die wellenlängenabhängigen Abklingsignale des leeren und des mit einem CO2-Luft-Gemisch gefüllten Resonators gemessen und ebenfalls mit den zu erwartenden Spektren verglichen. Qualitativ stimmen die experimentellen Spektren gut mit den zu erwartenden Spektren überein. Für die quantitative Interpretation der Daten wurde ein spezieller Algorithmus entwickelt, der die spektrale Auflösung des Systems berücksichtigt. Mit dem vorgestellten Spektrometer ist so die qualitative und quantitative Interpretation der Spektren möglich. Die Nachweisgrenze des breitbandigen Cavity-Ring-Down-Spektrometers wurde zu einem Wert von alpha = 8x10^-7 cm-1 bestimmt. Der systematischen und der zufällige Fehler der Messungen lagen bei Werten von ca. 1%. Bei diesem Spektrometer handelt es sich um einen Prototyp. Mittels Optimierung des Systems lassen sich sowohl der Wert der Nachweisgrenze als auch die Fehler der Messungen verbessern. / This thesis presents the design, set-up, characterisation and optimization of various spectrometers to be used for the analysis of gases and gas mixtures. The result of this optimization and its further development is a spectrally broadband cavity ring-down spectrometer (CRD spectrometer), which uses an incoherent light source that emits in the near-infrared. The starting point of the development was a spectrometer which is based on classic absorption spectroscopy inside a multipass cell. This spectrometer uses a supercontinuum laser as light source. The advantage of this spectrometer is its compactness. With this spectrometer, the spectra of various gases and a gas mixture were detected in the spectral range of 1500 nm to 1700 nm. The experimentally derived spectra are in good qualitative accordance to expected spectra based on the HITRAN database. Nevertheless, the qualitative interpretation of the data reveals significant systematic and random errors. As a consequence, a different spectroscopic approach was chosen. The method of choice was cavity ring-down spectroscopy. The advantages of this technique are a) the independence from power fluctuations of the light source, b) an effective absorption path length of up to several kilometres, c) absolute measurement of absorber concentration and d) independence of absorption outside of the cavity. As an important intermediate step on the way to the broadband CRD spectrometer, a monochromatic CRD spectrometer was designed, set up and characterised. To effectively couple light into the cavity, the beam parameters have to be matched to the cavity’s mode. Prerequisite of this mode matching is the knowledge of the beam parameters, which were determined experimentally. Despite this mode matching, the coupling of the light into the cavity turned out to be instable. The cause of that disturbance was systematically investigated, which let to an optimization of the system. The spectra measured with this optimized system were in very good qualitative and quantitative agreement with the expected spectra. The limit of detection of this spectrometer was determined to an absorption coefficient alpha of 10^-8 cm-1. Furthermore, isotope-selective measurements were performed. The light source of the broadband CRD spectrometer is an amplified spontaneous emission diode, which is an incoherent light source. The general functionality of the spectrometer was first tested by means of CEAS measurements (cavity enhanced absorption spectroscopy). Afterwards, the wavelength dependent ring-down signals of the empty cavity and the cavity filled with a CO2 air mixture were detected. The qualitative comparison with the expected data shows very good agreement. For the quantitative interpretation of the experimental data, a special algorithm was developed. Thereby the data measured with the presented spectrometer can be interpreted both qualitatively and quantitatively. The limit of detection of the broadband CRD spectrometer was determined to a value of alpha = 8x10^-7 cm-1. The systematic and the random error are in the range of 1 %. The presented spectrometer is a prototype. Therefore the systematic and random error will be improved by further optimization of the spectrometer.

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Highly responsive organic photodetectors allow a plethora of applications in fields like imaging, health, security monitoring, etc. Photomultiplication-type organic photodetectors (PM-OPDs) are a desirable option due to their internal amplification mechanism. However, for such devices, significant gain and low dark currents are often mutually excluded since large operation voltages often induce high shot noise. Here, a fully vacuum-processed PM-OPD is demonstrated using trap-assisted electron injection in BDP-OMe:C60 material system. By applying only −1 V, compared with the self-powered working condition, the responsivity is increased by one order of magnitude, resulting in an outstanding specific detectivity of ≈1013 Jones. Remarkably, the superior detectivity in the near-infrared region is stable and almost voltage-independent up to −10 V. Compared with two photovoltaic-type photodetectors, these PM-OPDs exhibit the great potential to be easily integrated with state-of-the-art readout electronics in terms of their high responsivity, fast response speed, and bias-independent specific detectivity. The employed vacuum fabrication process and the easy-to-adapt PM-OPD concept enable seamless upscaling of production, paving the way to a commercially relevant photodetector technology.

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Bright and stable near-infrared (NIR) and infrared (IR) emitting chromophores are in high demand for applications in telecommunication, solar cells, security barcodes, and as fluorescent reporters in bioimaging studies. The best choice for wavelengths >750 nm are semiconductor nanocrystals, especially ternary or alloy nanocrystals like CdHgTe, which enable size and composition control of their optical properties. Here, we report on the influence of growth time and surface chemistry on the composition and optical properties of colloidal CdHgTe. Up to now, these are the only NIR and IR emissive quantum dots, which can be synthesized in high quality in water, using a simple one-pot reaction. For this study we utilized and compared three different thiol ligands, thioglycolic acid (TGA), 3-mercaptopropionic acid (MPA), and glutathione (GSH). Aiming at the rational design of bright NIR- and IR-emissive alloy materials, special emphasis was dedicated to a better understanding of the role of the surface ligand and adsorption–desorption equilibria on the photoluminescence quantum yield and stability. In this respect, dilution and protonation studies were performed. Our results show that with this simple synthetic procedure, strongly fluorescent CdHgTe colloids can be obtained with MPA as stabilizing ligand revealing quantum yields as high as 45% independent of particle concentration.

In dieser Arbeit werden planare plasmonische Schichtsysteme unter Verwendung der transparenten leitfähigen Oxide (TCOs) Zinkgalliumoxid (GZO) und Indiumzinnoxid (ITO) untersucht, die mittels Molekularstrahlepitaxie realisiert werden. Es wird gezeigt, dass solche hochdotierten Schichten aus GZO und ITO sich wie ein Drude-Metall mit einer einstellbaren Plasmafrequenz verhalten und Oberflächenplasmon-Polaritonen (SPPs) aufweisen, die über einen breiten NIR-Spektralbereich abstimmbar sind. Die TCOs können in mehreren Schichten mit unabhängig voneinander einstellbaren Dicken und Dotierungen der einzelnen Schichten gezüchtet werden. Diese abstimmbaren Mehrschichtstrukturen ermöglichen die Realisierung plasmonischer Konfigurationen, die für eine Vielzahl komplexer hybridisierter SPP-Zustände maßgeschneidert sind. Unter anderem wird unter Ausnutzung der Photon-Plasmon-Hybridisierung ein Stopped-Light-Resonator auf Basis von ITO demonstriert. Das Mehrschichtenregime kann zu einem Übergitter aus periodisch abwechselnd dotierten und undotierten TCO-Schichten erweitert werden, das ein hyperbolisches Metamaterial (HMM) darstellt. Die Parameter dieses HMM können nach Bedarf eingestellt werden, was HMMs mit einer maßgeschneiderten Zusammensetzung ihrer einzigartigen spektralen Permittivitätsintervalle ermöglicht. Mithilfe von GZO wird ein HMM in eine planare optische Mikrokavität monolitisch eingebettet. Dieser neuartige NIR-Resonator weist eine anomale Modendispersion auf, einschließlich einem Kontinuum von Moden hoher Ordnung und einer von der Resonatorlänge unabhängigen Mode nullter Ordnung, welche Subwellenlängen-Resonanzen ermöglichen können. Es wird gezeigt, dass die Mode nullter Ordnung bei einer Kavitätslänge deutlich unterhalb ihrer Wellenlänge fortbesteht und ihre Dispersion durch den Füllfaktor des HMM steuerbar ist. Die Ergebnisse stellen somit ein neues allgemeines Konzept für die Realisierung eines Subwellenlängenresonators auf der Basis eines abstimmbaren HMM dar. / In this work, planar, layered plasmonic systems utilizing the transparent conducting oxides (TCOs) zinc gallium oxide (GZO) and indium tin oxide (ITO) facilitated by molecular beam epitaxy are investigated. It is shown that such highly doped layers of GZO and ITO prepared with behave as a Drude metal with a tunable plasma frequency and feature surface plasmon polaritons (SPPs) that are tunable over a broad NIR spectral range. TCOs can be grown in the multilayer regime with independently adjusted thicknesses and doping levels of the individual layers. These tunable multilayer structures allow for the realization of plasmonic configurations tailored to support a variety of intricate hybridized SPP states. Particularly, exploiting photon-plasmon hybridization, a stopped-light cavity is demonstrated using highly doped ITO. The multilayer regime can be extended into a superlattice of periodically alternating doped and undoped TCO layers that constitutes a hyperbolic metamaterial (HMM). The parameters of such an HMM can be set on-demand, thus allowing HMMs with a tailored composition of its unique spectral permittivity intervals. Utilizing GZO, an HMM is embedded in a planar optical microcavity monolithically. This novel type of a NIR optical resonator exhibits an anomalous resonant mode dispersion, including features like a high-order mode continuum and a cavity size independent zeroth-order mode, which can enable subwavelength resonances. It is demonstrated that the zeroth-order mode persists at cavity sizes significantly below its wavelength and its dispersion can be controlled by the fill factor of the HMM. Thus, the results propose a novel general concept for the realization of a subwavelength resonator on the basis of a tunable HMM.

zweimal im Jahr erscheinende Zeitschrift über aktuelle Themen der TU Chemnitz, ergänzt von Sonderheft(en)