Die Innenraumpositionierung kommt in der heutigen Zeit immer mehr Aufmerksamkeit zu teil. Neben der Navigation durch das Gebäude sind vor allem Location Based Services von Bedeutung, welche Zusatzinformationen zu spezifischen Objekten zur Verfügung stellen Da für eine Innenraumortung das GPS Signal jedoch zu schwach ist, müssen andere Techniken zur Lokalisierung gefunden werden. Neben der häufig verwendeten Positionierung durch Auswertung von empfangenen Funkwellen existieren Methoden zur optischen Lokalisierung mittels Landmarken. Das kamerabasierte Verfahren bietet den Vorteil, dass eine oft zentimetergenaue Positionierung möglich ist. In dieser Masterarbeit erfolgt die Bestimmung der Position im Gebäude mittels Detektion von ArUco-Markern und Türschildern aus Bilddaten. Als Evaluationsgeräte sind zum einen die Kinect v2 von Microsoft, als auch das Lenovo Phab 2 Pro Smartphone verwendet worden. Neben den Bilddaten stellen diese auch mittels Time of Flight Sensoren generierte Tiefendaten zur Verfügung. Durch den Vergleich von aus dem Bild extrahierten Eckpunkten der Landmarke, mit den aus einer Datenbank entnommenen realen geometrischen Maßen des Objektes, kann die Entfernung zu einer gefundenen Landmarke bestimmt werden. Neben der optischen Distanzermittlung wird die Position zusätzlich anhand der Tiefendaten ermittelt. Abschließend werden beiden Verfahren miteinander verglichen und eine Aussage bezüglich der Genauigkeit und Zuverlässigkeit des in dieser Arbeit entwickelten Algorithmus getroffen. / Indoor Positioning is receiving more and more attention nowadays. Beside the navigation through a building, Location Bases Services offer the possibility to get more information about certain objects in the enviroment. Because GPS signals are too weak to penetrate buildings, other techniques for localization must be found. Beneath the commonly used positioning via the evaluation of received radio signals, optical methods for localization with the help of landmarks can be used. These camera-based procedures have the advantage, that an inch-perfect positioning is possible. In this master thesis, the determination of the position in a building is chieved through the detection of ArUco-Marker and door signs in images gathered by a camera. The evaluation is done with the Microsoft Kinect v2 and the Lenovo Phab 2 Pro Smartphone. They offer depth data gained by a time of flight sensor beside the color images. The range to a detected landmark is calculated by comparing the object´s corners in the image with the real metrics, extracted from a database. Additionally, the distance is determined by the evaluation of the depth data. Finally, both procedures are compared with each other and a statement about the accuracy and responsibility is made.

Optical tweezers are a sensitive position and force transducer widely employed in physics and biology. In a focussed laser, forces due to radiation pressure enable to trap and manipulate small dielectric particles used as probes for various experiments. For sensitive biophysical measurements, microspheres are often used as a handle for the molecule of interest. The force range of optical traps well covers the piconewton forces generated by individual biomolecules such as kinesin molecular motors. However, cellular processes are often driven by ensembles of molecular machines generating forces exceeding a nanonewton and thus the capabilities of optical tweezers. In this thesis I focused, fifirst, on extending the force range of optical tweezers by improving the trapping e fficiency of the probes and, second, on applying the optical tweezers technology to understand the mechanics of molecular motors. I designed and fabricated photonically-structured probes: Anti-reflection-coated, high-refractive-index, core-shell particles composed of titania. With these probes, I significantly increased the maximum optical force beyond a nanonewton. These particles open up new research possibilities in both biology and physics, for example, to measure hydrodynamic resonances associated with the colored nature of the noise of Brownian motion. With respect to biophysical applications, I used the optical tweezers to study the mechanics of single kinesin-8. Kinesin-8 has been shown to be a very processive, plus-end directed microtubule depolymerase. The underlying mechanism for the high processivity and how stepping is affected by force is unclear. Therefore, I tracked the motion of yeast (Kip3) and human (Kif18A) kinesin-8s with high precision under varying loads. We found that kinesin-8 is a low-force motor protein, which stalled at loads of only 1 pN. In addition, we discovered a force-induced stick-slip motion, which may be an adaptation for the high processivity. Further improvement in optical tweezers probes and the instrument will broaden the scope of feasible optical trapping experiments in the future.

In der vorliegenden Arbeit wurde die Netzhaut einiger tagaktiver Raubvögel hinsichtlich ihrer morphologischen und morphometrischen Eigenschaften mit verschiedenen Methoden untersucht. Über die Histologie werden Gestalt und Subspezialisierungen der Netzhaut von neun Vögel sieben verschiedener Spezies in ihrer nasal-temporalen und superior-inferioren Ausdehnung betrachtet. Besonderes Augenmerk lag hierbei auf dem Verhältnis der Photorezeptor- und Neuronenpopulationen zueinander, da hier über den Grad von Konvergenz oder Divergenz der Verschaltung Informationen über die intraretinale Signalverarbeitung gewonnen werden können. Über das Verfahren der Immunhistochemie wurde zudem untersucht, ob sich die Spezies hinsichtlich der intraretinalen Verteilung einiger ausgewählter Marker von Strukturen der Müllerzellen und der Photorezeptoren unterscheiden. Eine weitere angewandte Methode war die optische Kohärenztomographie, ein bildgebendes Verfahren, das non-invasiv in vivo Schnittbilder der Netzhaut erzeugt. Hier konnte gezeigt werden, dass diese aus der humanen Augenheilkunde bekannte Untersuchungstechnik auch am aviären Patienten anwendbar ist. Desweiteren wurde die Darstellbarkeit der aviären Netzhaut, ihrer Besonderheiten und pathologischer Veränderungen bei den verschiedenen Raubvogelspezies untersucht. Für bestimmte Regionen in der Raubvogelnetzhaut wie die Fovea centralis und temporalis, sind in historischen Untersuchungen Formunterschiede beschrieben worden und es konnte gezeigt werden, dass diese auch in vivo bestehen. Zuletzt wird die Frage behandelt, welche Unterschiede der Vergleich zwischen den beiden Verfahren der Netzhautdarstellung aufdeckt, inwiefern beide fehlerbehaftet sind und was bei der Interpretation beachtet werden sollte.:Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung 1 1.1 Grundlagen zur Netzhaut 1 1.2 Die optische Kohärenztomographie (OCT) 6 1.3 Aufgabenstellung und klinische Relevanz 7 2 Material und Methoden 10 2.1 Untersuchungsmaterial 10 2.2 Spezies der histomorphologischen Untersuchung 10 2.3 Histologie und Immunhistochemie 14 2.4 Vergleich von OCT-Abbildung und histologischem Korrelat 25 2.5 Untersuchung der Ultrastruktur der aviären Netzhaut 28 3 Ergebnisse 30 3.1 Histologische und immunhistochemische Analyse der Netzhaut von tagaktiven Raubvogelspezies 30 3.2 Untersuchung retinaler Strukturen bei tagaktiven Raubvögeln mittels OCT 84 3.3 Vergleich der Darstellung in OCT und Histologie 91 3.4 Elektronenmikroskopie der äußeren Netzhaut des Raubvogels 95 4 Diskussion 98 4.1 Morphometrische Untersuchungen in Histologie und Immunhistochemie 98 4.2 OCT-Untersuchung von tagaktiven Raubvögeln 110 4.3 Verhältnis von OCT und histologischem Abbild 113 4.4 Fazit und Ausblick 115 Zusammenfassung 117 Literatur 121 Anhang

Im Hochvakuum durch thermisches Verdampfen erzeugte polykristalline Schichten aus den organischen Molekülen: Kupferphthalocyanin (CuPc), N,N'-Dimethyl-Perylendicarboximid (MPP) und Fulleren (C60), werden mittels Transmissions- und Reflexionsspektroskopie auf ihre optischen Eigenschaften hin untersucht und die optischen Konstanten bestimmt. Durch die Abscheidung auf Spaltstrukturen und in Mehrschichtform kann das elektrische Gleichstromverhalten dieser Substanzen in Abhängigkeit von Beleuchtung und Probentemperatur analysiert werden. Die durch die Einbettung von Metallclustern (Gold, Kupfer, Silber) hervorgerufenen Veränderungen besonders im optischen, aber auch im elektrischen Verhalten, werden durch den Vergleich der Meßergebnisse mit ungestörten Proben erhalten. Die Untersuchung der Morphologie mittels TEM-Aufnahmen zeigt, daß die Clusterabmessungen und -formen in Abhängigkeit von der gewählten Materialkombination stark variieren können. Ramanmessungen an Mischsystemen zeigen, neben der für Silber erwarteten Erhöhung des molekularen Signals, auch Kupfer- und Goldeinlagerungen SERS-Effekte. Beim Einbau von Metallclustern in organische Einschichtsolarzellen konnte deren Wirkungsgrad bei Beleuchtung mit einem Sonnensimulator (AM2) bis zu einem Faktor ca. 3 erhöht werden.

In der vorliegenden Arbeit werden die waehrend der reaktiven Vakuumbogenverdampfung ablaufenden Prozesse untersucht und eine modellmaessige Beschreibung des Gesamtprozesses entwickelt. Das Verfahren wird zur Herstellung von duennen Schichten zahlreicher chemischer Verbindungen, insbesondere von Hartstoffschichten auf der Basis der Karbide und Nitride der Uebergangsmetalle, genutzt. Entsprechend wurden in dieser Arbeit als Katodenmaterial Titan, Chrom und Zirkonium eingesetzt, als Reaktivgase Stickstoff und Methan. Zunaechst werden einige Grundlagen der Vakuumbogenverdampfung dargestellt, die fuer die Bearbeitung des Themas wesentlich sind. Anschliessend wird der Aufbau der fuer die Experimente genutzten Beschichtungsapparatur beschrieben. Im Hauptteil der Arbeit wird zuerst auf experimentellem Wege die Materialbilanz der Entladung bei Variation des Reaktivgasdruckes analysiert. Die Generation an Metalldampfplasma wird ueber die Katodenerosionsrate bestimmt, wobei sich beim Betrieb mit Stickstoff als Reaktivgas signifikante Unterschiede in der Druckabhaengigkeit der Katodenerosionsrate µ zwischen Titan bzw. Zirkonium einerseits und Chrom andererseits zeigen. Die Hypothese, dass hier die Ausbildung einer Verbindungsschicht an der Katodenoberflaeche den Erosionsprozess beeinflusst, wurde sowohl durch RBS-Messungen als auch durch Vergleichsexperimente mit einer massiven TiN-Katode bestaetigt. Weitere Auswirkungen derartiger Oberflaechenbedeckungen auf die Dynamik des Katodenbrennfleckes wurden durch Videountersuchungen am Beispiel Ti+N_2 nachgewiesen. Die Konsumtion des Reaktivgases waehrend der Entladung wird anhand der Gasfluss-Druck-Charakteristiken untersucht und das je nach Katodenmaterial unterschiedliche Gettervermoegen diskutiert. Direkte Informationen ueber den Stickstoffeinbau in die Schichten in Abhaengigkeit vom Reaktivgasdruck werden aus RBS-Untersuchungen an entsprechenden Probenserien gewonnen. Analoge Untersuchungen mit Methan als Reaktivgas fuehrten zu prinzipiell aehnlichen Resultaten. Mit den gewonnenen experimentellen Daten als Grundlage wurde ein Modell entwickelt, das die Materialbilanz der Vakuumbogenverdampfung mathematisch beschreibt. Hier wurden, ausgehend von einem fuer das reaktive Magnetronsputtern aufgestellten Modell, die Besonderheiten der stark lokalisierten Metalldampfgeneration bei der Vakuumbogenverdampfung beruecksichtigt. Die erreichte Uebereinstimmung der Modellkurven mit den experimentellen Daten zeigt, dass mit der Modellierung wesentliche Mechanismen bei der reaktiven Vakuumbogenverdampfung richtig erfasst wurden. Aus den Ergebnissen folgt, dass die Erzeugung von reaktionsfaehigen Stickstoffspezies an die Katodenerosion gekoppelt ist: erstens ueber die Erosion nitridbedeckter Oberflaechenbereiche und zweitens ueber die Wechselwirkung des Metalldampfplasmas mit dem Reaktivgas. Diese Wechselwirkungsprozesse werden durch Untersuchungen mit elektrischen Sondenmessungen sowie mittels optischer Emissionsspektroskopie (OES) naeher charakterisiert. Als wesentliches Ergebnis zeigt sich dabei, dass trotz der Unterschiede hinsichtlich des Verhaltens an der Katode bei Ti- bzw. Cr-Entladungen in Stickstoff Anregungs- und Ionisationsgrad des Reaktivgases praktisch gleich sind. Im Zusammenhang damit wird die Rolle von Ladungstransfer- und Anregungsprozessen infolge von Stoessen schneller Ionen mit Molekuelen und Neutralatomen diskutiert.

Tantalum and tantalum nitride thin films are routinely applied as diffusion barriers in state-of-the-art metallization systems of microelectronic devices. In this work, such films were prepared by reactive magnetron sputtering on silicon and oxidized silicon substrates and studied by spectroscopic ellipsometry in the spectral range from 190 nm to 2.55 μm. The complex refractive index for thick films (75 to 380 nm) was modeled using a Lorentz-Drude approach. These models were applied to film stacks of 20 nm TaN / 20 nm Ta on unoxidized and thermally oxidized Si. With free oscillator parameters, accurate values of the film thicknesses were obtained according to cross-sectional scanning electron microscope (SEM) measurements. At the same time, a strong variation of the optical properties with film thickness and substrate was observed.

In this work the molecular growth mode of several organic molecules was studied using a combination of variable angle spectroscopic ellipsometry (VASE) and Infrared spectroscopy (IR) as investigations tools. As organic systems several Phthalocyanine molecules, 3,4,9,10-perylenetetracarboxylic dianhydride (PTCDA), tris-(8-hydroxyquinoline)-aluminum(III) (Alq3) / N,N’-Di-[(1-naphthyl)-N,N’-diphenyl]-(1,1’-biphenyl)-4,4’-diamine (a-NPD) were investigated. The ordered growth of the Pcs and PTCDA and their intrinsic optical anisotropy of their planar molecular structure give rise to highly anisotropic layers. In contrast with the planar molecules, Alq3 and a-NPD form homogenous isotropic films with a very low surface roughness. As a non-destructive and very surface sensitive technique, ellipsometry allows the thickness, the surface roughness and optical constants to be accurately determined. From the strong in-plane /out-of-plane anisotropy of the dielectric function the average molecular orientation angle of the Pc’s molecules was determined. The knowledge of the molecular orientation combined with the information accessible from the shape of the Q-band of the Pc can provide an insightful picture of the molecular growth. While the Pc layers grown on HV condition grow with the b-axis (stacking axis) perpendicular to the substrate and F16PcVO lies on the KBr substrates, the Pc samples prepared in UHV adopt a parallel to the substrate b-axis configuration. These results were confirmed by reflection IR measurements performed in s and p polarization. The ellipsometric studies on heterostructures proved that PTCDA has a template effect on the Pc growth and the interaction between this two molecules affects the optical response at the interfaces. In contrast with this system where rough interfaces were assumed in the model, the combination Alq3 / a-NPD gives sharp optical interfaces. The in-situ measurements performed at BESSY proved that sub-monolayer sensitivity can be achieved in the VUV range using spectroscopic ellipsometry and moreover the dielectric function of these ultra-thin films can be determined. A spectral shift towards higher energies of the Alq3 and a-NPD features was observed for sub-monolayers on silicon substrate when compared with the bulk reference. The smaller shift observed for the Alq3 sub-monolayers on ZnO substrate indicate that the effect of the silicon substrate has to be taken into account when explaining the spectral behaviour of the sub-monolayers. / In dieser Arbeit wurde das Wachstum von organischen Molekülschichten mit Hilfe einer Kombination aus spektroskopischer Ellipsometrie mit variablem Einfallswinkel "Variable Angle Spectroscopic Ellipsometry (VASE)" und Infrarotspektroskopie (IR) untersucht. Als organische Systeme wurden verschiedene Phthalocyaninmoleküle (Pc), 3,4,9,10-Perylentetracarbonsäure Dianhydrid (PTCDA) und tris-(8-hydroxochinolin)-Aluminium(III) (Alq3) / N,N’-Di-[(1-naphthyl)-N,N’-diphenyl]-(1,1’-biphenyl)-4,4’-diamin (α-NPD) betrachtet. Das geordnete Wachstum der Pcs und von PTCDA führt, bedingt durch die intrinsische optische Anisotropie der planaren organischen Moleküle, zu hochgradig anisotropen Schichten. Im Gegensatz zu den planaren Molekülen bilden Alq3 und α-NPD homogene isotrope Filme mit einer sehr geringen Oberflächenrauigkeit aus. Als eine nicht destruktive und sehr oberflächensensitive Technik, erlaubt es die Ellipsometrie, die Dicke, die Oberflächenrauigkeit und die optischen Konstanten genau zu bestimmen. Aus der starken in-plane / out-of-plane Anisotropie der dielektrischen Funktion wurde der mittlere molekulare Orientierungswinkel der Pc-Moleküle bestimmt. Die Kenntnis der molekularen Orientierung, verknüpft mit der in der Form des Q-Bandes der Pc-Moleküle enthaltenen Information, gewährt Einblick in das molekulare Wachstumsverhalten. Während die Pc-Schichten unter Hochvakuumbedingungen mit der b-Achse (Stapelachse) senkrecht zum Substrat wachsen und F16PcVO sich flach auf die KBr-Substrate legt, nehmen die unter Ultrahochvakuumbedingungen hergestellten Pc-Proben eine parallel zum Substrat liegende b-Achsenanordnung ein. Diese Ergebnisse wurden mit IR-Messungen bestätigt, welche in s- und p-Polarisation durchgeführt wurden. Die ellipsometrischen Untersuchungen an Heterostrukturen haben bewiesen, dass PTCDA einen Template-Effekt auf das Wachstum der aufwachsenden Pc-Schicht hat und dass die Wechselwirkung zwischen diesen beiden Molekülen die Reaktion an der Grenzflächenschicht beeinflusst. Im Gegensatz zu diesem System, bei dem raue Grenzflächen im Modell verwendet wurden, ergibt die Kombination Alq3 / α-NPD scharfe Grenzflächen. Die in-situ-Messungen, welche bei BESSY durchgeführt wurden, bewiesen, dass Submonolagensensitivität im Vakuum-ultravioletten Spektralbereich mit Hilfe der spektroskopischen Ellipsometrie erreicht und zudem die dielektrische Funktion bestimmt werden kann. Verglichen mit dicken Schichten als Referenz, wurde auf Siliziumsubstraten für Submonolagen eine spektrale Verschiebung der Alq3- and α-NPD-Absorptionsbanden zu höheren Energien beobachtet. Die kleinere Verschiebung, die für Alq3-Submonolagen auf ZnO-Substraten beobachtet wurde, deutet an, dass der Einfluss des Siliziumsubstrates in Betracht gezogen werden muss, wenn man das spektrale Verhalten der Submonolagen erklären will.

Mittels optischer Emissionsspektroskopie (OES) kann die plasmainduzierte Emission und damit die Anregung der Gasteilchen im Plasma untersucht werden. Ein wesentlicher Vorteil dieser Untersuchungsmethode ist die Tatsache, dass das Plasma bei der Messung nicht beeinflusst wird. Dagegen ist die räumliche Auflösung der emittierten Intensität sehr schwierig. So geht die Tiefeninformation bei der Messung verloren, was einen wesentlichen Nachteil der OES darstellt. In der vorliegenden Arbeit wurde deshalb die Zylindersymmetrie der untersuchten Magnetronentladung ausgenutzt und mittels Abel-Inversion räumlich aufgelöste Informationen zur Anregung des Plasmas zugänglich gemacht. Es werden die experimentellen Aufbauten sowie die verwendeten Algorithmen zur Auswertung beschrieben und charakterisiert. Als Modellsystem diente die Abscheidung von Titanoxid mittels reaktiver Magnetronzerstäubung. Die untersuchte Magnetronentladung wurde hinsichtlich der örtlich emittierten Intensität verschiedener Spektrallinien des Prozessgases Argon sowohl im Gleichspannungsbetrieb als auch im gepulsten Betrieb charakterisiert. / The excitation of gas particles in a plasma can be examined by optical emission spectroscopy (OES). During the measurement the plasma is not influenced, which is a significant advantage of this technique. On the other hand the spatial resolution is quite poor. Especially the depth resolution gets lost when measuring the integrated intensity along the line of sight. That's why in the present work the rotational symmetry of the examined magnetron discharge was used to calculate spatial resolved information about the gas particles' excitation by using Abel inversion. The experimental settings and the algorithms for analysis are described and characterized. Spatially resolved emission of the process gas argon during the deposition of titanium oxide by reactive magnetron sputtering was studied in dc as well as in pulsed dc mode.

In dieser Arbeit wird die Messbarkeit des magnetooptischen Kerr-Effekts an organischen Schichten auf opaken Substraten demonstriert. Die Messungen wurden an VOPc und CuPc durchgeführt. Zur Bestimmung optischer und magnetooptischer Materialparameter kam zusätzlich das Messverfahren der Ellipsometrie zum Einsatz. Es wurden der komplexe Brechungsindex und die Voigt-Konstante der Schichten bestimmt. Desweiteren wurden aus den gesammelten Daten andere magnetooptische Effekte (Faraday-Effekt, MCD) berechnet und mit Literaturwerten bzw. Voraussagen einfacher Modelle verglichen. In einem Kapitel wird außerdem die temperaturabhängige Reflexionsanisotropie von VOPc betrachtet.

Auf Basis der vorgestellten Untersuchungen lässt sich ein großes Potenzial der OCT für die Erkennung initialer Kariesstadien sowie für die Darstellung der dentalen Mikrostruktur ableiten. Die eingeführte Depolarisationsbildgebung stellt dabei eine Erweiterung bisheriger OCT-basierter Ansätze dar und wurde im Rahmen dieser Arbeit erstmalig für die Anwendung am Zahn präsentiert. Darüber hinaus bilden die Ergebnisse der Untersuchungen die Grundlage für die Entwicklung weiterer Prototypen für die intraorale OCT-Bildgebung, die zukünftig eine vielversprechende Ergänzung zu klinisch etablierten Verfahren bei der Diagnostik der Approximalbereiche und Okklusalflächen darstellen könnte.