University of Kaiserslautern
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Scalar Field Comparison through Merge Tree Edit Distances
Get PDFThis thesis studies the comparison of scalar fields in scientific visualization based on so-called edit distances between their merge trees.
The merge tree is a topological abstraction of a scalar field that captures the topology of the super- or sublevel sets of the scalar field in an abstract tree structure.
The main focus of the thesis is to analyze and improve the stability of merge tree edit distances.
Stability of topological abstractions and distances defined on them measures the robustness of the comparison to small-scale perturbations of the scalar field.
A new stability model is introduced to identify limitations of established edit distances in a more precise and fine-grained manner than previous approaches.
To overcome the identified limitations of established edit distances, several new edit distances are presented which show more stable behavior under small-scale perturbations.
The core contribution is the class of deformation-based edit distances.
Several variants of this edit distance are presented, which cover a large range of stability and computational complexity.
Usually, these two properties are in conflict or traded off against each other.
The presented distance measures include the first fully stable edit distance for merge trees, as well as polynomial-time computable methods that form a practical compromise between stability and computational complexity.
Furthermore, all new methods improve on existing ones in terms of stability.
The stability of these methods is demonstrated by a theoretical analysis and an extensive experimental evaluation.
The theoretical and experimental analysis clearly identifies the strengths and limitations of the presented methods.
In particular, the experiments show that precise analysis using stable distances is often necessary to obtain meaningful results.
Although stable comparison is computationally more expensive, the provided algorithms and implementations enable such analysis for moderately, yet realistically sized datasets.
In contrast, established methods fail to provide reliable results in many cases.
Lastly, two specific applications of deformation-based edit distances are presented to highlight the practical relevance of the studied methods.
As a first application, one of the new distances has been integrated into an established visualization and analysis framework for interpolating merge trees in scalar field ensembles or time series.
As the second application, a case study is presented to illustrate the utility of merge tree edit distances in the context of electron density data in chemistry
Structural Information Extraction from Document Images: Addressing Challenges in Layout Analysis, Table Detection, and Classification
Get PDFPaper documents remain a vital part of our daily lives, and the need for automated
systems to analyze and extract valuable information from these documents is in-
creasingly important. Recent advancements in artificial intelligence have raised user
expectations for the extraction of structural information from document images,
going beyond the traditional goal of extracting raw text from documents. Typically,
document understanding systems comprise multiple components, including layout
analysis, table detection, and document classification, each of which presents unique
challenges. These challenges include handling complex and varied layouts, address-
ing the issue of imbalanced datasets, and developing systems that can adapt and
learn over time. Layout analysis is a critical component of document understanding,
as it involves organizing and structuring the various elements of a document, such
as text, tables, and figures. Accurate table recognition is also essential, as it enables
the effective extraction and interpretation of structured data.
This research enhances document analysis by increasing accuracy, robustness, and
efficiency, which addresses current shortcomings in structural information extraction
from documents through novel datasets, model architectures, and learning strategies.
The dissertation presents multiple contributions to the field of document under-
standing. Initially, we developed a CNN-based method for layout analysis, achieving
a 3 percent enhancement over baseline techniques on PubLayNet. Secondly, we
introduced a continual learning strategy employing experience-replay techniques,
which reduced catastrophic forgetting in table detection by 15 percent. Third, we
presented a novel dataset and developed an asymmetric convolution-based neural
network, improving table ruling line recognition. To mitigate class imbalance in
document classification, we integrated visual and textual features with a customized
loss function, resulting in a 13 percent increase in accuracy. The utilization of
Large Language Models (LLMs) for document comprehension was also studied. A
technique for fine-tuning large language models by structuring input as HTML was
created, yielding results on par with state-of-the-art methods while requiring less
computational power. And a three-phase prompt engineering strategy for zero-shot
information extraction was empirically evaluated, yielding promising outcomes
Small Christian Communities als integral evolutionäre Organisationen: Chancen und Grenzen für die Weiterentwicklung der deutschen Katholischen Kirche auf Pfarreiebene
Get PDFDie Arbeit untersucht, ob Small Christian Communities (SCC) als integral evolutionäre Organisationen nach Frederic Laloux möglich wären und ein geeignetes Modell für die Reform deutscher Pfarreien darstellen könnten. Die Analyse erfolgt in vier Schritten: Zunächst wird die wissenschaftliche Tragfähigkeit von Laloux’ Organisationsmodell geprüft. Anschließend wird die strukturelle und inhaltliche Passung zwischen SCC und den Prinzipien integral evolutionärer Organisationen bewertet. Danach wird die Akzeptanz solcher Modelle in der deutschen Katholischen Kirche und Gesellschaft eingeschätzt. Schließlich werden die Voraussetzungen bestimmt, die für eine Umsetzung in deutschen Pfarreien notwendig wären. Insgesamt dient die Untersuchung dazu, das Potenzial einer Verbindung von SCC und selbstführenden Netzwerkorganisationen in Form integral evolutionärer Organisationen für die kirchliche Erneuerung auszuloten
Test substance depletion in in vitro genotoxicity testing
Get PDFAssessment of potential genotoxicity is an essential part of the risk assessment for chemicals and is mandated by regulatory authorities worldwide. For this purpose, in vitro tests are used to assess different modes of action (MoA) for genotoxicity. However, interpretation of in vitro genotoxicity tests is usually based on calculated nominal concentrations which may not accurately reflect the exposure of the test system to the test substance. Based on the physicochemical properties of the test substance and assay setup, actual test substance concentrations may be significantly lower due to different pathways of substance depletion such as sorption to culture vessels, serum constituents or volatilization. If not accounted for, the extent of substance depletion can limit the assay sensitivity and the reliability of the results.
The monoterpenes (R)-(+)-limonene (RLIM), β-myrcene (βMYR) and (±)-linalool (LIN) are expected to be prone to different depletion pathways due to their increased lipophilicity and volatility which has not been accounted for in previous genotoxicity studies. Therefore, this work aimed to quantify the extent of potential depletion pathways for these monoterpenes and to investigate the influence on the outcome of the Ames fluctuation test and the mouse lymphoma assay (MLA).
Headspace gas chromatography-mass spectrometry (HS-GC-MS) measurements revealed quantitative losses of RLIM and βMYR in the first few minutes during conventional incubation for both assays while this was less significant for the more polar LIN. Measurements in modified incubation setups were used to identify volatilization as the main depletion pathway for the monoterpenes and to stabilize the exposure during incubation. These results were in accordance with the predicted distribution of the test substances from the biokinetic model of Kramer et al. (2010). Dichloromethane (DCM) and 1-bromopropane (1-BP) were included as suitable proof-of-concept positive controls to demonstrate the increased sensitivity of the modified incubation setups. Headspace-free (HS-free) incubation prevented false-negative results for DCM in the Ames fluctuation test while the sensitivity towards 1-BP mediated genotoxicity was five times higher in the HS-free incubation setup for the MLA. No signs for mutagenicity or genotoxicity were observed for the monoterpenes after improved exposure which underlines the safety of these chemicals
Enamidbasierte stereoselektive Synthese hochsubstituierter Piperidine
Get PDFDer effiziente Aufbau komplexer Moleküle mit mehreren Stereozentren ist noch immer eine der größten Herausforderungen für jeden synthetischen Chemiker. Da funktionalisierte Piperidine eine Vielzahl an biologischen Aktivitäten zeigen und deshalb in zahlreichen Natur- und Arzneistoffen zu finden sind, werden große Anstrengungen für die stereoselektive Synthese dieser Systeme unternommen. Allerdings sind die bisher publizierten Methoden meist vielstufig, insbesondere dann, wenn mehrfach substituierte Derivate hergestellt werden sollen. Daher sind diese Verfahren zeitaufwendig und liefern das gewünschte Piperidinderivat nur in einer geringen Gesamtausbeute. Aus diesem Grund sind Syntheserouten, die einen schnellen Aufbau von chiralen, polysubstituierten Piperidinderivaten erlauben, von hohem Interesse für die pharmazeutische Medizin.
Im Rahmen dieser Dissertation wurde eine modulare und stereoselektive Synthese hochsubstituierter Piperidine entwickelt, die einen effizienten Aufbau dieses enorm wichtigen Heterozyklus ausgehend von einfachen Startmaterialien erlaubt. Es wurde eine Kaskadenreaktion entwickelt, bei der über eine zweifache Addition eines Enamids an ein Imin, gefolgt von einer Zyklisierung, in nur einem Syntheseschritt drei neue σ-Bindungen und fünf fortlaufende Stereozentren aufgebaut wurden. Im Anschluss wurden die erhaltenen hochsubstituierten Piperidine weiter derivatisiert
Small scale hydraulic membrane resistance measurement by analytical multi-sample photo-centrifugal filtration (ACF)
Get PDFThe continuous development of new products in pharmaceutical and biotechnology industries requires efficient and scalable separation processes. Standardized laboratory tests for hydraulic resistance of filtration membrane typically demand large membrane areas and substantial suspension volumes. Analytical photo-centrifugal filtration (ACF) offers a novel approach for high-throughput membrane characterization using minimal sample volumes. Based on continuous in-situ measurement of space- and time-resolved light transmission, ACF determines filtrate volume via STEP-Technology®. Unlike conventional pressure-driven methods, ACF operates without external pressure and requires minimal cleaning. Its flexible design allows parameter adjustments by varying rotor speeds or temperature profiles within a single experiment. In contrast to the conventional method (VDI 2762), several samples can be measured at once. This study presents an improved filtration cell for ACF and demonstrates the comparability of membrane resistances measured by ACF and VDI 2762. A polypropylene membrane with a nominal pore size of approximately 0.1 μm was used. Challenges and future opportunities are also discussed
Personalauswahl von Lehrkräften an anerkannten Europäischen Schulen in Luxemburg: Entwicklung eines Verfahrens zur Professionalisierung und Unterstützung der Schulleitungen.
Get PDFDie Qualität schulischer Arbeit hängt in hohem Maße von der Professionalität der Lehrkräfte ab, wodurch der Personalauswahl eine zentrale Bedeutung für Unterrichtsqualität und Schulentwicklung zukommt. Anerkannte Europäische Schulen in Luxemburg verfügen über erweiterte Autonomie in der Personalrekrutierung, stehen jedoch vor der Herausforderung, Auswahlentscheidungen ohne einheitliche, standardisierte Verfahren treffen zu müssen.
Ziel dieser Masterarbeit ist die Entwicklung eines standardisierten, transparenten und wissenschaftlich fundierten Personalauswahlverfahrens für Lehrkräfte an anerkannten Europäischen Schulen in Luxemburg, das Schulleitungen in ihrer Entscheidungsfindung unterstützt. Methodisch basiert die Arbeit auf einer systematischen Literatur- und Dokumentenanalyse sowie auf einer empirischen Untersuchung mittels Befragungen von Schulleitungen und HR-Expertinnen und -Experten aus der Privatwirtschaft.
Auf dieser Grundlage wird ein praxisnahes Auswahlverfahren entwickelt, das zentrale Phasen der Personalauswahl abbildet und sich an den Gütekriterien Validität, Reliabilität und Objektivität orientiert. Das entwickelte Verfahren trägt zur Professionalisierung schulischer Personalauswahl und zur nachhaltigen Sicherung von Schulqualität bei
Genome characterisation of European freshwater crayfish
Get PDFFreshwater crayfish are an ecologically important group of decapod crustaceans with a vital role in freshwater ecosystems. Many of these species are, however, among the most threatened species worldwide, with declines and local extinction of many populations. Their conservation is therefore critical to mitigate the biodiversity loss and preserve the health of the entire ecosystem. Despite their important role, genomic resources are lacking due to the large and repeat-rich genomes. In this study I address this genomic gap by characterising the genome among freshwater crayfish families to inform management of threatened populations. Across Decapoda and freshwater crayfish species, I identified a large proportion of transposable elements (TE) and satellite DNA (satDNA). Freshwater crayfish species with large genomes showed a particularly large content of satDNA. Based on the analysis of TE and satDNA, I identified species-specific patterns with a phylogenetic signal. To improve repeat detection, a new annotation pipeline was developed that detected 10% more repeats than the commonly used approaches. I also propose an optimised long-read sequencing workflow based on a salting-out DNA extraction protocol combined with PacBio sequencing. A combination of amplification-based, and amplification-free library preparation strategies was used to produce high-quality long-read sequencing data sufficient for de novo assembly. Both presented methodological advancements reduce the difficulties of working with challenging genomes. I further used genomic data to inform conservation actions in the endangered Austropotamobius bihariensis. A ddRADseq dataset revealed low heterozygosity (0.149 – 0.331), few private alleles (0 – 12), and small effective populations sizes (<100) with strong structuring. Together, my results highlight the need for conservation at a population scale to maintain the unique genetic makeup and mitigate the loss of variation through drift and inbreeding in A. bihariensis. Overall, this work provides a methodological framework and understanding of generating long-read sequencing data, TEs, satDNA and genome-wide SNPs for genomic studies, comparative analyses and to translate genomic evidence into management actions for endangered species
Through the Maze of Immunity: Molecular characterisation of the freshwater crayfish immune response to the crayfish plague pathogen
No full textFreshwater crayfish are an ancient group of decapod crustaceans. They are keystone species of freshwater habitats acting as ecosystem engineers, trophic regulators and biodiversity indicators. At the beginning of the 20th century, a collapse of native Europe freshwater crayfish populations occurred due to the introduction of the invasive oomycete pathogen, Aphanomyces astaci Schikora (1906), causative agent of the crayfish plague disease. Later, numerous introductions of invasive freshwater crayfish species, which are latently infected with their respective Ap. astaci strains, facilitated pathogen host-jumps and accelerated the decline of European freshwater crayfish stocks. However, latent infections have also been observed in European freshwater crayfish populations. In this context, my thesis focuses on elucidating the molecular mechanisms that underly the freshwater crayfish immune response to the pathogen Ap. astaci. I analyse both the susceptible and resistant host´s gene expression patterns to elucidate molecular pathways involved in the host immune response towards Ap. astaci challenge. This led me to the discovery of novel immune response factors involved in the response towards Ap. astaci, such as antimicrobial peptides (AMPs), pattern recognition receptors (PRRs), and transcription factors. My quest to elucidate the dynamics of this host-pathogen interaction has revealed that the disease progression is correlated to the pathogen progression, which occurs in multiple stages. Moreover, I identified and characterised novel transcription factors, namely CCAAT-enhancer-binding protein (C/EBP) and Krüppel homologue 1 (Kr-h1) as candidate genes in the innate immunity. Ultimately, my research highlights the complexity of the freshwater crayfish immunity, displaying how different coevolutionary mechanisms shape our understanding of this host-pathogen interaction. These results can facilitate the innovative genomic approaches in crayfish plague disease management and conservation
Zeitlich modulierte ps- und single-frequency ns-Lasersysteme für die Material- und Umweltanalytik
Get PDFDie vorliegende Arbeit behandelt die Entwicklung und Charakterisierung zweier komplementärer Lasersysteme, die eine gezielte Kontrolle der zeitlichen, spektralen und energetischen Eigenschaften ihrer gepulsten Ausgangsstrahlung ermöglichen. Im Fokus steht die gezielte zeitliche Modulation von Laserstrahlung, um die Funktionalität moderner Strahlquellen zu erweitern. Hierfür mussten Konzepte zur Unterdrückung parasitärer Effekte entwickelt werden, die einer linearen oder parametrischen Verstärkung der Nutzstrahlung im Wege stehen.
Im ersten Teil der Arbeit wurde ein neues Konzept einer gepulsten Strahlquelle für High Spectral Resolution LIDAR (HSRL) realisiert. Aus der Anwendung lassen sich Anforderungen an die Parameter der Strahlquelle ableiten. Dazu zählen hohe Pulsenergien im zweistelligen mJ-Bereich, eine Pulsdauer von < 25 ns, eine Linienbreite von < 100 MHz, eine Repetitionsrate von 1 kHz sowie eine Strahlqualität von M^2 < 1,3. Um eine Strahlquelle zu entwickeln, die diese Anforderungen erfüllt, wurden in einem MOPA-Aufbau (Master Oszillator Power Amplifier) schmalbandige Pulse mit Energien < 1 nJ um sieben Gröÿenordnungen verstärkt werden. Die zentrale Herausforderung bestand neben der hohen Verstärkung in der Unterdrückung parasitärer Störeffekte wie der verstärkten Spontanemission (ASE), die der Signalstrahlung einen spektral breitbandigen Untergrund überlagern und die verstärkte Ausgangsleistung limitieren.
Die Strahlquelle wurde auf Basis einer linearen Festkörperverstärkerkette mit dem Material Nd:YVO_4 umgesetzt. Theoretische Überlegungen und Berechnungen zur Verstärkung der Signalpulse und der parasitären ASE-Strahlung wurden in vier aufeinanderfolgenden Verstärkerstufen experimentell untersucht. Die daraus gewonnenen Erkenntnisse wurden zur ASE-Unterdrückung eingesetzt, die bereits nach den ersten beiden Verstärkerstufen bis zu 42 % der Gesamtausgangsleistung betrug. Hierfür wurde eine zeitliche Selektion von ASE- und Signalstrahlung mittels eines akkustooptischen Modulators (AOM) vorgenommen.
Nach Verstärkung in der vollständigen Verstärkerkette wurden in einer anschließenden Frequenzverdopplungsstufe die Strahlanteile der ASE und Signalstrahlung an der Gesamtausgangsleistung analysiert. Durch eine Optimierung der AOM-Betriebsparameter konnte für eine Eingangspulsenergie von 0,4 nJ in die erste Verstärkerstufe eine Ausgangsenergie von 13,7 mJ bei einer Pulsdauer von 21,4 ns, einer spektralen Breite von 26,0 MHz und einer Strahlqualität von M^2 = 1,1 erreicht werden. Bei der Wellenlänge der zweiten Harmonischen von 532,20 nm konnten nahezu untergrundfreie Pulse mit Energien bis zu 7 mJ erzielt werden. Damit konnte ein Demonstrator aufgebaut werden, der die für HSRL-Systeme abgeleiteten Zielwerte in allen wesentlichen Parametern erfüllt.
Im zweiten Teil der Arbeit wurde eine schnell modulierbare Strahlquelle im mittleren Infrarot (MIR) entwickelt, die für spektroskopische Anwendungen in industriellen Kunststoffsortierprozessen konzipiert wurde. Anstelle einer zeitaufwändigeren Messung breitbandiger Spektren soll eine selektive Abtastung an zwei charakteristischen Stützstellen im MIR im schnellen zeitlichen Wechsel erfolgen. Der gewählte Ansatz basiert auf der nichtlinearen Frequenzkonversion von nahinfraroter Strahlung (1030 nm) in einem optisch parametrischen Generator
(OPG), der durch zwei abstimmbare Seedquellen um 1450 nm im gegenphasigen Wechsel gezielt angeregt wird. Ziel war es, die Modulation der Seedquellen im MHz-Bereich zeitlich und spektral auf die MIR-Ausgangsstrahlung zu übertragen und dabei die Verstärkungsdynamik sowie die spektrale Akzeptanz des Systems zu kontrollieren.
Zur Konzeptionierung des experimentellen Aufbaus wurden Simulationen zur Verstärkung und spektralen Akzeptanzbandbreite durchgeführt und mit den Messergebnissen verglichen. Für das Seeden des OPG mit kontinuierlicher (cw) Seedstrahlung konnte gezeigt werden, dass die Wellenlänge der OPG- Ausgangsstrahlung im MIR durch die Wellenlänge der Seedstrahlung vorgegeben wird und die berechneten Zusammenhänge zwischen Kristalllänge und
Verstärkung sehr gut mit den Messergebnissen übereinstimmen. Bei einer Kristalllänge von 30 mm wurden beim cw-Seeden spektrale Verschiebungen der MIR-Zentralwellenlänge im Bereich von BW_exp^I = 53 nm nachgewiesen. Dies entspricht dem maximalen Abstand spektraler Absorptionsbande, die in Kunststoffproben untersucht werden können. Die spektrale Breite der MIR-Strahlung konnte durch das Seeden um bis zu 20 % auf ≈ 35 nm eingeschränkt werden.
Durch die zeitliche Modulation der Seedstrahlung konnte experimentell belegt werden, dass diese mit Modulationfrequenzen bis zu 1 MHz zeitlich und spektral synchron auf die MIR-Ausgangsstrahlung übertragen wurde. Die spektrale Akzeptanzbandbreite, die im cw-Betrieb gemessen wurde, übertrug sich im Rahmen der Messgenauigkeit auf den Betrieb mit Modulationsfrequenzen im kHz-Bereich (BW_exp^I = 47 nm) und konnte entsprechend für Modulationsfrequenzen im MHz-Bereich antizipiert werden. Mit erzielten Anstiegszeiten der Signalflanken von ≈ 50 ns bei Einkopplung der Seedstrahlung sind Messzeiten pro spektraler Stützstelle für eine Kunststoffprobe von lediglich ≈ 400 ns möglich. Die Strahlqualität der MIR-Strahlung, die die Fokussierbarkeit auf Kunststoffproben und Detektoreinheit vorgibt, konnte zu M^2 ≈ 2,0 bestimmt werden und reiht sich in vergleichbare Systeme aus der Literatur ein.
Limitierende Faktoren der Kurz- und Langzeitstabilität des Systems wurden in Form von Puls-zu-Puls-Instabilitäten der NIR-Strahlquelle und spektralen Drifts der Seeddioden identifiziert. Für einen langfristig stabilen Betrieb sind Wellenlängenstabilisierungen mit Abweichungen ≪ 0,5 nm notwendig. Im Rahmen der Arbeit wurde damit ein flexibles Konzept realisiert, das die selektive Abtastung von Proben an zwei spektralen Stützstellen im MIR-Bereich ermöglicht.This thesis focuses on the development and characterisation of two complementary laser systems that enable precise control over the temporal, spectral and energetic properties of their pulsed output radiation. The focus is on targeted temporal modulation of laser radiation to enhance the capabilities of modern beam sources. In order to achieve this, concepts were developed to suppress parasitic effects that interfere with the linear or parametric amplification
of the usedful output radiation.
The initial section of the study introduces a novel concept for a pulsed beam source for High Spectral Resolution LIDAR (HSRL). Requirements for the parameters of the beam source can be derived from the application. The aforementioned parameters include high pulse energies
in the double-digit millijoule range, a pulse duration of less than 25 ns, a spectral width of < 100 MHz, a repetition rate of 1 kHz, and a beam quality of M^2 < 1.3. In order to develop a beam source that meets these requirements, narrowband pulses with energies < 1 nJ were to be amplified by seven orders of magnitude in a MOPA setup (Master Oscillator power
amplifier). In addition to the issue of high amplification, the central challenge was to suppress parasitic effects such as amplified spontaneous emission (ASE), which limit signal power and superimpose a spectrally broadband background on the signal radiation.
The beam source was implemented on the basis of a linear solid-state amplifier chain using the material Nd:YVO_4. Theoretical considerations and calculations regarding the amplification dynamics of the signal pulses and the parasitic ASE radiation were experimentally investigated in four consecutive amplifier stages. The findings obtained were utilised for ASE suppression, which already amounted to up to 42 % of the total output power after the first two amplifier stages. In order to suppress ASE, a temporal selection of ASE and signal radiation was performed using an acousto-optic modulator (AOM).
Following this, the beam components of the ASE and signal radiation were analysed in a subsequent frequency doubling stage in relation to the total output power. This analysis was conducted after amplification in the complete amplifier chain. It was found that by optimising the AOM operating parameters, an output energy of 13.7 mJ was achieved for an input pulse
energy of 0.4 nJ in the first amplifier stage. The pulse duration was measured to 21.4 ns, the spectral width 26,0 MHz, and the beam quality M^2 = 1.1. It was demonstrated that pulses with energies up to 7 mJ were achieved at the wavelength of the second harmonic of 532.20 nm. These pulses were found to be nearly background-free. This facilitated the construction of a demonstrator that met the target values derived for HSRL systems in all essential parameters.
In the second part of the work, a rapidly modulatable beam source in the mid-infrared (MIR) was developed, which was designed for spectroscopic applications in industrial plastics processing. In contrast to the conventional approach of measuring broadband spectra, the experimental design entailed the implementation of selective scanning at characteristic support points, executed in rapid temporal succession. The chosen approach was based on the nonlinear frequency conversion of near-infrared radiation (1030 nm) in an optical parametric generator
(OPG), which was specifically excited by two tunable seed radiation sources around 1450 nm. The aim was to transfer the modulation of the seed signal in the MHz range to the MIR output radiation in terms of time and spectrum, while controlling the gain dynamics and spectral acceptance of the system.
For the design, theoretical calculations were performed on the amplification and spectral
acceptance bandwidth and compared with experimental results. For seeding the OPG with continuous wave (cw) it was shown that the wavelength of the OPG radiation in the MIR is determined by the wavelength of the seed radiation and that the calculated relationships
between crystal length and amplification correspond very well with the measurement results. With a crystal length of 30 mm, spectral shifts of the MIR central wavelength in the range of BW_exp^I = 53 nm were detected. For plastic samples to be sorted, this corresponds to the maximum distance between spectral absorption bands that can be investigated. The spectral width of the MIR radiation could be limited by seeding by up to 20 % to ≈ 35 nm.
By modulating the seed radiation over time, it was experimentally proven that the modulation was transmitted to the MIR output radiation with modulation frequencies of up to 1 MHz in a temporally and spectrally synchronous manner. The spectral acceptance bandwidth measured in cw mode was transferred within the measurement accuracy range to operation with modulation (BW_exp^I = 47 nm) and could be anticipated accordingly for modulation frequencies in the MHz range. With achieved rise times of the signal of ≈ 50 ns with MHz modulated seeding, measurement times per spectral sampling point for a plastic sample of ≈ 400 ns are possible. The beam quality of the MIR radiation, which determines the focusability on plastic samples and detector unit, was determined to be M^2 ≈ 2.0 and is in line with comparable systems from the literature.
Limiting factors for the short- and long-term stability of the system were identified in the form of pulse-to-pulse instabilities of the NIR beam source and spectral drifts of the seed diodes. For long-term stable operation, wavelength stabilization with deviations ≪ 0,5 nm is necessary. As part of this work, a flexible concept was implemented that enables selective scanning of samples at two spectral reference points in the MIR range