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This paper introduces the automation measurement software FlexSensor for capturing resonant spectra, an innovative and extensible software program developed explicitly for measuring and evaluating wafer-level Silicon Photonic (SiPh) circuits. Wafer-level Silicon Photonics allows the integration of numerous optical components and structures on a single wafer. However, researchers and engineers need precise and repeatable measurements to characterize them and face significant challenges when dealing with large numbers of complex systems on a single wafer. A toolchain gap hampers the measuring of such highly integrated photonic structures: While the setup necessitates the integration of an optimized hardware and software toolchain, there is neither software nor a standardized way to implement a reproducible measurement routine for a massive set of measurements.FlexSensor allows integration and control of external hardware (tunable lasers, analog–digital converters) and supports measurement data storage and evaluation. The software enables researchers and engineers to efficiently analyze the spectral response of photonic structures and facilitate rapid measuring.

Abstract Cuing or executing a task impacts processing pathways for task-relevant information. While there is ample evidence that processing associated with task execution changes with practice, such evidence regarding cue-induced task preparation is scarce. Here we explored practice-related changes of processing pathways by task cuing in order to assess the plasticity of task preparation. We first developed and validated a new method for the study of practice-related changes, the effect course analysis. The effect course analysis is a model-free, non-parametric method designed to reveal effect changes within an experimental session on a continuous time scale. Then we applied this method to a new study in which cued task sets were supposed to remain activated during assessment of task-relevant pathways, as potential task execution was postponed at the end of the trial. The results showed that, with little practice, task cuing amplified task-relevant pathways, whereas this effect vanished with practice, suggesting that practice prompts fundamental changes of how task cues are used for task preparation. Hence, if one cannot be certain that cognitive processing is stationary, investigating the time course of experimental effects appears to be crucial to determine how cognitive processing is influenced by practice.

Integrated photonic sensors have gained significant attention for biosensing applications. An especially potent design is the polarimetric waveguide interferometer, which utilizes polarization diversity for effective self-referencing. However, its implementations are held back by the need for bulky free-space optics or unreliable waveguide junctions for polarization handling. To overcome these limitations, we propose a novel concept for a compact photonic system that employs edge couplers to excite both polarizations from an optical fiber and an in-line polarizer to obtain the phase information in the fiber-based readout. Additionally, we improve the waveguide design methodology to minimize the limit of detection through balancing sensitivity with optical loss. To this end, we create a unified perturbative approach based on atomic force microscopy and ellipsometry data to model sensitivity, surface-roughness-induced scattering, absorption, and radiation. We then incorporate the coupling efficiency into a figure of merit for the combined system. Thus, we optimize the geometry of a strip waveguide on a CMOS-foundry-sourced silicon nitride platform for biosensing. Through exhaustive screening of the design space, we discover that polarization diversity simultaneously leverages high sensitivity and low overlap with sidewall roughness. Further, we present designs that eliminate the phase signal from two major noise sources: thermal and bulk refractive index fluctuations. Finally, we provide design recommendations and achieve a 5.2-fold improvement over a comparable bimodal waveguide interferometer. Thus, our aim is to design a robust, compact, sensitive, and cost-effective polarimetric waveguide interferometer through an efficient concept and an optimized design.

Wechselwirkung ist ein zentrales, übergreifendes Konzept im Bereich Ökologie. Nahrungsbeziehungen in Ökosystemen eignen sich besonders, um das Konzept Wechselwirkung in der Sekundarstufe I beispielhaft einzuführen. Studien zeigen, dass Lernenden die elaborierte Beschreibung von Nahrungsbeziehungen schwerfällt und sie oftmals nur direkte Wechselwirkungen beschreiben. In der Forschungsliteratur wird ein Bedarf an unterrichtlichen Strategien benannt, mit deren Hilfe Schüler:innen aufbauend auf ihre bisherigen Konzepte fachlich angemessenere entwickeln können und dabei Nahrungsbeziehungen auch als indirekte und zyklische Wechselwirkungen erklären. Das Projekt entwickelt auf Basis von Conceptual Change-Texts ein innovatives Lernmedium: Conceptual Change-Stories. Diese greifen Konstruktionsprinzipien von Conceptual Change-Texts auf, bieten aber durch die narrative Textgestaltung vereinfachte Zugänge zum Verstehen von Nahrungsbeziehungen als Wechsel-wirkungen. In der vorliegenden Studie wird die Wirkung der Conceptual Change-Stories auf die Beschreibungen von Nah-rungsbeziehungen bei Schüler:innen der Klassenstufe 6 untersucht. Die Ergebnisse liefern Anhaltspunkte zur (Weiter-) Entwicklung von Conceptual Change-Stories. Erste Ergebnisse deuten an, dass Conceptual Change-Stories ein geeignetes Lern-medium darstellen können, um Wechselwirkungen im Nahrungsnetz verstehbar zu machen.

Remote emission sensing (RES) is a state-of-the-art technique for monitoring thousands of vehicles on the road every day to detect high emitters. Modern commercial RES systems use absorption spectroscopy to measure the ratio of pollutants to CO2 from vehicle exhaust gases. In this work, we present an approach to enable direct concentration measurements by spectroscopic techniques in RES through measurement of the absorption path length. Our gas schlieren imaging sensor (GSIS) system operates on the principle of background-oriented schlieren (BOS) imaging in combination with advanced image processing and deep learning techniques to calculate detected exhaust plume sizes. We performed a qualitative as well as a quantitative analysis of vehicle exhaust and plume dimensions with the GSIS system. We present the system details and results from the GSIS system in the lab in comparison to a BOS model based on flow simulations, the results from characterization measurements in the lab with defined gas mixtures and temperatures, and the results from measurements on the road from different vehicles.

Damit (angehende) Lehrkräfte digitale Medien zukünftig im Fachunterricht einsetzen, müssen sie im Rahmen des Lehramtsstudiums digitalisie-rungsbezogene Kompetenzen erwerben. Zwar beschreiben diverse Modelle solche Kompetenzen für die Lehrer*innenbildung, jedoch erweist es sich als Herausforderung, diese Kompetenzen in die Curricula universitärer Lehrveranstaltungen zu integrieren. Um Studium und Lehre in entsprechender Weise zu verändern, bedarf es eines Vorgehens, das nicht lediglich „top-down“-Steuerungsansätze des Change-Managements auf Hochschulen überträgt, sondern stattdessen deren organisationale Eigenheiten ernst nimmt und relevante Akteur*innen im Sinne eines „bottom-up“-Veränderungsprozesses einbezieht. Ein solches Vorgehen zur Veränderung universitärer Studienprogramme (im Sinne der Integration digitalisierungsbezogener Kompetenzen in Ausbildungsziele) wurde im Rahmen des Projekts „BiodigitaliS“ entwickelt. Dies erfolgte unter Bezug auf das Modell der Pädagogischen Hochschulentwicklung und unter Verwendung des Kompetenzrahmens „DiKoLAN“. Die Konzeption des Vorgehens sowie die Ergebnisse seiner Durchführung am Standort Leipzig werden im vorliegenden Beitrag beschrieben. Unter Berücksichtigung der Kontextbedingungen am Standort (Struktur und Organisation des Lehrangebots, Voraussetzungen und Bedarfe Studierender) und unter starkem Einbezug der Lehrenden konnten digitalisierungsbezogene Kompetenzen umfassender, gezielt und systematisch in die Ausbildungsziele bestehender biologiedidaktischer Lehrveranstaltungen integriert werden. Mit den formulierten Ausbildungszielen liefert das Vorgehen eine Grundlage für die Gestaltung und Evaluation von Hochschullehre zur Förderung digitalisierungsbezogener Kompetenzen. Vor dem Hintergrund der Ergebnisse wird im Beitrag ein Verfahren zur Integration digitalisierungsbezogener Kompetenzen in die Ausbildungsziele universitärer Lehre (IKAL-Verfahren) vorgestellt und anhand von Leitlinien für nachhaltige Veränderungen von Hochschullehre diskutiert. Abschließend erfolgt ein Ausblick auf die Übertragbarkeit des Verfahrens auf hochschulische Lehrveranstaltungen in anderen Bereichen.

A current challenge in realising clean road transport is non-exhaust emissions. Important advances regarding measurement systems, including well-defined characterisation techniques, as well as regulation, will be made in the next few years. In this work, we present the detailed results of particle emission analyses, consisting of aerosol (size distribution, particle number (PN), and mass (PM)) and electron microscopy (EM) measurements, under different load conditions on a test bed for a wheel suspension and brakes. Standard tyres and brakes from serial production were tested with a high-load driving cycle, while particle measurements were conducted by gravimetric measurements and with a TSI SMPS, a TSI APS, and a GRIMM OPS. Furthermore, samples were analysed by electron microscopy. A bimodal particle size distribution (PSD) was obtained with an SMPS, with peaks at 20 nm and around 400 nm. The results of an EM analysis of >1400 single particles from the electrostatic sampler match the PSD results. The EM analysis also showed ultrafine particles, mainly containing O, Fe, Si, Ba, Mg, and S, and also fractal particles with high-C fractions. Our results suggest, in agreement with the previously published literature, that particulate emissions are related to the brake disc temperature and occur in significant amounts above a threshold temperature.