Der spektroskopische Fingerabdruck von Substanzen im Infraroten wird in modernen, echtzeitfähigen Anwendungen mit halbleiterbasierten, thermoelektrisch gekühlten Photodetektoren identifiziert. In dieser Arbeit werden InAs/GaSb-Übergitter, die künstliche Halbleiter-Quantenstrukturen darstellen, als Detektormaterial für thermoelektrisch gekühlte Infrarot-Photodetektoren untersucht, entwickelt und optimiert.

Additive Fertigungsverfahren wie das Laserstrahlschmelzen können einen wichtigen Beitrag zur Herstellung von individualisierten Produkten aus Hochleistungswerkstoffen in der Produktion liefern. Allerdings besteht bezüglich der Integration Additiver Fertigungsverfahren in effiziente Prozessketten noch Forschungsbedarf. Vor diesem Hintergrund wird in dieser Arbeit das Laserstrahlschmelzen in Kombination mit anschließenden Post-Prozessen untersucht.

In this thesis, we contribute to new directions within Reinforcement Learning, which are important for many practical applications such as the control of biomechanical models. We deepen its mathematical foundations by deriving theoretical results inspired by classical optimal control theory and the connection between neural networks and differential equations. The resulting approach is applied to control complex motions.

Signal strength measurements in a wireless local area network (WLAN) can be used for indoor positioning in guidance systems. To improve accuracy and robustness directional fingerprinting is researched. It makes use of directional antennas and enables simultaneous azimuth and position estimation. To achieve suitable estimation results, two methods are developed and analyzed: using receiver antenna diversity and using tracking algorithms.

In maritime shipping, weather routing systems are popular to reduce fuel consumption and emissions. One of the most comprehensive overviews of applied optimization approaches to date has been compiled. To investigate the impact of ship performance methods on the optimization of ship voyages, a graph based ship weather routing system has been developed. Calculation runs for various routes, arrival times and weather conditions have been performed and selected results have been compared to data collected on board of container ships.

In recent years, man-made "waste" in near-Earth space is rapidly increasing. This work focuses on the performance of ground-based digital-array radar in the Space Situational Awareness scenario. New tailored radar signal processing methods are presented for improved target detection and parameters estimation. In turn, these lead to an increased accuracy of debris orbit estimation and lowers the probability of collision events with active satellites.

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit erfolgt die Entwicklung eines neuartigen Maschinenkonzepts für die Bahnerosion mit gasförmigem Dielektrikum. Die Maschine verfügt über einen für die Trockenfunkenerosion entwickelten IsoPuls-Relaxationsgenerator, welcher die Variabilität und Steuerbarkeit eines statischen Generators mit der hohen Entladefrequenz sowie geringen Entladeenergien von Relaxationsgeneratoren kombiniert, sowie auch über eine technologisch optimierte Maschinensteuerung. Die technologischen Untersuchungen und erzielten Erosionsergebnisse zeigen die Eignung des vorgestellten Maschinenkonzepts sowie das Anwendungspotenzial der Bahnerosion mit gasförmigem Dielektrikum für den Einsatz in der Mikroproduktion. Damit liefert diese Arbeit nicht nur einen Beitrag zum besseren Prozessverständnis der Trockenfunkenerosion, sondern zeigt auch eine Vorgehensweise auf, wie ein innovatives Maschinenkonzept und die zugrunde liegende Technologie zu realisieren sind.

This thesis investigates optimization problems constrained by partial differential equations with microchannel systems as novel applications: We consider the shape optimization of a microchannel cooling system and the optimal control of a microchannel reactor for the Sabatier process. Moreover, we propose and analyze nonlinear conjugate gradient methods for shape optimization and introduce our software package cashocs.