Nichtlineares CARS-Mikroskop

• Subject Area: Optics, Quantum Optics and Physics of Atoms, Molecules and Plasmas
• Term: Funded in 2012
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 216340948

• Final Report Year: 2015

Final Report Abstract

Mit dem Großgerät wurden biologisch-physikalisch-chemische Untersuchungen mit Bezug zum Exzellenzcluster „Cells in Motion – CiM“ (EXC 1003) durchgeführt. Hinsichtlich neuer Methoden für die kohärente Ramanspektroskopie konnten vereinfachte interferometrische Varianten realisiert werden, bei denen der nichtresonante Untergrund des Ramansignals erheblich reduziert ist. Im Prinzip ist z.B. mit der Methode der interferometrischen in-line Femtosekunden stimulierten Ramanstreuung (ii-FSRS) in einem Schuss die Aufnahme eines vollständigen Spektrums zur Identifikation des im Fokus der Lichtstrahlen liegenden Probenmaterials möglich. Mit dem Großgerät konnten im Modus der spontanen Ramanstreuung unmarkierte Lipidmembranen bildgebend dargestellt und hinsichtlich der Mischung von Lipidbestandteilen mit Cholesterol untersucht werden. Zu dem Gelingen dieser Untersuchungen trug maßgeblich die präzise und langzeitstabile Positioniereinheit der Probenhalterung des Großgerätes bei. Erste erfolgversprechende Voruntersuchungen zur Bestimmung des Aderwachstums in Mäuseaugen konnten ebenfalls durchgeführt werden, indem über die räumlichen Lichtmodulatoren im Großgerät eine räumliche Aberrationskompensation für den zunächst technischen Demonstrator eines Mausauges realisiert werden konnte. Damit gelangen Untersuchungen zur räumlich hochaufgelösten Multiphotonenmikroskopie mit einem Fokusdurchmesser von nur ca. einem Mikrometer in bzw. auf der (potenziellen) Netzhaut eines Mausauges, so dass Untersuchungen am lebenden Tiermodell erfolgversprechend erscheinen. Mit dem Großgerät konnten auch die bisherigen Untersuchungen zur Bestimmung des Schädigungsgrades des Erbgutes in menschlichen Spermien verfeinert werden, indem durch den invertierten Aufbau und die Multifunktionalität des Großgerätes gleichzeitig mit mehreren Strahlen an den Keimzellen gearbeitet werden konnte, um die Spermien bspw. mit einer optischen Pinzette zu halten, mit einem Femtosekundenlaserstrahl präzise zu bearbeiten, oder mit einem UV-Lichtstrahl eine gezielte Schädigung der DNS zu erreichen, um die induzierte Schädigung ggf. sogar während der UV-Bestrahlung mit Hilfe der (spontanen oder kohärenten) Ramanstreuung nachzuweisen. Zusätzlich zu den experimentellen Arbeiten im Bereich der Lebenswissenschaften konnten mit den in der Wellenlänge durchstimmbaren und gepulsten Lichtstrahlen des Großgerätes erstmalige Untersuchungen zur gezielten Konversion transversaler Moden in Wellenleitern über optisch induzierte transiente langperiodische Faser-Bragg-Gitter (OLPG) erfolgreich durchgeführt werden. Solche OLPG bieten das Potenzial neuartige optisch ansteuerbare schnelle Schalter zu realisieren.

Publications

• ‘Interferometric background reduction for femtosecond stimulated Raman scattering loss spectroscopy.’ J. Chem. Phys. 137, 174201 (2012)
  Dobner S, Cleff C, Fallnich C, Groß
  
• 2013, ‘In-line interferometric femtosecond stimulated Raman scattering spectroscopy’ J. Chem. Phys. 138, 244201 (2013)
  Dobner S, Groß P, Fallnich C
  
• ‘Integrated CARS source based on seeded four-wave mixing in silicon nitride’ Opt. Express 21, 32123-32129 (2013)
  Epping JP, Kues M, Slot PJ, Lee CJ, Fallnich C, Boller K
  
• ‘Optically induced mode conversion in graded-index fibers using ultra-short laser pulses’ Appl. Phys. B 112, 499-505 (2013)
  Hellwig T, Walbaum T, Fallnich C
  
• ‘Coherence-based axial point-spread function engineering for two-photon excited polymerization’ Appl. Phys. B 116, 793-798 (2014)
  Dobner S, Höhl M, Lüpken N, Fallnich C
  
• ‘Experimental realization of transverse mode conversion using optically induced transient long-period gratings’ Opt. Express 22, 24951-24958 (2014)
  Hellwig T, Schnack M, Walbaum T, Dobner S, Fallnich C
  
• ‘Hyperspectral imaging with in-line interferometric femtosecond stimulated Raman scattering spectroscopy’ J. Chem. Phys. 140, 084201 (2014)
  Dobner S, Fallnich C
  
• ‘Light source for narrow and broadband coherent Raman scattering microspectroscopy’ Opt. Lett. 40, 5447-5450 (2015)
  Brinkmann M, Dobner S, Fallnich C
  
• ‘Ultrafast two-color all-optical transverse mode conversion in a graded-index fiber’ Opt. Lett. 40, 4675-4678 (2015
  Schnack M, Hellwig T, Brinkmann M, Fallnich C
  
• ‘Ultrafast, low-power, all-optical switching via birefringent phase-matched transverse mode conversion in integrated waveguides’ Opt. Express 23, 19189-19201 (2015)
  Hellwig T, Epping JP, Schnack M, Boller K, Fallnich C