Adaptive interferometrische Lichtblätter zur auflösungserhöhten Bildgebung mit und ohne Markierung

• Antragsteller: Professor Dr. Alexander Rohrbach
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung seit 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 269858105

Das Verständnis der Licht-Materie-Wechselwirkung spielt in modernen bildgebenden Verfahren eine entscheidende Rolle, und dies umso mehr, je größer und stärker streuend das zu untersuchende Objekt ist. Lichtpropagation durch schwach absorbierende Materie verändert primär die Phase des Lichts, was seit geraumer Zeit in der Astronomie, mittlerweile aber auch in der modernen optischen Mikroskopie zum Einsatz von phasenkorrigierenden, adaptiven Optiken geführt hat. So werden seit wenigen Jahren nun auch in der Lichtscheibenmikroskopie spatiale Lichtmodulatoren eingesetzt, die die Beleuchtungsstrahlen hinsichtlich ihrer Phase und Intensität modulieren, was prinzipiell viele Vorteile bei der dreidimensionalen Bildaufnahme mit sich führt. So zeigen vor allem Bessel-Strahlen mit ihrem konischen Phasenprofil in inhomogener Materie erstaunliche Selbst-Rekonstruktionseigenschaften und eine um circa 50 % erhöhte Eindringtiefe in das Medium relativ zu herkömmlichen Gaußstrahlen. Bessel-Strahlen haben um ihr schmales Hauptmaximum jedoch ein konzentrisches Ringsystem, was ohne besondere Tricks zu einer Verschlechterung des Bildkontrastes in der Lichtscheibenmikroskopie führt. In diesem Antrag soll mit Methoden der nichtlinearen Optik die Qualität des Beleuchtungsstrahls speziell für die Lichtscheibenmikroskopie dadurch verbessert werden, indem die Abhängigkeit von verschiedenen Computer-holographisch erzeugten Phasenprofilen auf die Propagations-Eigenschaften eingehend untersucht wird. Mit Konzepten der nichtlinearen Optik soll die Qualität der einzelnen Laserstrahlen und damit der beleuchtenden Lichtscheibe dadurch verbessert werden, dass der Einfluss des Besselstrahl- Ringsystems nichtlinear unterdrückt wird. Dies soll einerseits durch das Prinzip der Zwei-Photonen Fluoreszenz-Anregung geschehen, wo speziell der Einfluss der Holographisch geformten Phase auf die Propagation kurzer Laserpulse durch das streuende Medium untersucht werden soll. Andererseits soll die STED-Technik zum Einsatz kommen, um über einen zweiten selbstkonstruierenden Besselstrahl höherer Ordnung die Fluoreszenz in Ringsystem durch stimulierte Emission auszulöschen. Hierbei soll zunächst in einem homogenen Medium die Lichtblattdicke und damit die Auflösung durch eine hohe Auslöschungseffizienz deutlich verbessert werden. In einem weiteren Schritt sollen die Phasenprofile des Anregungsstrahls und des STED-Strahls durch rückgekoppelt holographische Steuerung so optimiert werden, dass die erzeugte Fluoreszenz in den einzelnen Strahlen und damit die Qualität des Lichtblattes deutlich verbessert werden kann.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen