Ultraschnelles µ-PL Spektrometer mit hoher Pulsenergie

• Fachliche Zuordnung: Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung in 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 469987028

Ultraschnelle Spektroskopie ist ein grundlegendes Verfahren zur Untersuchung der Photophysik lichtemittierender Materialien und Bauteile. Das hier beschriebene ultraschnelle µ-PL Spektrometer mit extrem hoher Pulsenergie ist von strategischer Bedeutung für die weitere Entwicklung des Centre of NanoBioPhotonics, vor allem um die nächste Generation biointegrierter Nano- und Mikrolaser für biomedizinische Anwendungen zu entwickeln. Außerdem wird es die Grundlagenforschung zu organischen und biologischen Polaritonlasern entscheidend voranbringen, und unterstützt maßgeblich die Weiterentwicklung fluoreszierender und phosphoreszierender Materialien, ultra-heller organischer Leuchtdioden (OLEDs) und deren Anwendungen in der Optogenetik, sowie die Forschung an elektrisch gepumpten organischen Lasern. Mit dem Spektrometer werden sich Nanolaser, die in lebende Zellen eingebettet sind, sowohl in Einzel- als auch Multiphotonen Anregung optisch pumpen und in ihrer zeitlichen Dynamik vermessen lassen. Da das Abklingverhalten von Nanolasern in hohem Maße von geometrischen, physikalischen und chemischen Faktoren abhängt, können mit dem System neue Messverfahren auf Basis biointegrierter Laser entwickelt werden. Zudem wird das µ-PL Spektrometer das Verständnis von Degradationsmechanismen in diesen Lasern und in lumineszenten Materialien im Allgemeinen verbessern und wertvolle Hinweise für zukünftige Optimierungen liefern. Um ein breites Spektrum von Materialien und Bauteilen charakterisieren zu können, verwendet das System eine Streakkamera, mit der sich die zeitliche Entwicklung der Lichtemission über insgesamt neun Größenordnungen vermessen lässt (von 1 ps bis zu 1 ms). Hierfür muss die optische Anregung der Proben auf der sub-ps Zeitskala erfolgen. Zudem können durch Multiphotonen-Anregungen zeitaufgelöste Messungen auch an Proben durchgeführt werden, die in stark streuendem biologischem Gewebe eingebettet sind. Gleichzeitig werden Anregungspulse mit ausreichender Energie und passender Wellenlänge benötigt, um die Laserschwelle verschiedener Nano- und Mikrolaser zu erreichen. Diese Anforderungskombination lässt sich nur mit einem spektral abstimmbaren (325 – 2500 nm) Femtosekunden-Lasersystem mit besonders hoher Pulsenergie (>200 nJ/Puls), kurzer Pulsbreite (<200 fs), und Dispersionskorrektur erreichen. Solche Hochleistungslaser (>80 W Pumpleistung werden benötigt) sind erst seit relativ kurzem kommerziell verfügbar, und erlauben so erstmalig die nicht-lineare optische Anregung eines breiten Spektrums an organischen und Halbleiter-basierten Nano- und Mikrolasern mit ultrakurzen Pulsen. Das hier beschriebene µ-PL Spektrometer wird in einzigartiger Weise die Untersuchung zeitabhängiger Prozesse in der Nano- und Biophotonik ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Ultraschnelles µ-PL Spektrometer mit hoher Pulsenergie
• Gerätegruppe: 5700 Festkörper-Laser
• Antragstellende Institution: Universität zu Köln
• Leiter: Professor Dr. Malte Gather