Digitales Holographie Mikroskop

• Fachliche Zuordnung: Systemtechnik
• Förderung: Förderung in 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 533907333

Mit digitaler Holographie Mikroskopie (DHM) können Mikro- und Nanostrukturen in 4D, d.h. zeit- und ortsaufgelöst, charakterisiert werden. Das Verfahren basiert auf der Aufnahme von Phaseninterferenzbildern, die durch Überlagerung eines Referenzlaserstrahls mit einem die Probe durchdringenden Strahl aus der gleichen Quelle erzeugt werden. Im Gegensatz zu anderen Mikroskopie-Verfahren zeichnet sich die DHM dadurch aus, dass nicht das projizierte Bild des Objekts, sondern ein digitales Hologramm aufgezeichnet wird, aus dem ein Objektbild rekonstruiert werden kann. Dieser Ansatz erlaubt sowohl eine präzise Abbildung komplexer Strukturen mit Nanometerauflösung als auch die Analyse dynamischer Vorgänge, wie beispielsweise Schwingungen, mit Frequenzen bis in den MHz-Bereich. Derartige Mikroskope können sowohl in Reflexions- als auch Transmissionskonfiguration betrieben werden und ermöglichen die Untersuchung eines breiten Spektrums verschiedenster Proben von MEMS/NEMS-Systemen bis hin zu biologischen Zellstrukturen. Die Forschungsschwerpunkte, für welche das hier beantrage DHM eingesetzt werden soll, umfassen die Charakterisierung von Mikro- und Nanocantilevern, die in einem neuen ko-resonanten Sensorkonzept integriert sind, dynamische optomechanische Systeme mit Anwendungen als Gravitationslinsen und photonische Kristallen, sowie dynamische Oberflächenveränderungen von smarten Polymeren im Sensorkontext. All diesen Anwendungen ist gemeinsam, dass sie komplexe dreidimensionale Oberflächentopographien mit Strukturgrößen bis in den Nanometerbereich aufweisen und sowohl hinsichtlich ihres statischen (z.B. Topographie, Deformationen) und insbesondere des dynamischen Verhaltens (z.B. Schwingungen) analysiert werden sollen. Auf Grund der geringen Abmessungen der zu untersuchenden Strukturen und Systeme sind in letzterem Fall Frequenz- bzw. Zeitauflösungen bis in den Megahertz / Mikrosekunden-Bereich erforderlich. Insbesondere bei den Cantilever-Sensoren sollen zudem sehr große Schwingungsamplituden, welche ein Vielfaches der Dicke des Cantilever betragen können, untersucht werden, um Effekte von nichtlinearem Verhalten sowie Energietransfer zwischen den Schwingern grundlegend zu untersuchen. Im Fall der smarten Polymere besteht eine große Herausforderung darin, dass deren Oberflächen sehr weich und deshalb kaum mit Kontaktverfahren wie beispielweise Rastersondenmethoden analysierbar sind. Die digitale Holographie-Mikroskopie ist ein berührungsloses Verfahren, mit dem alle diese Anforderungen erfüllt werden können und welche deshalb eine essentielle Möglichkeit darstellt, um die zuvor beschriebenen Forschungsarbeiten durchführen zu können.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Digitales Holographie Mikroskop
• Gerätegruppe: 5310 Interferenzapparaturen, Zweistrahl-Interferometer
• Antragstellende Institution: Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover
• Leiterin: Professorin Dr.-Ing. Julia Körner