Tiefe photoakustische Bildgebung mit Metasensoren untersucht mit zwei optischen Frequenzkämmen

• Antragstellerin: Dr.-Ing. Maryna Meretska
• Fachliche Zuordnung: Kommunikationstechnik und -netze, Hochfrequenztechnik und photonische Systeme, Signalverarbeitung und maschinelles Lernen für die Informationstechnik ; Biophysik ; Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik ; Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 568935442

METASENSOR soll die photoakustische Tomographie voranbringen, indem es die optische Erkennung von hochfrequentem Ultraschall (bis zu 100 MHz) ermöglicht. Dies ist unerlässlich, um einzelne Zellen aufzulösen, die in diesem Frequenzbereich maximale photoakustische Signale aussenden. Der Ansatz beruht auf mechanisch induzierten Verschiebungen von hochqualitativen optischen geführten Modenresonanzen. Derzeitige optische Resonatoren sind nicht in der Lage, ultrahohe Q-Faktoren, breitbandigen Betrieb und skalierbare Array-Integration mit der Abfrage im freien Raum zu kombinieren. Fertigungsbedingte spektrale Resonanzverschiebungen erschweren es, alle Resonanzen auf dieselbe Wellenlänge auszurichten, was die zeitliche Auflösung einschränkt, da die Abfragewellenlänge für jeden Sensor einzeln eingestellt werden muss. METASENSOR wird diese Einschränkungen durch die Entwicklung kompakter optischer Resonator-Arrays (50 × 50 μm² pro Element) mit Q-Faktoren von über 10⁵ beheben. Diese werden mit dualen optischen Frequenzkämmen abgefragt, was das Auslesen mit einer identischen optischen Quelle trotz spektraler Inhomogenität ermöglicht, mit potenzieller Multiplexing-Fähigkeit. Dies wird die photoakustische Hochgeschwindigkeits-Bildgebung mit zellulärer Auflösung und großen Sichtfeldern ermöglichen. Letztendlich könnte die Technologie eine chronische Bildgebung für die nicht-invasive langfristige Aufzeichnung der funktionellen Hirnaktivität tief in biologischem Gewebe in Tiermodellen ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Kooperationspartner: Privatdozent Dr. Thomas Chaigne, Ph.D.; Professor Dr. Arnaud Mussot