Polarisationsaufgelöste nichtlineare Endoskopie mit chiralen photonischen Kristallfasern

• Antragsteller: Professor Dr. Nicolas Joly
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 569004160

In diesem Versuchsprojekt soll das Potenzial chiraler mikrostrukturierter Fasern für endoskopische Anwendungen untersucht werden. Das Ziel ist die Entwicklung von Multiphotonen-Endoskopen, die in der Lage sind, die Ausrichtung von biologischen Molekülen und Geweben wie Amyloidose zu messen. Amyloidose ist eine seltene Krankheit, bei der sich abnormale Proteine, so genannte Amyloidfibrillen, im Gewebe ablagern (Niere, Herz, Nerven- und Magensystem, Drüsen usw.). Es ist bekannt, dass Amyloidaggregate Plaques bilden, die Doppelbrechung aufweisen. Die Diagnose der Amyloidose erfordert in der Regel Gewebebiopsien, was einen langwierigen Prozess darstellt. Herkömmliche Endoskope, die die Polarisation nicht auflösen können, sind in diesem Fall nutzlos. Chirale mikrostrukturierte Fasern bieten eine einzigartige Möglichkeit, dieses Problem zu lösen. Sie weisen eine zirkulare Doppelbrechung auf, die es ermöglicht, die zirkulare Polarisation während der Lichtausbreitung zu erhalten. Folglich besitzen diese chiralen Fasern eine optische Aktivität: eine linear polarisierte Welle behält ihren Polarisationszustand bei, aber die Orientierung dieser Polarisation wird abgeändert, eine Abweichung, die nur von der Länge der Faser abhängt. Ist diese Eigenschaft einmal kalibriert, lässt sich die Richtung des Polarisationszustands des aus der Faser austretenden Lichts genau bestimmen, so dass die Ausrichtung von Molekülen in einer Probe untersucht werden kann. Die Probe kann dann gescannt werden, um ihre molekulare Struktur abzubilden. Für die nichtlineare Endoskopie erfordern chirale Vollkernfasern eine besondere Sorgfalt bei der Dispersion, um die Multiphotonen-Anregung der Probe am Ende der Faser zu gewährleisten. In diesem Projekt werden wir eine spezielle chirale Hohlkernfaser entwerfen und entwickeln, um eine mögliche Verformung des Anfangspulses zu verhindern. Es ist auch wichtig, einen Kanal zu haben, um das Licht von der Probe zu sammeln, was durch eine doppelwandige Struktur der neuen Fasern geschehen wird. Diese Forschung ist für die künftige Entwicklung neuartiger polarisationsaufgelöster Multiphotonen-Endoskope von entscheidender Bedeutung. Das Projekt basiert auf der Synergie zwischen zwei Fachgebieten: fortgeschrittene Multiphotonen-Endoskopie und polarisationsaufgelöste molekulare Bildgebungstechniken aus der Forschungsgruppe von Hervé Rigneault am Institut Fresnel in Marseille (FR) und Know-how über mikrostrukturierte optische Fasern aus der Gruppe von Nicolas Joly an der Universität Erlangen (DE).

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Kooperationspartner: Professor Dr. Herve Rigneault