MLDOE

Zukunftsweisende Optik für multimodale Bildgebung

Die Forschungseinheit Multilayer Diffractive Optical Elements (MLDOE) unter der Leitung von Prof. Dr. Robert Brunner widmet sich der Entwicklung neuartiger optischer Systeme, die simultane Beobachtungen über verschiedene Wellenlängenbereiche und Tiefenebenen ermöglichen. Ein besonderer Fokus liegt auf der Erforschung hybrider Abbildungssysteme, die refraktive und multifokale wellenlängenselektive MLDOEs kombinieren.

Wenn beispielsweise die beiden getrennten Wellenlängenbereiche die 0. und 1. Ordnung ansprechen, wird eine teilweise Entkopplung im Linsendesign und eine nahezu unabhängige optische Korrektur des Linsensystems für die beiden Wellenlängen möglich.

Forschungsziele

Das Hauptziel der Forschungseinheit besteht darin, ein generalisierbares Modell für MLDOEs zu entwickeln, das sowohl multifokale als auch wellenlängenabhängige Effizienzverteilungen in verschiedenen Diffraktionsordnungen ermöglicht. Der innovative Ansatz geht über bestehende Forschung hinaus, die sich bislang auf die sogenannte "Effizienzachromatisierung" konzentrierte – das Erzielen hoher Diffraktionseffizienz über einen ausgewählten Wellenlängenbereich.

Anwendung und Technologische Entwicklung

MLDOEs könnten eine entscheidende Rolle in hybriden optischen Systemen spielen, die refraktive und diffraktive Komponenten kombinieren. Solche Systeme könnten in der Lage sein, verschiedene Wellenlängen nahezu unabhängig voneinander zu korrigieren und gleichzeitig in verschiedenen Tiefenebenen abzubilden. Besonders relevant sind diese Entwicklungen für die Biomedizin, beispielsweise für Endoskopie-Systeme, bei denen Bildgebung in mehreren Wellenlängenbändern gleichzeitig erforderlich ist.

Zur Herstellung der MLDOEs kommen modernste lithografische Verfahren wie Grauton-Laserlithografie und Zwei-Photonen-Polymerisation zum Einsatz. Diese Technologien ermöglichen die Erzeugung komplexer Mikrostrukturen, die in optischen Systemen wie z. B. Vergrößerungssystemen zur Bildgebung von biologischem Gewebe eingesetzt werden.

Kooperationen und Anwendungsbereiche

Die Forschungseinheit arbeitet eng mit nationalen und internationalen Partnern aus der Wissenschaft und Industrie zusammen. Besonders enge Kooperationen bestehen mit den Forschungseinheiten Nanoscopic Bioparticle Manipulation (NBPM) und Innovative Optic Middle Ear Imaging (IOMEI). Ein wichtiges Ziel ist die Anwendung der MLDOE-Technologie in der biomedizinischen Bildgebung, wo simultane Bildaufnahmen verschiedener Gewebeschichten möglich gemacht werden sollen.

Vision und Ausblick

MLDOEs bieten das Potenzial, optische Systeme grundlegend zu revolutionieren. Mit maßgeschneiderten, multifokalen und wellenlängenselektiven Diffraktionskomponenten könnten komplexe bildgebende Verfahren effizienter und vielseitiger gestaltet werden. Diese Forschung legt den Grundstein für innovative Anwendungen, die nicht nur die Bildgebung in der Biomedizin verbessern, sondern auch neue Maßstäbe für optische Systeme setzen.

Die Forschungseinheit MLDOE ist bestrebt, die Grenzen der Optiktechnologie zu erweitern und Lösungen für Herausforderungen in der Bildgebung und Mikroskopie zu entwickeln.

Anwendung mikrostrukturierter und diffraktiver Optik für Spektroskopie

Filterbasierte Spektroskopische Sensoren können viele Einschränkungen etablierter, gitterbasierter Spektrometer überwinden. Solche filterbasierten Systeme sind sehr kompakt, können aber dennoch einen breiten Spektralbereich mit hoher Auflösung erfassen.

Um die Detektionseffizienz zu verbessern, kann das einfallende „weiße“ oder breitbandige Licht durch Strahlteiler spektral in Teilstrahlenbündel aufgeteilt werden, die dann auf Filter geleitet werden, die in bestimmten Spektralbereichen durchlässig sind. Das Grundprinzip kombiniert die allgegenwärtigen spektralen Interferenzfilter mit einem einfachen, parallel zu ihnen ausgerichteten Spiegel. Das einfallende Licht trifft in einem gewählten Einfallswinkel auf den ersten Filter, und der Detektor erfasst den spezifischen Wellenlängenbereich, der durch diesen Filter hindurchgegangen ist. Alle anderen Wellenlängen werden reflektiert und vom Spiegel zum nächsten Filter umgeleitet, der Licht in einem anderen Spektralbereich durchlässt. Wir glauben, dass dieser einfache Ansatz die Entwicklung wettbewerbsfähiger tragbarer Systeme oder in Mobiltelefone integrierter Spektralsensoren mit hoher Detektionseffizienz ermöglicht.

LVF-basiertes Modul, das von einer Halogenlampe beleuchtet wird. Angedeutet ist der Weg des reflektierten Lichtes innerhalb des Moduls. Durch den Filter scheint das spektral aufgeteilte Licht.