Superscharfe Bilder durch ultradünne Glasfaser

1. Februar 2016, 13:44 Uhr
Superscharfe Bilder durch ultradünne Glasfaser
Superscharfe Bilder durch ultradünne Glasfaser
Bei einer gemeinsamen Untersuchung sind Wissenschaftler des MESA+ Institute for Nanotechnology der Universität Twente (Niederlande), dem Max Planck Institut für die Physik des Lichts (MPL), des niederländischen Vereins für die fundamentale Untersuchung der Materie (FOM) und der Carl Zeiss AG dem Ziel von superscharfen Bildern bei extrem kleinen Endoskopen einen Schritt näher gekommen. Die einzigartigen optischen Fasern des MPL können im Zusammenwirken mit der fortschrittlichen Wavefront-Shaping-Technik der UT Licht mit einer bisher unerreichten Auflösung fokussieren, ohne dabei optische Linsen einsetzen zu müssen.

Zurzeit beträgt die beste Auflösung von Glasfaser-Endoskopen ein Mikrometer, was nicht scharf genug ist, um Details beispielsweise in biologischen Zellen erkennen zu können. Einige Endoskope bestehen aus einer großen Zahl von Glasfasern, wobei jede Faser als einzelnes Pixel fungiert. Die Bündel sind aber meist recht dick, mindestens 1 mm im Durchmesser. Endoskope auf Basis so genannter Multimode-Fasern liefern ein besseres Bild und sind nur 0,1 mm dick. Der am meisten die Auflösung begrenzende Faktor ist die Tatsache, dass sich Licht in der Faser nur ausbreitet, wenn es gerade in die Faser fällt. Trifft das Licht in einem kleinen Winkel auf die Faser, wird es durch die Reflexion an den Wänden zwar auch übertragen, doch wenn dieser Winkel zu groß wird, „leckt“ das Licht durch die Seitenwand. Die Forscher haben nun gezeigt, dass Fasern aus photonischen Kristallen diese Beschränkung überwinden.

Konventionelle Glasfaser (mit step index) bestehen aus einem Mantel und einem Kern mit verschiedenen Materialien mit unterschiedlichen Brechungsindizes, so dass sich Licht durch die innere Gesamtreflexion entlang der Faserachse ausbreitet. Photonische Kristalle bestehen aus nur einer Materialart, das Lichts wird durch eine spezielle Anordnung von mit Luft gefüllten Löchern im Mantel durch die Faser geführt. Die Einstellung der Mantelstruktur solcher Glasfasern bietet die einzigartige Möglichkeit, spezielle faseroptische Eigenschaften zu erzielen. In der Untersuchung haben die Wissenschaftler eine photonische Kristallfaser so ausgelegt, dass ein Laserstrahl im sichtbaren Rotbereich auf 0,52 µm fokussiert werden kann.
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