Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Laserphysik auf den Kopf gestellt

13.04.2010
Neuer Effekt bei Quantenpunktlasern erlaubt maßgeschneiderte, wechselnde Wellenlängen

Forscher der Technischen Universität Darmstadt haben einen neuen Weg gefunden, mittels Quantenpunktlasern maßgeschneiderte Wellenlängen zu erzeugen und darüber hinaus leichter zwischen zwei Wellenlängen hin- und herzuschalten. Mögliche Anwendungen ergeben sich in der Biomedizin und der Nanochirurgie.

Darmstädter Physiker haben einen Effekt gefunden, der die Grundlagen der Halbleiterphysik quasi "auf den Kopf" stellt: Üblicherweise beginnt die Lasertätigkeit bei Halbleiterlasern auf dem energetisch niedrigsten Zustand; erst mit wachsendem Pumpstrom setzt auch die Emission von höherenergetischen, d.h. kurzwelligen Photonen ein. Forscher der Arbeitsgruppe Halbleiteroptik des Instituts für Angewandte Physik der TU Darmstadt um Prof. Dr. Wolfgang Elsäßer haben nun die Möglichkeit entdeckt, dass Quantenpunktlaser zunächst kurzwellige Photonen emittieren.

"Diese von uns erstmals gefundene umgekehrte Zustandshierarchie erlaubt es, 'quasi auf Bestellung' maßgeschneiderte Wellenlängen in einem für viele Anwendungen interessanten Wellenlängenbereich zu erzeugen. Darüber hinaus erlaubt die Methode, nicht nur einfacher zwischen zwei Wellenlängen hin- und herzuschalten, sondern auch gezielt Effekte des Lasersystems zur Verbesserung von Pulseigenschaften auszunutzen", erläutert Elsäßer.

Diesen neuen Effekt entdeckte Dr. Stefan Breuer im Rahmen seiner Doktorarbeit innerhalb des EU-Projekts "FAST-DOT (Kompakte, ultraschnelle auf neuartigen Quantenpunktstrukturen basierte Laserquellen)". Dieses Forschungsprojekt, an dem 18 Universitäts- bzw. Forschungslaboratorien und Industriepartner beteiligt sind, zielt darauf ab, kleinere und günstigere Laser zu entwickeln, die in der Biomedizin eingesetzt werden können. Die Darmstädter haben in diesem Verbund die Aufgabe, Quantenpunkt-Halbleiterlaser experimentell zu untersuchen, sodass in Zusammenarbeit mit den anderen Forschern sowie Laserherstellern optimierte Lasereigenschaften erzielt oder sogar gänzlich neue Laserstrukturen realisiert werden. Die EU unterstützt das seit 2008 laufende Projekt bis 2012 mit 10 Millionen Euro. Im nächsten Schritt wollen die Forscher des Projekts "FAST-DOT" nun die Einsatzmöglichkeiten des leichteren Wechsels zwischen Wellenlängen prüfen, dessen Grundlage die Darmstädter gefunden haben.

Nanostrukturierte Quantenpunktlaser in der Medizin

"Die Bedingungen für den Einsatz von Lasern in der Nanochirurgie waren bislang nicht optimal", erläutert Elsäßer. "Ein Problem war die aufwändige Realisierung mit riesigen Lasern, die quadratmetergroße Lasertische erforderten und durch unzulängliche Energieeffizienz hohe Energiekosten verursachten." Anders ist dies bei der jüngsten Generation der extrem effizienten Quantenpunktlasern, die aus nanostrukturierten Halbleitermaterialien hergestellt werden. Die winzigen pyramidenförmigen Gebilde, die sogenannten Dots, haben eine Größe von Millionstel Millimetern. "Diese Winzigkeit der Strukturen hat Einfluss auf das durch sie emittierte Licht, denn Nanostrukturen von exakt definierter Größe ermöglichen die Emission von Licht genau definierter Wellenlänge. Verändert man die Größe und Umgebung der Dots, verändert sich auch die Wellenlänge und damit die Farbe des Lichts. Damit können Quantenpunktlaser hergestellt werden, die Laserlicht mit genau definierter Wellenlänge für sehr spezifische Anwendungen emittieren", erläutert Elsäßer.

In der Mikroskopie ermöglichen Quantenpunktlaser das Durchleuchten einer Zelle. Dabei werden nicht nur einzelne Zellstrukturen für das menschliche Auge sichtbar, diese Strukturen sind auch mit hoher Tiefenschärfe zu erkennen. Eine weitere Anwendung ist ein bildgebendes 3D-Verfahren, die sogenannte optische Kohärenz-Tomographie. Hiermit werden mittels höchstempfindlicher Messungen von Reflektionen Schichtbilder mit enormer Orts- und Tiefenauflösung gewonnen, was eine nichtinvasive Frühdiagnose ermöglicht. Augenärzte können so mit Hilfe eines Quantenpunktlasers die Netzhaut in ihrer gesamten Tiefe abtasten, ohne einen Eingriff vornehmen zu müssen. Auch können Hautschichten in ihrer gesamten Ausdehnung analysiert und auf Hautkrebs untersucht werden.

Bei Quantenpunktlasern mit höheren Pulsfrequenzen reicht die Energie aus, um die Zelle zu verändern, also zum Beispiel präzise Schnitte mit minimaler Beeinflussung der zellulären Umgebung durchzuführen. "Sie können als hochpräzise Skalpelle eingesetzt werden, mit denen einzelne Zellstrukturen kontrolliert durchtrennt werden können", umreißt Elsäßer. Außerdem können bestimmte Zellorganellen ausgeschaltet oder einzelne Moleküle - zelleigene oder zellfremde - aktiviert werden. Das eröffnet ungeahnte Möglichkeiten in der Molekülchirurgie, mit der Schnitte durchgeführt werden können, die zweitausend Mal feiner sind als ein Haar. Damit könnten künftig Krebszellen ohne nennenswerte Nebenwirkungen zerstört oder auch Hornhautkorrekturen am Auge durchgeführt werden.

Pressekontakt
Prof. Dr. Wolfgang Elsäßer
Institut für Angewandte Physik
Tel. 06151 / 16-6463
E-Mail: elsaesser@physik.tu-darmstadt.de

Jörg Feuck | idw
Weitere Informationen:
http://www.physik.tu-darmstadt.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Ultrakalte chemische Prozesse: Physikern gelingt beispiellose Vermessung auf Quantenniveau
17.11.2017 | Universität Ulm

nachricht Zwei verdächtigte Sterne unschuldig an mysteriösem Antiteilchen-Überschuss
17.11.2017 | Max-Planck-Institut für Kernphysik

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Ultrakalte chemische Prozesse: Physikern gelingt beispiellose Vermessung auf Quantenniveau

Wissenschaftler um den Ulmer Physikprofessor Johannes Hecker Denschlag haben chemische Prozesse mit einer beispiellosen Auflösung auf Quantenniveau vermessen. Bei ihrer wissenschaftlichen Arbeit kombinierten die Forscher Theorie und Experiment und können so erstmals die Produktzustandsverteilung über alle Quantenzustände hinweg - unmittelbar nach der Molekülbildung - nachvollziehen. Die Forscher haben ihre Erkenntnisse in der renommierten Fachzeitschrift "Science" publiziert. Durch die Ergebnisse wird ein tieferes Verständnis zunehmend komplexer chemischer Reaktionen möglich, das zukünftig genutzt werden kann, um Reaktionsprozesse auf Quantenniveau zu steuern.

Einer deutsch-amerikanischen Forschergruppe ist es gelungen, chemische Prozesse mit einer nie dagewesenen Auflösung auf Quantenniveau zu vermessen. Dadurch...

Im Focus: Leoniden 2017: Sternschnuppen im Anflug?

Gemeinsame Pressemitteilung der Vereinigung der Sternfreunde und des Hauses der Astronomie in Heidelberg

Die Sternschnuppen der Leoniden sind in diesem Jahr gut zu beobachten, da kein Mondlicht stört. Experten sagen für die Nächte vom 16. auf den 17. und vom 17....

Im Focus: «Kosmische Schlange» lässt die Struktur von fernen Galaxien erkennen

Die Entstehung von Sternen in fernen Galaxien ist noch weitgehend unerforscht. Astronomen der Universität Genf konnten nun erstmals ein sechs Milliarden Lichtjahre entferntes Sternensystem genauer beobachten – und damit frühere Simulationen der Universität Zürich stützen. Ein spezieller Effekt ermöglicht mehrfach reflektierte Bilder, die sich wie eine Schlange durch den Kosmos ziehen.

Heute wissen Astronomen ziemlich genau, wie sich Sterne in der jüngsten kosmischen Vergangenheit gebildet haben. Aber gelten diese Gesetzmässigkeiten auch für...

Im Focus: A “cosmic snake” reveals the structure of remote galaxies

The formation of stars in distant galaxies is still largely unexplored. For the first time, astron-omers at the University of Geneva have now been able to closely observe a star system six billion light-years away. In doing so, they are confirming earlier simulations made by the University of Zurich. One special effect is made possible by the multiple reflections of images that run through the cosmos like a snake.

Today, astronomers have a pretty accurate idea of how stars were formed in the recent cosmic past. But do these laws also apply to older galaxies? For around a...

Im Focus: Pflanzenvielfalt von Wäldern aus der Luft abbilden

Produktivität und Stabilität von Waldökosystemen hängen stark von der funktionalen Vielfalt der Pflanzengemeinschaften ab. UZH-Forschenden gelang es, die Pflanzenvielfalt von Wäldern durch Fernerkundung mit Flugzeugen in verschiedenen Massstäben zu messen und zu kartieren – von einzelnen Bäumen bis hin zu ganzen Artengemeinschaften. Die neue Methode ebnet den Weg, um zukünftig die globale Pflanzendiversität aus der Luft und aus dem All zu überwachen.

Ökologische Studien zeigen, dass die Pflanzenvielfalt zentral ist für das Funktionieren von Ökosys-temen. Wälder mit einer höheren funktionalen Vielfalt –...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Technologievorsprung durch Textiltechnik

17.11.2017 | Veranstaltungen

Roboter für ein gesundes Altern: „European Robotics Week 2017“ an der Frankfurt UAS

17.11.2017 | Veranstaltungen

Börse für Zukunftstechnologien – Leichtbautag Stade bringt Unternehmen branchenübergreifend zusammen

17.11.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Technologievorsprung durch Textiltechnik

17.11.2017 | Veranstaltungsnachrichten

IHP präsentiert sich auf der productronica 2017

17.11.2017 | Messenachrichten

Roboter schafft den Salto rückwärts

17.11.2017 | Innovative Produkte