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 Forscher untersuchten Wechselwirkungen in künstlichen Systemen
24.09.2018 | Universität Leipzig

nachricht Wie Magnetismus entsteht: Elektronen stärker verbunden als gedacht
21.09.2018 | Forschungszentrum Jülich

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: Neue Therapien bei Gefäßerkrankungen

Auf der Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Angiologie (DGA) vom 12. bis 15. September in Münster stellten Gefäßspezialisten aus ganz Deutschland die neuesten Therapien bei Gefäßerkrankungen vor. Vor allem in den Bereichen periphere arterielle Verschlusskrankheit (pAVK) und venöse Verschlusskrankheiten wie die Tiefe Venenthrombose (TVT) gibt gute Neuigkeiten für die Patienten. Viele der 720 Gefäßspezialisten, die an der Jahrestagung teilnahmen, stellten neueste Studienergebnisse vor.

Millionen Menschen leiden in Deutschland unter Gefäßerkrankungen, allein rund fünf Millionen unter der „Schaufensterkrankheit“, medizinisch periphere...

Im Focus: Wie Magnetismus entsteht: Elektronen stärker verbunden als gedacht

Wieso sind manche Metalle magnetisch? Diese einfache Frage ist wissenschaftlich gar nicht so leicht fundiert zu beantworten. Das zeigt eine aktuelle Arbeit von Wissenschaftlern des Forschungszentrums Jülich und der Universität Halle. Den Forschern ist es zum ersten Mal gelungen, in einem magnetischen Material, in diesem Fall Kobalt, die Wechselwirkung zwischen einzelnen Elektronen sichtbar zu machen, die letztlich zur Ausbildung der magnetischen Eigenschaften führt. Damit sind erstmals genaue Einblicke in den elektronischen Ursprung des Magnetismus möglich, die vorher nur auf theoretischem Weg zugänglich waren.

Für ihre Untersuchung nutzten die Forscher ein spezielles Elektronenmikroskop, das das Forschungszentrum Jülich am Elettra-Speicherring im italienischen Triest...

Im Focus: Erstmals gemessen: Wie lange dauert ein Quantensprung?

Mit Hilfe ausgeklügelter Experimente und Berechnungen der TU Wien ist es erstmals gelungen, die Dauer des berühmten photoelektrischen Effekts zu messen.

Es war eines der entscheidenden Experimente für die Quantenphysik: Wenn Licht auf bestimmte Materialien fällt, werden Elektronen aus der Oberfläche...

Im Focus: Scientists present new observations to understand the phase transition in quantum chromodynamics

The building blocks of matter in our universe were formed in the first 10 microseconds of its existence, according to the currently accepted scientific picture. After the Big Bang about 13.7 billion years ago, matter consisted mainly of quarks and gluons, two types of elementary particles whose interactions are governed by quantum chromodynamics (QCD), the theory of strong interaction. In the early universe, these particles moved (nearly) freely in a quark-gluon plasma.

This is a joint press release of University Muenster and Heidelberg as well as the GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt.

Then, in a phase transition, they combined and formed hadrons, among them the building blocks of atomic nuclei, protons and neutrons. In the current issue of...

Im Focus: Der Truck der Zukunft

Lastkraftwagen (Lkw) sind für den Gütertransport auch in den kommenden Jahrzehnten unverzichtbar. Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen der Technischen Universität München (TUM) und ihre Partner haben ein Konzept für den Truck der Zukunft erarbeitet. Dazu zählen die europaweite Zulassung für Lang-Lkw, der Diesel-Hybrid-Antrieb und eine multifunktionale Fahrerkabine.

Laut der Prognose des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur wird der Lkw-Güterverkehr bis 2030 im Vergleich zu 2010 um 39 Prozent steigen....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

4. BF21-Jahrestagung „Car Data – Telematik – Mobilität – Fahrerassistenzsysteme – Autonomes Fahren – eCall – Connected Car“

21.09.2018 | Veranstaltungen

Forum Additive Fertigung: So gelingt der Einstieg in den 3D-Druck

21.09.2018 | Veranstaltungen

12. BusinessForum21-Kongress „Aktives Schadenmanagement"

20.09.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Mit traditionellen Methoden gegen extreme Trockenheit

24.09.2018 | Geowissenschaften

Europäische Spitzenforschung auf der EuMW

24.09.2018 | Messenachrichten

Neue Therapien bei Gefäßerkrankungen

24.09.2018 | Medizintechnik

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics