Optical kerr gate for eliciting axial emitter profiles : design, realization and application

Karras, Christian GND

Ziel dieser Arbeit ist die Evaluierung eines Ansatzes zur molekülspezifischen tiefenaufgelösten Diagnostik der Retina. Dabei soll aus dem Laufzeitunterschied des Fluoreszenzlichtes von Schichten verschiedener Tiefen deren Position bestimmt werden. Bei einer geforderten Ortsauflösung von 10 µm wird eine Zeitauflösung von 100 fs für die Anregung und die Detektion benötigt. Diese lässt sich durch Abtasten des Lichtsignals mit einem schnellen Transmissionsschalters nach fs-Laserpulsanregung realisieren. Optisches Kerrschalten (OKG) wurde als geeigneter Schaltprozess identifiziert. Es wurde der Zusammenhang zwischen den linearen und nichtlinearen optischen Eigenschaften verschiedener Schaltmaterialien und deren Effizienz bzw. der Zeitauflösung beim Schalten spektral breiter Signale analysiert. Ein daraus abgeleitetes optimiertes Bewertungskriterium für OKG berücksichtigt die dispersionsbedingt Begrenzung der Schalteffizienz und die schaltpulsinduzierte Signalabschwächung. Für moderate Schaltpulsintensitäten (500GW/cm2 < I¬G < 700 GW/cm2) zeigt SiO2-Al2O3-La2O3(SAL)-Glas die größten Schalteffizienzen (η>50%) bei Schaltzeiten von 150 fs über einen breiten Spektralbereich. Verschiedene Schichtstrukturen (dünne isolierte Schichten mit unterschiedlichem Emissionszeitverhalten und dicke Schichten) dienten zur Erprobung der Messmethode. Die Genauigkeit der Positionsbestimmung isolierter Schichten beträgt ΔΔz = 2µm. Die erreichte Ortsauflösung liegt im Bereich Δz = 22 – 40 µm und hängt stark vom Signal-zu-Rausch Verhältnis (SNR) der Messung ab. Die gemessene Auflösung ist bereits ausreichend, um die Fluorophorverteilung in der Retina tiefenaufgelöst zu vermessen. Bei einem Testsystem, Cadmiumsulfid-Nanostrukturen zeigte sich erstmals der zeitliche Aufbau von stimulierter Emission zwischen 0.1 ps und 5 ps als Funktion der Anregungsfluenz. Das spektral-zeitliche Emissionsverhalten der Strukturen ist eine Folge von gekoppelten Relaxationsprozessen nach fs-Laseranregung.

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Karras, Christian: Optical kerr gate for eliciting axial emitter profiles. design, realization and application. Jena 2017.

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