https://www.db-thueringen.de/receive/dbt_mods_00069120https://www.db-thueringen.de/servlets/MCRFileNodeServlet/dbt_derivate_00070485/Dissertation_TobiasGaebler_2025.pdfhttps://www.db-thueringen.de/rsc/thumbnail/dbt_mods_00069120.png 2026 J 47 text thesis thesis Fundamental and applied aspects of fluorescence microscopy with entangled light Gäbler, Tobias aut Author 1356719066 0000-0003-4874-428X Gäbler Tobias 10.22032/dbt.69120 Tünnermann, Andreas rev Reviewer 113119321 52360863 Tünnermann Andreas Soavi, Giancarlo rev Reviewer 122168065X 4032160606842716300003 0000-0003-2434-2251 Soavi Giancarlo urn:nbn:de:gbv:27-dbt-69120-8 León-Montiel, Roberto de Jesus rev Reviewer 1374206695 0000-0002-3045-3604 León-Montiel Roberto de Jesus 2025 Jena 2025 2025-12-17 128 Seiten en 530 his Host institution Fluoreszenzmikroskopie Quantentechnologie Fluoreszenzmikroskopie ist ein wichtiges Instrument in der Material- und biomedizinischen Forschung. Dabei wurden spezialisierte bildgebende Verfahren für unterschiedliche Fragestellungen entwickelt. Jedes fluoreszenzmikroskopische Verfahren bietet eigene Vorteile, etwa ein hohes axiales und laterales Auflösungsvermögen oder die Möglichkeit, chemische Eigenschaften von Proben zu untersuchen. Allerdings besitzt jede Methode auch einschränkende Nachteile. Zwei limitierende Effekte sind dabei Photobleichung und -toxizität. Photobleichung reduziert die Fluoreszenzemission dauerhaft, während Phototoxizität biologische Prozesse beeinträchtigt. Da beide Effekte mit der Anregungsintensität skalieren, muss die Bestrahlung minimiert werden, ohne das Signal-Rausch-Verhältnis zu verschlechtern. Aufgrund seiner besonderen Quanteneigenschaften kann verschränktes Licht dieses Ziel erreichen. Insbesondere führt verschränktes Licht zu einer linearen Fluoreszenzrate, kohärentes Licht hingegen zu einer quadratischen. Dadurch steigt die Fluoreszenzemission insbesondere von biologischen Proben bei geringen Anregungsintensitäten deutlich an. Die Energie-Zeit-Korrelation verschränkten Lichts ermöglicht zudem spektroskopische und zeitaufgelöste Messungen. Aus diesem Grund ist ihre experimentelle Realisierung, gefolgt von anwendungsorientierten Implementierungen, ein erstrebenswertes Ziel. Diese Dissertation betrachtet daher die wesentlichen Aspekte und untersucht die experimentelle Umsetzung zweier Methoden: der verschränkten Zwei-Photonen-Fluoreszenzmikroskopie und der verschränkten Fluoreszenzlebensdauermikroskopie. Sie umfasst eine theoretische Einführung in die Erzeugung von Fluoreszenz durch verschiedene Lichtzustände, die Entwicklung einer leuchtstarken Quelle verschränkten Lichts sowie Machbarkeitsstudien zu beiden Methoden. Die Ergebnisse zeigen, dass verschränkte Zwei-Photonen-Fluoreszenz trotz optimierter Quellen aufgrund der geringen Anzahl verschränkter Photonen derzeit technisch nicht realisierbar ist. Die Fluoreszenzlebensdauer konnte hingegen erfolgreich bestimmt werden. Diese Methode verbessert das Signal-Rausch-Verhältnis und die Messgenauigkeit gegenüber klassischen Ansätzen. Auf Grundlage der präsentierten Ergebnisse werden zudem die nächsten Schritte zur anwendungsorientierten Realisierung der verschränkten Fluoreszenzmikroskopie diskutiert. Fluorescence microscopy is an important tool in material and biomedical research. However, photobleaching and phototoxicity strongly constrain its use, particularly for investigations in living systems. As both effects scale with light intensity, reducing the excitation power preserving the signal-to-noise ratio is crucial. Entangled light offers the potential to achieve this goal because of its unique quantum properties. In particular, entangled light leads to a linear two-photon fluorescence rate, unlike the quadratic scaling in the case of excitation with coherent light. This results in a significant enhancement of fluorescence emission, especially from biological samples, at low excitation intensities. Moreover, the inherent energy-time correlation of entangled light enables spectroscopic and time-resolved fluorescence measurements. For these reasons, their initial experimental realization, followed by application-oriented implementations, is desirable. This thesis explores important aspects and demonstrates the experimental realization of two different methods driven by entangled light: entangled two-photon fluorescence microscopy and entangled fluorescence lifetime imaging microscopy. It includes a theoretical introduction to the generation of fluorescence by various excitation light states, the development of a bright entangled light source, and feasibility tests of both methods. The results show that entangled two-photon fluorescence is currently not technically feasible because of the low number of entangled photons available despite an optimized source. In contrast, the determination of fluorescence lifetimes is successfully demonstrated with significant improvements in signal-to-noise ratio and measurement accuracy compared to classical fluorescence lifetime imaging microscopy. Based on the presented findings, this thesis outlines the necessary next steps toward the application-oriented realization of fluorescence microscopy with entangled light. Dissertation, Friedrich-Schiller-Universität Jena, 2025 http://uri.gbv.de/document/gvk:ppn:1950841812 dbt_mods_00069120