Selektive multiphotonische Anregung von Fluorophoren mit phasen- und polarisationsgeformten Laserpulsen (2014)

Das Ziel der Dissertation war es, die Nutzung polarisationsgeformter Pulse für die selektive mehrphotonische Fluoreszenzanregung zu untersuchen. Im ersten Teil der Arbeit wurde ein Verfahren gezeigt, das es ermöglicht, bei endoskopischen Anwendungen, bei denen eine Detektion des Pulses am Faserausgang nicht möglich ist, die Pulsform eines durch eine Hollow-Core- Faser transmittierten Pulses aus einer Rückreflexion des Pulses durch die Faser zu berechnen. Besonders gut funktioniert das Verfahren bei geformten Pulsen, die aus linear entlang den Achsen der Faser polarisierten Subpulsen bestehen. Um die Form von Subpulsen, die durch die Überlagerung zweier entlang jeweils einer der beiden Achsen polarisierten Pulse generiert werden, korrekt zu berechnen, ist hingegen eine deutlich höhere Messgenauigkeit nötig. Jedoch sind für viele Anwendungen, z.B. die selektive Anregung zweier unterschiedlicher Prozesse entlang unterschiedlicher Polarisationsrichtungen oder die kohärente Kontrolle von Molekülen mit Pi-Sigma-Übergängen, gerade Pulse aus orthogonal linear polarisierten Subpulsen von Bedeutung. Im zweiten Teil der Arbeit wurden solche polarisationsgeformten Pulse benutzt, um in einer Mischung aus zwei Farbstoffen beide unter unterschiedlichen Polarisationsrichtungen selektiv anzuregen und ihre Fluoreszenz polarisationsabhängig zu trennen. Nachdem für mehrere Farbstoffe sowohl die Anisotropie in Glycerin als auch die Möglichkeit zur selektiven Anregung mit geformten Pulsen untersucht wurde, wurde hierfür schließlich eine Mischung aus Rhodamin B und Stilben 3 hergestellt. Dabei zeigte sich, dass Stilben 3 zwei verschiedene orthogonal polarisierte Fluoreszenzbänder besitzt, wodurch die gemessene Anisotropie von der Fluoreszenzwellenlänge abhängt. Diese Abhängigkeit ermöglicht es, mit dieser Mischung verschiedene Fälle zu testen. Es konnte gezeigt werden, dass bei stark unterschiedlichen Anisotropien der beiden Fluorophore in der Mischung, bereits bei der Anregung mit einem transformlimitierten, linear polarisierten Puls starke Änderungen des Kontrastes in Abhängigkeit von der Polarisationsrichtung auftreten. Bei Fluorophoren gleicher Anisotropie war es erst durch Verwendung polarisationsgeformter Pulse, möglich eine polarisationsabhängige Kontraständerung zu erzeugen. Im dritten Teil der Arbeit wurde dann untersucht, ob die selben Methoden, die zur selektiven Anregung bei zweiphotonischer Absorption benutzt wurden, auch für die dreiphotonische Absorption funktionieren. Dies wurde durch die selektive Anregung der beiden Laserfarbstoffe BM-Terphenyl und p-Terphenyl experimentell bestätigt. Im letzten Teil der Dissertation wurde dann der Aufbau einer Apparatur zur Erzeugung superfluider Heliumtröpfchen gezeigt. Die Untersuchung der Dynamik von in den Tröpfchen eingelagerten Alkalidimeren und Alkali-Helium-Exciplexen mit Methoden der kohärenten Kontrolle war eigentlich das ursprüngliche Thema dieser Dissertation. Aufgrund zahlreicher Verzögerungen und mangelnder Finanzierung war es im Rahmen der Dissertation jedoch nicht möglich, über das Fertigstellen der Apparatur und erste Vorexperimente hinaus noch Experimente zur kohärenten Kontrolle mit evolutionären Optimierungen durchzuführen. Der nächste wichtige Schritt wäre die Nutzung der in dieser Arbeit entwickelten Methoden bei einer fluoreszenzmikrospischen Anwendung. Dies wird vermutlich in Zusammenarbeit mit der AG Heyne geschehen, in der ein Zweiphotonenmikroskop aufgebaut wurde, bei dem sowohl Phasen- und Amplitudenformung zur selektiven Anregung eingesetzt werdensollen als auch räumliches Shapen mit einem 2D- Pulsformer, um durch STED (Stimulated Emission Depletion) die Auflösung zu verbessern. Ziel dieses Projekts ist es, bei der Zweiphotonenmikroskopie von Gewebe eine bessere Tiefenauflösung zu erreichen. Ein anderes geplantes Projekt ist die Untersuchung und Kompensation des Einflusses der Transmission durch eine Kagome-Faser auf die Pulsform. Dieser Typ von photonischer Kristall-Faser erlaubt die Transmission von Licht in einem deutlich größeren Wellenlängenbereich als die in dieser Arbeit verwendete Hohlkernfaser und würde es ermöglichen die angeregte Fluorezenz durch die Faser zurückzureflektieren. Ebenfalls interessant wäre die Verwendung des in unserer Arbeitsgruppe entwickelten Aufbaus zur Erzeugung geformter Weißlichtpulse für die selektive Anregung, die auf Grund ihrer höheren Bandbreite noch höhere Kontraständerungen ermöglichen könnten. Zuletzt könnte auch die Übertragung der in Kapitel 5 gezeigten Methode zur Beeinflussung des polarisationsabhängigen Kontrastes durch polarisationsgeformte Pulse unter Ausnutzung der Anisotropie auf dreiphotonische Fluorophore interessant sein.