Optische Mikroresonatoren ermöglichen den Einschluss und die Speicherung von Licht in einem Raum, dessen Größe geringer ist als der Durchmesser eines Haares. Mit ihrer Hilfe lassen sich grundlegende physikalische Effekte auf den Gebieten der Optik und der Quantenphysik untersuchen. Der Lichteinschluss in Mikroresonatoren basiert auf dem einfachen Prinzip der Totalreflexion. Licht wird an der Oberfläche des Resonators zurückgeworfen und so im Inneren des Resonators eingeschlossen. Dabei verlaufen die Lichtstrahlen entlang des Randes der Resonatoren und werden dort lange Zeit gespeichert, was zu einer hohen optischen Güte führt (optische Flüstergalerien).

Gemeinsam ist es nun der Arbeitsgruppe um Professor Heinz Kalt, Institut für Angewandte Physik am Center for Functional Nanostructures und der Nachwuchsgruppe um Doktor Timo Mappes, Institut für Mikrostrukturtechnik, gelungen, neuartige kelchförmige Mikroresonatoren herzustellen. Erreicht wurde dies mithilfe eines speziell entwickelten thermischen Aufschmelzverfahrens. Die Mikrokelche bestehen aus Polymer und haben Durchmesser von 40 Mikrometern. Sie besitzen eine extrem glatte Oberfläche und sind dadurch enorm leistungsfähig.

Zwei Anwendungen sind möglich. Die Mikrokelche können als Laser-Lichtquellen oder als Detektoren zum markerfreien Nachweis von Biomolekülen oder Gefahrstoffen verwendet werden. Markerfreie Nachweise sind besonders vorteilhaft, da sie ohne chemische oder biologische Probenaufbereitung auskommen. Das Ziel ist es nun, Lichtquelle und Detektor zusammen auf einem Chip zu integrieren, um ein sogenanntes Lab-on-Chip-System zu bilden.

Die hohe Resonatorqualität hat noch einen Vorteil: „Wir können den Laser mit geringer Energiezufuhr betreiben, was die Verwendung von Mikrokelch-Lasern in Bauteilen sehr attraktiv macht“, erklärt der Physiker Tobias Großmann, Mitarbeiter beider Arbeitsgruppen. Für die Lichtverstärkung bauen die Forscher organische Farbstoffe in die Polymer-Kelche ein. Durch die Anpassung der Farbstoffkonzentration lässt sich die Emissionswellenlänge der Laser ändern und somit deren Farbe anpassen.

COMPAMED.de; Quelle: Karlsruher Institut für Technologie