Selbst-rekonstruierende Laserstrahlen


Jeder Autofahrer kennt die Schwierigkeiten, wenn im Herbst auf nebligen Straßen die Sichtweite unter 50 Meter sinkt. Das Licht der Scheinwerfer wird an den Nebeltröpfchen gestreut und beleuchtet auftretende Hindernisse nicht ausreichend, weil es sie nicht mehr erreicht. Dieses alltägliche Beispiel veranschaulicht ein bedeutendes Problem der Lichtmikroskopie: Bei deren Einsatz in der modernen Zellbiologie streuen dichte Ansammlungen von Tausenden von Zellen das Beleuchtungslicht so stark, dass die Zellen im hinteren Teil des Objekts kaum noch zu sehen sind. Das Konzept selbst-rekonstruierender Laserstrahlen könnte einen verheißungsvollen Lösungsansatz dieser Problematik bieten.

Doktor Alexander Rohrbach, Institut für Mikrosystemtechnik der Universität Freiburg, entwickelt mit seiner Arbeitsgruppe neuartige, unkonventionelle Mikroskopieverfahren: in diesem Fall das von ihnen gebaute Lichtmikroskop, dessen Strahlen sich beim Durchdringen lichtstreuender Materie selbst wieder bündeln. Ihr Verfahren erlaubt nicht nur neue Einblicke in die Physik der komplexen Lichtstreuung, sondern ermöglicht es beispielsweise, circa 50 Prozent tiefer in menschliche Haut hineinzuschauen als bisher mit konventionellen Laserstrahlen. Ihre Neuentwicklung nennen die Autoren MISERB (microscope with self-reconstructing beams).

In mehreren Experimenten konnten die Forscher zeigen, dass sich speziell geformte Laserstrahlen auch dann selbst rekonstruieren können, wenn verschiedene Hindernisse, im Extremfall viele lichtstreuende biologische Zellen, das Profil des Laserstrahls immer wieder zerstören. Die Selbstrekonstruktion funktioniert, weil gestreute Photonen (Lichtquanten) im Zentrum des Strahls kontinuierlich durch neue, von der Seite kommende Photonen ersetzt werden. Erstaunlich ist allerdings, dass die Photonen von der Seite trotz massiver Verzögerungen durch die Streuer alle fast phasengleich im Zentrum eintreffen, um dort ein neues Strahlprofil zu bilden. Die Forscher formten hierzu gewöhnliche Laserstrahlen durch ein computergesteuertes Hologramm, ein Gerät, das die Phase des Lichts verändert, zu sogenannten Bessel-Strahlen um. Deren Phasenquerschnitt entspricht dem Verlauf eines Kegels. Obwohl Bessel-Strahlen als beugungsfreie Strahlen gelten, war bislang völlig unklar, ob und inwieweit sie auch in inhomogener Materie, also dort, wo viel Streuung stattfindet, ihre ursprüngliche Strahlform von alleine zurückgewinnen können.


COMPAMED.de; Quelle: Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau