Für die Erforschung und Entwicklung fortschrittlicher Sensortechnologien in optischen Glasfasern ist Dr. André Gomes, Wissenschaftler am Leibniz-IPHT, auf der internationalen Konferenz AOP in Guimarães, Portugal, für die beste Doktorarbeit im Bereich Optik und Photonik 2021 geehrt worden. Mit dem Preis würdigt die Portugiesische Gesellschaft für Forschung und Entwicklung im Bereich Optik und Photonik die beste Dissertation an Hochschulen in Portugal. Die Arbeit des Wissenschaftlers legt die Grundlagen für eine neue Generation hochempfindlicher faseroptischer Sensoren mit verbesserten Eigenschaften.
 
In seiner Doktorarbeit mit dem Titel „Fortschrittliche Fasersensortechnologien unter Verwendung von Mikrostrukturen und Vernier-Effekt“ an der Universität Porto, Portugal, sowie am Leibniz-IPHT stellte der Physiker Dr. André Gomes wichtige Weichen für die Sensortechnologie der Zukunft: Ausgeklügelte interferometrische Mikrostrukturen in optischen Mikroglasfasern und -glasfasersonden sowie die Nutzung des optischen Vernier-Effekts bilden die Basis für diese neuartigen und hochempfindlichen faseroptischen Sensoren, die sich durch vielfach verbesserte Sensoreigenschaften, wie erhöhte Sensitivität und Messauflösung, auszeichnen. Damit bieten sie das Potential, in der Biophotonik, den Lebenswissenschaften und der Sensorik eine große Anzahl verschiedener Parameter, wie Feuchtigkeit oder Druck, hochgenau messen zu können.
 
Hierzu kombinierte der aus Portugal stammende Wissenschaftler optische Mikrofasern mit mikrostrukturierten Interferometern. Durch die Anwendung des aus Messschiebern zur Längenmessung und aus der Optik bekannten Vernier-Effekts auf diese mikrostrukturierten Interferometer in optischen Fasern konnte die Leistung bisher bekannter Interferometer bzw. faseroptischer Sensoren hinsichtlich der Empfindlichkeit deutlich gesteigert werden.
 
Interferometer nutzen die Kraft des Lichts, um präzise optische Messungen, zum Beispiel zur Dehnung oder Temperatur, durch die Überlagerung unterschiedlicher Weglängen des Lichts zu realisieren (sogenannte Interferenz). Der Vernier-Effekt basiert auf der Kombination zweier Interferometer mit leicht verschobenen Interferometerfrequenzen, was einem geringen Unterschied in der optischen Weglänge des Lichts zwischen dem Interferometer und dem Messobjekt entspricht. Üblicherweise wird dabei ein Interferometer als messender Sensor verwendet, während ein zweites Interferometer als Referenz dient.
 
Der Leibniz-IPHT-Forschende entwickelte in seiner Doktorarbeit einen neuen Ansatz für eine faseroptische Sensorstruktur im Zusammenhang mit dem Vernier-Effekt. Dieser zeigt, dass beide Interferometer auch sehr unterschiedliche interferometrische Signale und damit sehr unterschiedliche optische Weglängen aufweisen können (sogenannter optisch harmonischer Vernier-Effekt). Auf diese Weise könnten die Empfindlichkeitsgrenzen herkömmlicher Faserinterferometer, aber auch Nicht-Faserinterferometer, überwunden und deutlich höhere Auflösungen von zu messenden Parametern als mit bisherigen Interferometern erzielt werden. Durch die Vergrößerung der optischen Weglänge des Referenzinterferometers um ein bestimmtes Vielfaches, kann der Vernier-Effekt und dadurch die erzielte verbesserte Empfindlichkeit weiter maximiert werden.
 
Damit ließen sich neue Generationen interferometrischer Hochleistungs-Fasersensoren mit beispiellosen Empfindlichkeiten realisieren, die in hochmodernen Anwendungen in der Medizin, Biologie und Chemie zum Einsatz kommen und hinsichtlich ihrer Eigenschaften auf die jeweilige Applikation maßgeschneidert werden können.
 
Der Preis wird jährlich von der Portugiesischen Gesellschaft für Forschung und Entwicklung in den Bereichen Optik und Photonik (Portuguese Society for Research and Development of Optics and Photonics, SPOF) für die beste Doktorarbeit im Bereich Optik und Photonik in ganz Portugal verliehen und ist sowohl mit einem Preisgeld in Höhe von 500 Euro dotiert sowie mit der Möglichkeit, wissenschaftliche Leistungen auf der internationalen Konferenz über Anwendungen im Bereich Optik und Photonik (International Conference on Application of Optics and Photonics, AOP) zu präsentieren, verbunden.
 
Wissenschaftliche Veröffentlichungen
 
Gomes, A. D. et. al, Sensors, Volume 19, Issue 24, 5431, 2019, https://doi.org/10.3390/s19245431
 
Gomes, A. D. et. al, LASER & PHOTONICS Review, Volume 25, Issue 7, 2000588, 2021, https://doi.org/10.1002/lpor.202000588
 
Im Bild:
v. l. n. r.: Prof. Dr. Manuel Filipe Costa, Präsident der Portugischen Gesellschaft für Forschung und Entwicklung in den Bereichen Optik und Photonik (Portuguese Society for Research and Development of Optics and Photonics, SPOF), sowie Dr. André Gomes, Wissenschaftler am Leibniz-IPHT