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Arbeitsgruppe Hybride Fasern

Wissenschaftliches Profil

Die Arbeitsgruppe konzentriert sich auf grundlagenorientierte wie auch anwendungsbezogene Fragestellungen der Licht-Materie-Wechselwirkung auf Basis von Hybriden Glasfasern und deren Anwendung in den Bereichen der Biophotonik, Lebenswissenschaften und Sensorik. Hybride Glasfasern stellen eine neuen Typ von optischen Glasfaser dar, welche spezielle Materialen oder photonische Elemente erhalten, um für die Faseroptik bisher nicht adressierbare physikalische Effekte oder Anwendungen zugänglich zu machen. Beispiele für konkrete Anwendungen liegen in den Bereichen nichtlinearen Lichtgeneration in optofluidischen Fasern, Einzel-Virendetektion, plasmonische Nahfeldsonden, Bioanalytik, Metaoberflächen, optofluidische Sensorik und neuartige mikrostrukturierte Hohlkernfaserstrukturen für Wellenleitung in bisher ungenutzten Spektralbereichen wie dem Ultravioletten und dem mittleren Infraroten.

Forschungsthemen

  • Nichtlineare Lichtgeneration mittels optofluidischer Fasern
  • Detektion und Fangen von einzelnen diffundierenden Mikro- und/oder Nanoobjekten in Fasern oder vor Faserendflächen
  • Mit Nanostrukturen (z.B. Metasurfaces) funktionalisierte Faserendflächen
  • Hohlkernfasern- und wellenleiter
  • Mikrostrukturierte Fasern, photonische Kristallfasern, Lichtkäfige

Die Adressierung der erwähnten Forschungsthemen wird wesentlich durch die am Leibniz-IPHT vorhandene Infrastruktur und Expertise im Bereich Faseroptik und Biophotonik ermöglicht und zielt darauf ab, neue physikalische Effekte aufzuzeigen und neue Anwendungsfelder zu erschließen.

Anwendungsbereiche 

  • Hochkohärente Lichtquellen in einer Vielzahl von Spektralbereichen (UV, VIS, NIR, MIR)
  • Bioanalytik und –sensorik (z.B. Analyse von einzelnen biologisch relevanten Nano-Objekten in wässriger Lösung)
  • Funktionalisierte Faserendflächen (z.B. Einkopplung in Fasern bei extrem hohen Winkeln)
  • Faserintegrierte Spektroskopie
  • Nahfeldmikroskopie

Themenbereiche

 Nichtlineare Lichtgeneration mittels optofluidischer Fasern

Aufgrund ihrer weiten Transmissionsbandbreite, der hohen und stark retardierten Nichtlinearität bieten Flüssigkeiten in Fasern eine neuartige Plattform für die Solitonen-basierte nichtlineare Lichtgeneration. Insbesondere die Anregung neuer solitonischer Zustände und Anwendungen als Lichtquelle für das mittlere Infrarote stehen dabei im Vordergrund.

 Einzeldetektion von Nanoobjekten

Die Detektion und optische Analyse einzelner Nanoobjekte, wie Viren oder Nanopartikel, spielen eine zunehmend wichtige Rolle in den Lebenswissenschaften und der Diagnostik von Krankheiten. Die aktuelle Forschung der Gruppe zielt ab auf elastische Lichtstreuung in Nanobore-Fasern, um frei diffundierende Nanoobjekte wie Viren mit Durchmessern im Sub-20nm-Bereich zu detektieren.

 Nanostrukturen auf Faserendflächen

Einer der derzeit aktivsten und faszinierendsten Bereiche innerhalb der Nanophotonik stellen Metaoberflächen dar, welche es durch gezieltes Einstellen der Einzelstreuelemente ermöglichen, verschiedenste optische Bauelemente, wie ultraflache planare Linsen oder plasmonische Partikelfallen zu generieren. Die Gruppe fokussiert sich hierzu derzeit auf inverse Metaoberflächen, plasmonische Partikelfallen und quasi elektro-statische Paul-Fallen in Verbindung mit optischen Fasern.

 Plasmonische Fasern

Die Verbindung Plasmonik und optischen Glasfasern ermöglicht die Integration von Nanosonden auf Basis einer flexible Wellenleiterplattform. Die Gruppe fokussiert sich einerseits auf das Einbringen von plasmonischen Nanopartikeln in verschiedenste mikrostrukturierte Fasern, um Krankheitserreger effektiv zu detektieren. Weiterhin werden plasmonische Nanosonden an Faserendflächen generiert, um das derzeitige Auflösungsvermögen der Nahfeldmikroskopie zu brechen.

 Hohlkernfasern

Hohlkernfasern repräsentieren eines der aktivsten Forschungsfelder im Bereich der Faseroptik. In der Gruppe werden dahingehend neue Konzepte wie Mantelmaterialien aus hochdichten Nanodrahtgittern (sog. „unbegrenzte“ Metamaterialien), Hohlkernfasern mit maßgeschneiderter Unordnung im Mantelbereich oder freistehende Nanodrahtgitter mit Defektkernen untersucht, welche aufgrund großer Kerndurchmesser insbesondere für die Spektroskopie und nichtlineare Lichtgeneration geeignet sind.

 

Die Gruppe ist angesiedelt am IPHT, welches innerhalb Europas eine einzigartige Infrastruktur zum Herstellen von nano- und mikrostrukturierten optischen Fasern und deren Charakterisierung besitzt. Die Gruppe ist weltweit vernetzt und besitzt enge Kooperationen zu Partnern an der lokalen Universität.

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