Aufbau und Charakterisierung eines Anregungsfiltersystems für die laseroptische Tomographie

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung

2 Grundlagen

2.1 Die Weißlichtquelle

2.1.1 Solitonenzerfall als Hauptmechanismus zur Erzeugung des Superkontinuums der Weißlichtquelle von LEUKOS

2.2 Theoretische Grundlagen

2.2.1 Der Gauß-Strahl

2.2.2 Theoretische Berechnung der Strahltaille w0 hinter einer Linse

2.2.3 Die Fehlerfunktion

2.3 Optische Komponenten: Spiegel, Filter und Linsen

2.3.1 Allgemeine Eigenschaften optischer Filtern

2.3.2 Kantenfilter: Kurz- oder Langpassfilter

2.3.3 Funktionsweise eines Interferenzfilters

2.3.4 Der linear variable optische Filter

2.3.5 Zwei lineare Lang- und Kurzpassfilter in Serie

2.3.6 Die achromatische Zylinderlinse

3 Auswahl optischer Komponenten für den Aufbau des Filtersystems

3.1 Reduktion des Infrarotanteils

3.2 Beschreibung der linear variablen Filter und der Verschiebetische

3.3 Auswahlkriterien für die achromatische Zylinderlinse und dessen Funktion im Filtersystem

4 Implementierung des Anregungsfiltersystems

5 Überprüfung des entwickelten Systems

5.1 Spektrum der Weißlichtquelle hinter dem Bereich IR-Filterung

5.2 Linear variable Filter ohne achromatische Zylinderlinse

5.2.1 Charakterisierung der Kantenwellenlängen λK: Langpassfilter

5.2.2 Charakterisierung der Kantenwellenlängen λK: Kurzpassfilter

5.2.3 Erzeugung der minimalen Bandpassbreite durch die linear variablen Filter

5.2.4 Erzeugung eines variablen Bandpasses

5.3 Linear variable Filter mit achromatische Zylinderlinse

5.3.1 Charakterisierung und Einstellung der achromatischen Zylinderlinse in den Strahlengang

5.3.2 Charakterisierung der Kantenwellenlängen λK: Langpassfilter

5.3.3 Charakterisierung der Kantenwellenlängen λK: Kurzpassfilter

5.3.4 Umrechnung der mittels Spektrometer gemessenen Intensität in Leistung

5.3.5 Erzeugung der minimalen Bandpassbreite durch die linear variablen Filter

5.3.6 Erzeugung eines variablen Bandpasses

6 Fazit und Ausblick

Zielsetzung und thematische Schwerpunkte

Das Hauptziel dieser Arbeit ist die Entwicklung und Charakterisierung eines Anregungsfiltersystems für die scannende laseroptische Tomographie (SLOT), das eine effiziente Nutzung einer Weißlichtquelle anstelle von begrenzten Laserdioden ermöglicht. Die Forschungsfrage fokussiert sich darauf, wie der Infrarotanteil der Quelle reduziert werden kann, um eine thermische Schädigung der Proben zu vermeiden, und wie gleichzeitig variable Bandpässe zur gezielten Anregung von Fluorophoren erzeugt werden können.

• Entwicklung eines Filtersystems zur IR-Reduktion mittels Cold Mirrors.
• Einsatz linear variabler Filter zur Erzeugung durchstimmbarer Bandpässe.
• Verwendung einer achromatischen Zylinderlinse zur Strahlformung (Strahlblatt).
• Experimentelle Charakterisierung der Filter und des Gesamtsystems.

Auszug aus dem Buch

Zusammenfassung der Kapitel

1 Einleitung: Einführung in die scannende laseroptische Tomographie (SLOT) und die Motivation zur Entwicklung eines neuen Anregungsfiltersystems für Weißlichtquellen.

2 Grundlagen: Theoretische Herleitung der Superkontinuum-Erzeugung, des Gauß-Strahls und der optischen Filtermechanismen sowie der Interferenzfilter.

3 Auswahl optischer Komponenten für den Aufbau des Filtersystems: Analyse und Auswahl der Komponenten zur Infrarot-Reduktion und zur Erzeugung variabler Bandpässe basierend auf theoretischen Modellen.

4 Implementierung des Anregungsfiltersystems: Dokumentation der konstruktiven Umsetzung des Filtersystems mittels CAD-Design und mechanischem Aufbau.

5 Überprüfung des entwickelten Systems: Experimentelle Evaluierung des Spektrums, Charakterisierung der Filtercharakteristiken und Messung der Bandpass-Eigenschaften mit und ohne Zylinderlinse.

6 Fazit und Ausblick: Zusammenfassende Bewertung der Ergebnisse sowie Möglichkeiten für zukünftige Automatisierungen und Verbesserungen des SLOT-Verfahrens.

Schlüsselwörter

SLOT, scannende laseroptische Tomographie, Weißlichtquelle, Superkontinuum, Anregungsfiltersystem, Kaltspiegel, Interferenzfilter, linear variable Filter, achromatische Zylinderlinse, chromatische Längsaberration, Bandpassfilter, Strahltaille, Solitonenzerfall, Fluoreszenz, Bildgebung.

Häufig gestellte Fragen

Worum geht es in dieser Bachelorarbeit grundsätzlich?

Die Arbeit befasst sich mit der Entwicklung und Charakterisierung eines neuen Anregungsfiltersystems, das eine Weißlichtquelle für die scannende laseroptische Tomographie (SLOT) nutzbar macht, um den nutzbaren Spektralbereich zu erweitern.

Welche zentralen Themenfelder werden bearbeitet?

Zentrale Themen sind die spektrale Filterung von Hochleistungs-Weißlichtquellen, der Schutz biologischer Präparate vor Infrarotstrahlung und die präzise Steuerung der Wellenlängenanregung für Fluoreszenz-Bildgebungsverfahren.

Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage der Arbeit?

Das Ziel ist die Konstruktion eines Systems, das den leistungsstarken Infrarotanteil der Weißlichtquelle minimiert und gleichzeitig variable Bandpässe im sichtbaren Bereich erzeugt, um eine effiziente und flexible Fluorophoren-Anregung zu gewährleisten.

Welche wissenschaftlichen Methoden kommen zum Einsatz?

Die Arbeit kombiniert theoretische Berechnungen (z.B. Gauß-Strahlanalyse, Fehlerfunktion zur Filtercharakterisierung) mit experimentellen Messungen mittels Spektrometern und thermischen Leistungsmessköpfen.

Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?

Der Hauptteil umfasst die detaillierte Komponentenauswahl (Spiegel/Filter), die mechanische Implementierung in ein lichtdichtes Gehäuse sowie eine umfassende experimentelle Überprüfung der Filterleistung unter verschiedenen Bedingungen.

Welche Schlüsselbegriffe charakterisieren die Arbeit?

Wichtige Begriffe sind SLOT-Verfahren, Superkontinuum, Cold Mirrors, linear variable Filter, achromatische Zylinderlinse und Strahlformung.

Warum wird eine achromatische Zylinderlinse im Filtersystem verwendet?

Sie dient dazu, den Laserstrahl zu einem Strahlblatt zu formen, wodurch ein wesentlich schmalerer Bandpass auf den linear variablen Filtern erreicht werden kann, als dies mit einem runden Strahl möglich wäre.

Was ist die Schlussfolgerung bezüglich des erzielten Bandpasses?

Das entwickelte System ermöglicht die Einstellung eines schmalen Bandpasses, wobei die achromatische Zylinderlinse die Bandbreite gegenüber dem System ohne Linse signifikant reduziert, auch wenn experimentelle Abweichungen von der Theorie auftraten.

Warum ist die Reduktion des Infrarotbereichs essenziell für SLOT?

Ohne die Reduktion würde die hohe Infrarotstrahlung der Weißlichtquelle zu einer starken Erhitzung und Zerstörung der biologischen Präparate führen, was eine dreidimensionale Bildgebung unmöglich machen würde.