Inelastische Spektroskopie – HOT – Hannoversches Zentrum für Optische Technologien

Link zum optischen Setup

Brillouinstreuung in Pflanzenzellen

Mechanische Eigenschaften beeinflussen das Leben auf jeder Größenordnung. Brillouin-Streuung wird beispielsweise bereits in der Ophthalmologie eingesetzt um die Möglichkeit einer LASIK-Behandlung abzuschätzen. Gegenüber Säugerzellen können Pflanzenzellen hingegen die Richtung des mechanischen Stresses messen. Dies macht die Zellen für die biologische Bildgebung umso interessanter, da zwar bekannt ist wie Pflanzen auf mechanischen Stress reagieren, der mechanische Signalpfad noch nicht erforscht ist.

Durch die Brillouin-Spektroskopie können Versuche an lebenden Pflanzen durchgeführt werden um diese Signalwege zu erforschen. Dazu stehen wir in enger Zusammenarbeit mit dem Institut für Pflanzengenetik. Beispielsweise kann die Brillouin-Streuung als Detektion für die Infektion von Diplocarpon rosae eingesetzt werden. Ziel ist es das Wachstum der Hyphen im Blatt nachzuvollziehen und die Veränderung der Blattmechanik zu vermessen.

Gerade bei biologischen Proben ist die Brillouin-Frequenzverschiebung durch den Wassergehalt der Probe dominiert. Daher arbeiten wir an der Technik über das parallel vermessene Raman-Spektrum den Wassergehalt zu messen und damit die Interpretation der Brillouin-Streuung zu verbessern.

Freuequenzverschiebung 9 Tage nach der Inokulation — Frequenzverschiebung 9 Tage nach der Inokulation von D. rosea. Das Blatt wird weicher, zu sehen an der niedrigeren Frequenzverschiebung.

Brillouin-Streuung in additive gefertigten Wellenleitern

Die additive Fertigung von optischen Elementen eröffnet neue Möglichkeiten in der Miniaturisierung und Entwicklung neuer Detektoren. Für die Fertigung wird die Zwei-Photonen Polymerisation verwendet, die das Drucken von beliebigen Strukturen unterhalb des Auflösungslimit erlaubt. Sie basiert auf der nichtlinearen Absorption von zwei Photonen. Häufig ist eine Nachpolymerisierung der gedruckten Strukturen nötig um die benötigte mechanische Stabilität zu erreichen.

Über das Druckverfahren können zusätzlich neue Strukturen auf den Wavern gefertigt werden, die die akustischen Eigenschaften beeinflussen. Dies wird interessant, wenn die Strukturen in der Größenordnung der Wellenlänge liegen. Dann lassen sich über die periodischen Strukturen spezielle mechanische Dämpfer bauen oder sogenannte phononische Kristalle, die die Wärmeleitung manipulieren.