Nichtlineare Photonik (Prof. Dr. C. Denz)
Licht-Materie-Kontrolle durch komplexe zweidimensionale optische Pinzetten
Optische Techniken, Materie durch die Gradientenkräfte eines Laserstrahls zu fangen, ermöglichen
neuartige, hochparallele und sehr gut kontrollierbare Steuertechniken zum Einfangen von Mikro- und
Nanopartikeln ohne physikalischen Kontakt. Unter ihnen hat die optische Pinzette eine herausragende
Bedeutung erhalten, da sie insbesondere für systembiologische Aufgabenstellungen ganz neue
Perspektiven eröffnet. Eine der vielversprechendsten Eigenschaften entsteht, wenn das zweidimensionale,
die Partikel fangende Feld derart strukturiert wird, dass Vielteilchenpinzetten, optische Rotatoren oder
dynamische Pinzetten mit Dreheigenschaften entstehen. Für
diesen Zweck werden die Phase und Amplitude des Lichtfeldes durch adaptive diffraktive optische Elemente auf
der Basis von Flüssigkristallen oder durch nichtlineare, selbstorganisierte Muster gesteuert. Insbesondere
verkippte Wellenfronten, die durch ihr wirbelartiges Phasenfeld ein Drehmoment auf die Partikel ausüben,
können ausgenutzt werden, um Rotationsbewegungen der Partikel für verschiedenste
Anwendungen zu erzeugen. Ebenso können Mikromaschinen wie z.B. Pumpen von wenigen Mikrometern
Größe gebaut und angetrieben werden.
In diesem kürzlich begonnenen
Projekt werden komplexe zweidimensionale optische Pinzetten mithilfe von holographischen Phasengittern
realisiert. Hiermit ist das kontrollierte Fangen, Bewegen und Manipulieren von kleinsten Nano-Teilchen ebenso
möglich wie die Untersuchung der grundlegenden Effekte optischer Pinzette. Hierzu gehören neben
dem Einfluss der Brown'schen Bewegung auch Fragen der Wechselwirkung einzelner Partikel in
Multi-Partikel-Fallen und die selbstorganisierte Anordnung von Partikeln in Fallen.
Beteiligte Wissenschaftler:
Veröffentlichungen:
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