OptoFluidische Adaptive Optik (OFAO)

• Antragsteller: Professor Dr. Caglar Ataman
• Fachliche Zuordnung: Mikrosysteme ; Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik ; Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 274458620

Ziel von OFAO ist ein neuartiges adaptives, refraktives System mit einer rekonfigurierbaren Freiformmembran als räumlichem Phasenmodulator. Adaptive Optik (AO) (als leistungsstarke jedoch kostspielige Komponente) wird seit langem erfolgreich in terrestrischen Teleskopen eingesetzt, um atmosphärische Turbulenzen für beugungsbegrenzte Abbildungen auszugleichen. Im Bereich der Lebenswissenschaften wurden zahlreiche AO-Methoden eingeführt, um Auflösung und Kontrast bei lichtmikroskopischen Methoden zu verbessern, speziell bei Tiefenabbildungen in Gewebe. Trotz vielversprechender Ergebnisse konnte sich AO aufgrund hoher Kosten nicht auf breiter Basis durchsetzen. Alle AO-Systeme haben eine ähnliche Architektur, bestehend aus einer komplexen und teuren Kombination einer reflektiven, deformierbaren Spiegelmembran mit einem Wellenfrontsensor. Das vorgeschlagene Projekt bietet einen komplett neuen Ansatz, um den Anwendungsbereich von AO zu erweitern. Dabei werden folgende Schwerpunktbereiche adressiert:- Adaptive, refraktive Oberflächen mit beliebiger Wellenfrontkorrektur: Die Schlüsselkomponente ist eine elastische, elektrisch leitfähige Polymermembran, die eine flüssigkeitsgefüllte Kavität begrenzt. Durch elektrisch leitfähige und optisch transparente Elektroden aus ITO (Indiumzinnoxid) wird die Membran elektrostatisch verformt. Alternativ kann eine isolierende Membran zusammen mit einer ionischen optischen Flüssigkeit eingesetzt werden.- Sensorlose Wellenfrontbestimmung durch inhärente Bildinformation: Sowohl in der Standard- als auch Konfokalmikroskopie existieren effiziente Algorithmen zur Bestimmung der Wellenfrontdeformationen aus den Informationen der Bildebene. OFAO wird diese Methoden adaptieren und mittels AO ein geschlossenes System ohne Wellenfrontsensoren für verschiedene Mikroskopieverfahren im Life-Science-Bereich entwickeln.- Regelalgorithmen und Elektronik: In den Biowissenschaften sind dynamische Echtzeitmessungen mit hoher Abbildungsqualität von höchster Bedeutung. Demzufolge sind schnelle Wellenfrontkorrekturen (wie in vorhandenen AO-Systemen) ein weiteres Ziel von OFAO. Die Herausforderung besteht in der schnellen Übersetzung von Wellenfrontdeformationen in Membranprofile durch das Zusammenwirken der Software mit der Hochspannungsregelung für die Aktuierungselektroden.Durch die mikrooptischen Technologien ergeben sich zum einen neue Möglichkeiten für die Life-Science-Mikroskopie, zum anderen sorgt die hohe Prozessparallelisierung der Mikrosystemtechnik für eine deutliche Kostenreduzierung. Der neue Ansatz bietet eine ideale Lösung, um AO in die Objektivebene zu bringen. Durch die intelligente Kopplung mathematischer Algorithmen zur Wellenfrontkorrektur mit externer Regelelektronik wird über einfache Schnittstellen konventionelle Mikroskopie auf eine andere Ebene mit adaptiver Optik gehoben, wodurch in Echtzeit probeninduzierte, umgebungsabhängige als auch beleuchtungsbezogene Wellenfrontfehler ausgeglichen werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen