mu-MLE

Heutiger Einsatz von Lichtmaschinen

Laser im sichtbaren Spektralbereich bilden die Grundlage für viele Anwendungen in der modernen Mikroskopie und dem industriellen Einsatz der Quantenoptik. In der Mikroskopie werden vor allem sehr preiswerte, kompakte und robuste sichtbare Laserlichtquellen mit moderater optischer Ausgangsleistung benötigt. Die heute verwendeten Lasertechnologien sind aber durch die Bauart bedingt nicht weiter miniaturisierbar, zudem ist der Stromverbrauch sehr hoch und die Geräte können nur in speziell klimatisierten Laborräumen eingesetzt werden. Dies schränkt die Weiterentwicklung vieler Anwendungen in Richtung preiswerter und kompakter Laborgeräte für den Einsatz von Mikroskopen in Arztpraxen sowie die Integration in komplexe quantenoptische Geräte ein.

Zukünftige Lichtmaschinen werden direkt im Steuerungsrechner eingesetzt

Heutige Geräte zur konfokalen Mikroskopie werden aufgrund der komplexen Bauweise vor allem im wissenschaftlichen Umfeld eingesetzt, ein Beispiel ist in Bild 2 (oben) gezeigt. Das System wird in der Regel auf einem Labortisch montiert und benötigt bedingt durch die komplexen Peripheriegeräte einen Platz von mehreren Quadratmetern. Aufgrund der hohen Abwärme der einzelnen Geräte wird zudem ein klimatisierter Arbeitsraum benötigt; die Bedienung des komplexen Systems erfordert einen qualifizierten Techniker. Die Vision zur Reduzierung der Komplexität der Laserlichtquellen ist in Bild 2 dargestellt: Die oben gezeigte Baugröße für die Laserquellen (rot umrandet) kann weitestgehend auf die Größe und Form einer herkömmlichen Grafik Einschubkarte für den Steuerungsrechner reduziert werden. Hier wird die Elektronik nicht mehr in ein teures und komplexes Gehäuse integriert, sondern die miniaturisierten optischen Komponenten und Subsysteme werden direkt auf eine Leiterplatte montiert, die als Einschubkarte für einen herkömmlichen Arbeitsplatzrechner konzipiert wird. Dieser Arbeitsplatzrechner wird bereits heute als Steuerungsrechner in allen Anwendungen verwendet.

Die beiden wesentlichen optischen Subsysteme sind ein miniaturisiertes Modul für die sichtbaren Wellenlängen mit Einkopplung in eine Glasfaser und ein frequenzverdoppelter Laser, um die „sichtbare Lücke“ der Diodenlaser zu schließen. Um diese Ziele zu erreichen, werden neuartige Formen der Mikromontage von optischen Komponenten und Halbleitern untersucht. Die besondere Herausforderung ist dabei die Stabilität der Fasereinkopplung über 5000 h Betriebszeit.

Durch die kompakte Bauweise wird die Robustheit des Systems erhöht, die Kosten der Hardware gesenkt und auch die operativen Kosten (Klimaanlage, Stromverbrauch, Personaleinsatz) deutlich reduziert. Dadurch ergeben sich neue disruptive Anwendungen mit einem hohen Marktpotential: Laborgeräte für die Mikroskopie zum Einsatz in Arztpraxen sowie kompakte und tragbare Atomuhren kommen so in realistische Reichweite.

Im Rahmen des mu-MLE-Projekts haben sich mit den Partnern TOPTICA Photonics AG, Innolume GmbH und Carl Zeiss Microscopy zwei mittelständische Technologieunternehmen und ein Großunternehmen zusammengetan, um diese neuartigen Strahlquellen für robuste und kompakte Lasersysteme auf Halbleiterbasis für Anwendungen in der Mikroskopie und Quantenoptik zu erforschen. Auf der Halbleiterseite wird der Verbund durch die Expertise des Ferdinand-Braun-Institutes in Berlin in einem Unterauftrag unterstützt.

Der Endanwender ZEISS wird den Demonstrator des mu-MLE Systems in einen Mikroskop unter Laborbedingungen testen. Als Gesamtziel soll zum Projektende eine Technologiereife erreicht werden, die als Grundlage für eine nachgelagerte erfolgreiche Produktentwicklung herangezogen werden kann und die Systemintegration in relevante medizinische Anwendungen, wie z.B. in ein ZEISS Laborgerät für die automatisierte Lebendzellmikroskopie, ermöglicht.

Carl Zeiss Microscopy GmbH Jena