Modellauge soll Operationstechnik optimieren

Extrem kurze Laserpulse zwingen das menschliche Auge zur Kapitulation. Die kürzesten bestehen nur aus ein bis zwei Schwingungen des Lichts, ihre Dauer liegt bei einem Millionstel einer Milliardstel Sekunde, und ihr Feld ist von Natur aus asymmetrisch. „Solche Extreme vermag selbst die Elektronik nicht mehr zu messen“, sagt Prof. Dr. Gerhard Paulus von der Universität Jena.

Sein Team vom Lehrstuhl für Nichtlineare Optik setzt deshalb auf ein quantenoptisches System, um diese ultrakurzen Laserpulse exakt vermessen zu können. Dabei machen sich die Physiker die Eigenschaft von Gasen zunutze, beim Beschuss mit Lasern Elektronen zu emittieren. In dem von Prof. Paulus und seiner fünfköpfigen Arbeitsgruppe entwickelten „Phasenmeter“ wird der ultrakurze Laserpuls durch das Edelgas Xenon geleitet.

„Wir nutzen die asymmetrische Emission von Photoelektronen, um die Phase, die Pulsdauer und -intensität zu messen“, sagt Gerhard Paulus. Asymmetrische Emission heiße, dass verschieden viele Elektronen in entgegengesetzter Richtung davonfliegen – ein Effekt, der nur bei den kürzesten Pulsen zu beobachten sei. Dieser Effekt wird von dem Messgerät erfasst und ausgewertet.

Das „Phasenmeter“ präsentieren die Physiker von der Universität Jena vom 13. bis 16. Mai 2013 auf der „Laser World of Photonics“ in München in Halle C1 am Stand „Forschung für die Zukunft“, der von den Ländern Sachsen, Thüringen und Sachsen-Anhalt gemeinsam betrieben wird. Ziel sei es, so Tim Rathje aus der Arbeitsgruppe von Paulus, das neu entwickelte Gerät Forschungseinrichtungen weltweit anzubieten. Um die Idee zu schützen, wurden bereits drei Patente angemeldet.

Während die Arbeitsgruppe von Prof. Paulus in der Grundlagenforschung tätig ist, werden sich das „Abbe Center of Photonics“ (ACP) und das Institut für Angewandte Physik (IAP) der Universität Jena in München u. a. mit Laseranwendungen vorstellen. So präsentieren Wissenschaftler der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Stefan Nolte ein Modellauge, das der Untersuchung optischer Nebeneffekte nach Behandlung mit ultrakurzen Laserpulsen dient. Das Modell besteht – analog zum menschlichen Auge – aus einer transparenten künstlichen Hornhaut, Linse sowie einer Iris, während die hintere Augenkammer mit Wasser gefüllt ist. Als Ersatz für die Netzhaut verwenden die Forscher einen Kamera-Sensor. Mit Hilfe des Sensors kann die Umgebung abgebildet werden und es lassen sich spezielle Testtafeln analysieren.

Tests haben gezeigt, dass durch Lichtbeugung nach Laserbehandlungen an der Linse des Auges z. B. Regenbogeneffekte auftreten können. „Diese unerwünschten Nebeneffekte können wir mit dem Modellauge simulieren“, sagt Dr. Roland Ackermann vom Institut für Angewandte Physik der Uni Jena. Ziel sei es, laserchirurgische Eingriffe zu optimieren, mit denen sich die Alterssichtigkeit korrigieren lässt. Im Gegensatz zu Laserbehandlungen der Hornhaut werden derartige Laser-Eingriffe an der Augenlinse noch nicht klinisch durchgeführt.

Dieses Forschungsvorhaben läuft im Rahmen des internationalen Stipendienprogramms „Green Photonics“, welches Teil des vom Land Thüringen und dem Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderten Kompetenzdreiecks „OptiMi“ ist. OptiMi ist in München ebenso vertreten wie das Abbe Center of Photonics. In diesem bundesweit einmaligen interdisziplinären Zentrum arbeiten Physiker, Materialwissenschaftler, Chemiker, Biologen und Mediziner gemeinsam mit der Optik- und Photonikindustrie an Zukunftstechnologien, die sich der Möglichkeiten des Lichts bedienen.
Kontakt:
Prof. Dr. Gerhard G. Paulus
Institut für Optik und Quantenelektronik der Friedrich-Schiller-Universität Jena
Max-Wien-Platz 1, 07743 Jena
Tel.: 03641 / 947200
E-Mail: gerhard.paulus[at]uni-jena.de
Dr. Roland Ackermann
Institut für Angewandte Physik, Abbe Center of Photonics
Friedrich-Schiller-Universität Jena
Max-Wien-Platz 1, 07743 Jena
Tel.: 03641 / 947821
E-Mail: Roland.Ackermann[at]uni-jena.de