Von bioinspirierten Kameras und Atomvibrationsbildern

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f o k us
Photonik
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Vorbericht zur IEEE Photonics Conference 2013 – 8. bis 12. September 2013 in Bellevue/USA
Von bioinspirierten Kameras und
Atomvibrationsbildern
Die IPC-2013 findet vom 8. bis 12. September im Hyatt-Regency-Hotel in Bellevue im US-Bundesstaat
Washington statt. In Plenarsitzungen und Vorträgen werden anerkannte Experten den internationalen
Zuhörern neueste Erkenntnisse und wichtige Neuentwicklungen aus der Photonik vorstellen.
» Henning Wriedt, USA-Korrespondent
Professor John Rogers von der University of
Illinois, ein Experte im Bereich physikalisch
flexibler Elektronik, wird über bioinspirierte
Kameras referieren. Biologische Bildsysteme
verwenden Designprinzipien mit den Spezifikationen Sehfelder, Gleichmässigkeit der
Ausleuchtung, Bewegungsschärfe und Korrekturgenauigkeit, die mit herkömmlichen
Technologien nur sehr schwer oder überhaupt nicht realisierbar sind.
Der Vortrag beschreibt unter anderem
die Arbeit an Kameras, die ein kurvenförmiges Layout adaptieren, das sich auf
die Augen von Säugetieren und Insekten bezieht. Weitere Erläuterungen betreffen die
entsprechenden Materialwissenschaften
und die anfallende Mechanik, unterstützt
durch Modellierungen und experimentelle
Studien im Hinblick auf Geometrien, die die
Augen des Menschen und der Fliegen nachempfinden.
«Lab-on-Chip»- und «Point-of-Care»Anwendungen
Roel Baets von der Ghent University und
IMEC wird den Stand der Silizium-Photonik
diskutieren, eine Bezeichnung für die Serienproduktion von Photonik-Bauelementen mit
der kostengünstigen CMOS-IC-Fertigung.
Silizium-Photonik kann einen Durchbruch
für kostensensible Applikationen sein, speziell für «Lab-on-Chip»-Anwendungen oder
auch in der medizinischen Diagnostik, wo
man anfallende Kosten besonders niedrig
halten muss.
Im Mittelpunkt des Vortrages stehen
biomedizinische Applikationen auf einer
Silizium-Photonik-Plattform. Das betrifft Bio-
extrem kurzen und starken Laserimpulsen
arbeitet. Mit der LIED-Technik baute Professor DiMauro eine auf Elektronen basierende
«Kamera», die Verschlusszeiten aufweist, die
mit den Zeitabläufen von Atombewegungen
vergleichbar ist. Damit gelang dem Forscher
zum ersten Mal, «eingefrorene» Standbilder
von Atomvibrationen in einfachen Sauerstoffund Stickstoffmolekülen aufzunehmen.
Die LIED-Technik funktioniert so: Das oszillierende elektrische Feld eines Laserimpulses
koppelt Energie in ein Molekül und reisst dabei ein Elektron heraus. Wenn das elektrische
Feld später seine Richtung ändert, wird das
Elektron in das Molekül zurückgegeben. Dabei
wirkt es wie eine Blitzbirne und erleuchtet die
Atombewegungen des Moleküls. Die erzielten
Auflösungen befinden sich im Femtosekundenbereich.
Darstellung der LIED-Technik
sensoren, Gassensoren für die Atemanalyse,
Laser-Doppler-Vibrometrie für die Blutpulsgeschwindigkeit, optische Kohärenz-Tomografie, kontinuierliche Glukosemessung und
vieles mehr.
«Eingefrorene» Bilder von
Atomvibrationen
Wenn man die Umwandlung der Moleküle
sehen könnte, die während chemischer Reaktionen auftritt, dann könnte man eben
diese Transformationen eines Tages auch
optimieren. Professor Louis DiMauro von
der Ohio State University entwickelte hierfür
eine spezielle Bildtechnologie, genannt LIED
(Laser-Induced Electron Diffraction), die mit
InP-IC für signaltransfers
mit 112 Gb/s
Kohärente Optosignale können zwar die
Übertragungskapazitäten von Glasfaserstrecken erheblich erhöhen, aber diese Effizienzsteigerung bringt eine erhöhte Komplexität
und Kosten bei den notwendigen optoelektronischen Sendern und Empfängern mit sich.
Ein Team von OneChip Photonics, Inc.
wird hierfür eine Problemlösung beschreiben, und zwar ein InP-Photonik-IC für
112 Gb/s DP-QPSK-Signale im C-Band. Der
6,75-mm²-Chip wird mit kostengünstigen
Herstellungsverfahren gefertigt und integriert aktive und passive Bauelemente auf
einem InP-Substrat, wie zum Beispiel zwei
hybride 90°-Hybridmixer und acht 23-GHzFotodetektoren.
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Polyscope 15/13