Im Rahmen von Forschungen der TU Wien in einer Kooperation mit der Universität Wien und der Universität Siegen wurde eine neuartige Methode angewendet: Man speichert das Licht in einem Resonator, in dem auch die Probe sitzt. Dadurch lässt sich ein klareres Signal erreichen als mit anderen Methoden. "In einem normalen Mikroskop fällt das Licht einmal auf die Probe und gelangt dann in ein Objektiv", sagt Dr. Maximilian Prüfer, der die Studie im Rahmen seines Esprit fellowships des FWF (Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung, Österreich) am Atominstitut der TU Wien geleitet hat. "In unserem Mikroskop platzieren wir die Probe in einem optischen Resonator – zwischen zwei Spiegeln."

Sowohl theoretische Berechnungen, die in Zusammenarbeit mit Thomas Juffmann (Universität Wien) und Stefan Nimmrichter (Universität Siegen) entstanden, als auch Experimente zeigen, dass diese Methode bei gegebener Lichtintensität mehr Information als andere Mikroskopietechniken liefern kann. "Die entscheidende Kennzahl ist die Signal-to-Noise-Ratio, das Verhältnis von erwünschtem Signal und unerwünschtem Rauschen", erklärt Dr. Maximilian Prüfer. "Dieses Verhältnis ist aufgrund der Mehrfach-Streuung bei gleicher Störung der Probe besser als bei anderen Verfahren." Für die Praxistauglichkeit der neuartigen Methode ist allerdings auch entscheidend, wie anfällig sie gegenüber Störungen ist: "Wenn man optische Resonatoren verwendet, so wie wir das machen, ist es oft wichtig, ihre Länge extrem konstant zu halten", sagt Prüfer. "Normalerweise muss man mit großem Aufwand dafür sorgen, dass der Abstand zwischen den beiden Spiegeln höchstens in winzigem Ausmaß variiert, sonst geht der gewünschte Effekt kaputt. Bei unserem Verfahren ist das allerdings nicht so." Der Abstand zwischen den Spiegeln kann auch eine gewisse Instabilität zeigen, ohne dass der Effekt verschwindet. "Das ist wichtig, denn das bedeutet, dass die Methode nicht nur theoretisch funktioniert, sondern in der Praxis mit überschaubarem Aufwand eingesetzt werden kann", so Prüfer.

Publikation:
Lueghamer, O., Nimmrichter, S., Conrad-Billroth, C. et al. Cavity-enhanced continuous-wave microscopy with potentially unstable cavity length. Scientific Reports 15, 27676 (2025). https://doi.org/10.1038/s41598-025-13589-w

Quelle: Technische Universität Wien