Die scannende laseroptische Tomographie (SLOT) (engl.: Scanning Laser Optical Tomography) ist ein Bildgebungsverfahren, welches am Laser Zentrum Hannover e.V. erforscht wurde und eine Weiterentwicklung der optischen Projektionstomographie (OPT) ist. Zur effizienten Erzeugung eines breiten Spektralbereichs für das SLOT-Verfahren wurde ein Filtersystem konstruiert, welche die Weißlichtquelle an das SLOT-System koppelt. Das SLOT-Verfahren nutzt zur dreidimensionalen Bildkonstruktion die Anregung sogenannter Fluorophore in mesoskopischen Präparaten mit sichtbarem Licht. Dieses sichtbare Laserlicht wird mittels Laserdioden erzeugt, deren mögliche Anzahl im SLOT-Aufbau jedoch begrenzt ist und so nicht der ganze sichtbare Spektralbereich genutzt werden kann. Mit einer Weißlichtquelle kann ein breiter Spektralbereich ohne die Verwendung zusätzlicher Laserdioden abgedeckt werden. Anforderungen erfordern für das SLOT-Verfahren einen sicheren Umgang mit der Weißlichtquelle, eine Reduzierung des Infrarotbereichs, um ein Erhitzen der Präparate zu verhindern, und eine Erzeugung variabler Bandpässe, um den sichtbaren Wellenlängenbereich einzustellen. Hierzu wurde im Rahmen dieser Bachelorarbeit ein Anregungsfiltersystem konzipiert und aufgebaut.
Im Bereich IR-Filterung des Anregungsfiltersystems wurden vier Cold Mirrors verbaut. Theoretische Berechnungen ergaben für den Spektralbereich von 400nm bis 800nm eine Reduktion von 19,74% und von 800nm bis 2400nm eine Reduktion von 99,98%. Um den sichtbaren Spektralbereich einzustellen, wurden zwei in Serie geschaltete linear variable Filter in den Bereich Variabler Bandpass installiert, die durch Verschiebung den Spektralbereich selektieren. Diese Filter wurden charakterisiert und deren Kantenwellenlängen ermittelt. Um möglichst schmale Bandpässe zu erzeugen, wurde eine achromatische Zylinderlinse vor die linear variablen Filter installiert. Diese erzeugt ein Strahlblatt, welches einen geringeren Bereich auf diesen Filtern abdeckt.
Die anschließende Leistungsmessung ergab im Spektralbereich von 430nm bis 710nm eine reduzierte Leistung von 78,45mW. Entgegen der Erwartung weicht nicht nur der theoretisch ermittelte Spektralbereich vom experimentell ab, sondern auch die erwartete Gesamtleistung um 70,08%. Trotz dieser Abweichungen eröffnet dies die Möglichkeit einer effizienteren Anregung von Fluorophoren, wodurch ein stärkeres Fluoreszenzsignal generiert werden kann und zu einem besseren Kontrast im Bild führt.
Inhaltsverzeichnis
- 1 Einleitung
- 2 Grundlagen
- 2.1 Die Weißlichtquelle
- 2.1.1 Solitonenzerfall als Hauptmechanismus zur Erzeugung des Superkontinuums der Weißlichtquelle von LEUKOS
- 2.2 Theoretische Grundlagen
- 2.2.1 Der Gauß-Strahl
- 2.2.2 Die Fehlerfunktion
- 2.2.3 Theoretische Berechnung der Strahltaille wo hinter einer Linse
- 2.3 Optische Komponenten: Spiegel, Filter und Linsen
- 2.3.1 Allgemeine Eigenschaften optischer Filtern
- 2.3.2 Kantenfilter: Kurz- oder Langpassfilter
- 2.3.3 Funktionsweise eines Interferenzfilters
- 2.3.4 Der linear variable optische Filter
- 2.3.5 Zwei lineare Lang- und Kurzpassfilter in Serie
- 2.3.6 Die achromatische Zylinderlinse
- 2.1 Die Weißlichtquelle
- 3 Auswahl optischer Komponenten für den Aufbau des Filtersystems
- 4 Implementierung des Anregungsfiltersystems
- 5 Überprüfung des entwickelten Systems
- 5.1 Spektrum der Weißlichtquelle hinter dem Bereich IR-Filterung
- 5.2 Linear variable Filter ohne achromatische Zylinderlinse
- 5.2.1 Charakterisierung der Kantenwellenlängen λk: Langpassfilter
- 5.2.2 Charakterisierung der Kantenwellenlängen λk: Kurzpassfilter
- 5.2.3 Erzeugung der minimalen Bandpassbreite durch die linear variablen Filter
- 5.2.4 Erzeugung eines variablen Bandpasses
- 5.3 Linear variable Filter mit achromatische Zylinderlinse
- 5.3.1 Charakterisierung und Einstellung der achromatischen Zylinderlinse in den Strahlengang
- 5.3.2 Charakterisierung der Kantenwellenlängen λk: Langpassfilter
- 5.3.3 Charakterisierung der Kantenwellenlängen λk: Kurzpassfilter
- 5.3.4 Umrechnung der mittels Spektrometer gemessenen Intensität in Leistung
- 5.3.5 Erzeugung der minimalen Bandpassbreite durch die linear variablen Filter
- 5.3.6 Erzeugung eines variablen Bandpasses
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Diese Bachelorarbeit beschreibt den Aufbau und die Charakterisierung eines Anregungsfiltersystems für die scannende laseroptische Tomographie (SLOT). Das Hauptziel ist die effiziente Erzeugung eines breiten Spektralbereichs zur Anregung von Fluorophoren in mesoskopischen Präparaten, unter Verwendung einer Weißlichtquelle anstatt mehrerer Laserdioden. Dies soll zu einem verbesserten Kontrast in den erzeugten 3D-Bildern führen.
- Entwicklung eines Filtersystems zur Kopplung einer Weißlichtquelle an ein SLOT-System.
- Reduktion des infraroten Anteils der Weißlichtquelle zur Vermeidung einer Präparaterhitzung.
- Erzeugung variabler Bandpässe zur Einstellung des sichtbaren Wellenlängenbereichs.
- Charakterisierung der optischen Komponenten und des Gesamtsystems.
- Vergleich zwischen theoretischen Berechnungen und experimentellen Ergebnissen.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Dieses Kapitel führt in die Thematik der scannenden laseroptischen Tomographie (SLOT) ein und beschreibt die Notwendigkeit eines effizienten Anregungsfiltersystems zur Nutzung einer Weißlichtquelle. Es werden die Herausforderungen und die Ziele der Arbeit umrissen, die auf die Verbesserung der Bildqualität durch optimierte Anregung der Fluorophore abzielen.
2 Grundlagen: Dieses Kapitel legt die theoretischen Grundlagen für das Verständnis des Filtersystems. Es werden die Eigenschaften der verwendeten Weißlichtquelle, die Prinzipien der Lichtstreuung und -absorption, sowie die Funktionsweisen der einzelnen optischen Komponenten (Spiegel, Filter, Linsen) detailliert erläutert. Besonderes Augenmerk liegt auf der Beschreibung der linear variablen Filter und deren Eigenschaften zur Erzeugung variabler Bandpässe. Die mathematischen Grundlagen für die Berechnung der Strahltaille werden ebenso behandelt.
3 Auswahl optischer Komponenten für den Aufbau des Filtersystems: In diesem Kapitel werden die Kriterien für die Auswahl der einzelnen optischen Komponenten, insbesondere der Cold Mirrors zur IR-Unterdrückung und der linear variablen Filter, detailliert beschrieben. Die Begründung der Auswahlentscheidungen erfolgt unter Berücksichtigung der spezifischen Anforderungen des SLOT-Verfahrens und der gewünschten Eigenschaften des Filtersystems.
4 Implementierung des Anregungsfiltersystems: Dieses Kapitel beschreibt den konkreten Aufbau des Anregungsfiltersystems, inklusive der Anordnung der optischen Komponenten und der mechanischen Konstruktion. Es werden detaillierte Informationen zur Implementierung der IR-Filterung, der variablen Bandpass-Einheit und der Integration der achromatischen Zylinderlinse bereitgestellt. Der Aufbau wird Schritt für Schritt erläutert.
5 Überprüfung des entwickelten Systems: Dieses Kapitel präsentiert die Ergebnisse der experimentellen Überprüfung des entwickelten Filtersystems. Es werden die gemessenen Spektren und Leistungsdaten sowohl mit als auch ohne achromatische Zylinderlinse detailliert analysiert und mit den theoretischen Erwartungen verglichen. Die Abweichungen zwischen Theorie und Experiment werden diskutiert und mögliche Ursachen hierfür werden untersucht. Der Einfluss der achromatischen Linse auf die Bandbreite des Systems wird ebenfalls erörtert.
Schlüsselwörter
Scannende laseroptische Tomographie (SLOT), Weißlichtquelle, Anregungsfiltersystem, Fluorophore, IR-Filterung, linear variable Filter, achromatische Zylinderlinse, Spektralbereich, Bandpass, Leistungsmessung, Bildqualität, Kontrast.
Häufig gestellte Fragen zur Bachelorarbeit: Anregungsfiltersystem für die Scannende Laseroptische Tomographie (SLOT)
Was ist das Thema der Bachelorarbeit?
Die Bachelorarbeit befasst sich mit dem Aufbau und der Charakterisierung eines Anregungsfiltersystems für die Scannende Laseroptische Tomographie (SLOT). Ziel ist die effiziente Erzeugung eines breiten Spektralbereichs zur Anregung von Fluorophoren in mesoskopischen Präparaten mithilfe einer Weißlichtquelle anstatt mehrerer Laserdioden, um den Kontrast in den 3D-Bildern zu verbessern.
Welche Komponenten umfasst das Filtersystem?
Das Filtersystem beinhaltet eine Weißlichtquelle, Cold Mirrors zur Infrarot (IR)-Unterdrückung, linear variable Filter zur Erzeugung variabler Bandpässe und eine achromatische Zylinderlinse zur Optimierung des Strahlengangs. Die Arbeit beschreibt detailliert die Auswahl und die Funktionsweise jeder Komponente.
Welche theoretischen Grundlagen werden behandelt?
Die Arbeit erläutert die theoretischen Grundlagen der verwendeten optischen Komponenten, einschließlich der Eigenschaften der Weißlichtquelle (Solitonenzerfall), des Gauß-Strahls, der Fehlerfunktion, sowie der Funktionsweise von Spiegeln, Filtern (Kantenfilter, Interferenzfilter, linear variable Filter) und Linsen (achromatische Zylinderlinse). Die Berechnung der Strahltaille wird ebenfalls behandelt.
Wie wird der infrarote Anteil der Weißlichtquelle reduziert?
Die Reduktion des infraroten Anteils der Weißlichtquelle erfolgt durch den Einsatz von Cold Mirrors, die den IR-Bereich reflektieren und den sichtbaren Bereich durchlassen. Die Arbeit beschreibt die Auswahl und Implementierung dieser IR-Filter.
Wie werden variable Bandpässe erzeugt?
Variable Bandpässe werden durch die Kombination von linear variablen Filtern erzeugt. Die Arbeit beschreibt die Charakterisierung dieser Filter und die Methode zur Erzeugung sowohl minimaler Bandbreiten als auch variabler Bandpässe, sowohl mit als auch ohne achromatische Zylinderlinse.
Wie wird das Filtersystem charakterisiert?
Die Charakterisierung des Filtersystems umfasst die Messung und Analyse der Spektren und Leistungsdaten mit und ohne achromatische Zylinderlinse. Die Ergebnisse werden mit theoretischen Berechnungen verglichen und mögliche Abweichungen werden diskutiert. Die Umrechnung der mittels Spektrometer gemessenen Intensität in Leistung wird ebenfalls beschrieben.
Welche Ergebnisse werden präsentiert?
Die Arbeit präsentiert die Ergebnisse der experimentellen Überprüfung des Filtersystems, inklusive der Charakterisierung der Kantenwellenlängen der Lang- und Kurzpassfilter, der minimalen Bandpassbreite und der Erzeugung variabler Bandpässe. Ein Vergleich zwischen theoretischen Berechnungen und experimentellen Ergebnissen wird durchgeführt.
Welchen Einfluss hat die achromatische Zylinderlinse?
Die achromatische Zylinderlinse optimiert den Strahlengang und beeinflusst die Bandbreite des Systems. Die Arbeit analysiert den Einfluss der Linse auf die Charakterisierung des Filtersystems, insbesondere auf die Kantenwellenlängen und die Bandpassbreite.
Welche Schlüsselwörter beschreiben die Arbeit?
Schlüsselwörter sind: Scannende laseroptische Tomographie (SLOT), Weißlichtquelle, Anregungsfiltersystem, Fluorophore, IR-Filterung, linear variable Filter, achromatische Zylinderlinse, Spektralbereich, Bandpass, Leistungsmessung, Bildqualität, Kontrast.
- Quote paper
- Thomas Hildebrandt (Author), 2016, Aufbau und Charakterisierung eines Anregungsfiltersystems für die laseroptische Tomographie, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/442620
