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Projekt laufend

MELINA

Metalinsen-optimierte Hochleistungslichtquelle zur Integration in die miniaturisierte Photoakustik

Thema Basistechnologien für Quantentechnologien

Fördermaßnahme Wissenschaftliche Vorprojekte (WiVoPro)

Projektlaufzeit 01.09.2026 - 31.08.2029

Projektvolumen 599696

Förderquote zu 100 % durch das BMFTR gefördert

Laserdiodenvergleich
FhG ENAS

Laserdiode mit integrierter Metaoptik als kompaktes „Emitter-Linsen- Paket“ für die effiziente und anwendungsspezifische Strahlformung in der photoakustischen Bildgebung im Vergleich zu klassischen Standard Laserdioden mit optischen Fenster.

Beschreibung

Motivation 

Die photoakustische Bildgebung (PAI) kombiniert optische Anregung mit akustischer Detektion und eignet sich zur verbesserten Diagnostik von Weichgewebe, Gefäßen und Gewebeperfusion. Der Bildkontrast beruht auf der wellenlängenabhängigen optischen Absorption, insbesondere von Blut. Heute verfügbare PAI-Systeme nutzen meist abstimmbare Hochleistungslaser mit optisch parametrischen Oszillatoren und fasergebündelter Lichtführung. Sie sind teuer, groß, energieineffizient, kühlungsintensiv und damit für den breiten klinischen Einsatz nur begrenzt geeignet. Zudem führt die hohe optische Energiedichte zu Laserschutzklasse 4 und erfordert umfangreiche Schutzmaßnahmen. Für viele Anwendungen genügen jedoch eine oder wenige feste Wellenlängen im Bereich 700–1100 nm. Die zentrale Herausforderung ist dabei nicht die Lichtquelle, sondern die Strahlformung: Auf der Haut muss ein homogen ausgeleuchtetes Feld unterhalb der maximal zulässigen Bestrahlungsstärke (MPE) erzeugt werden, das dennoch genügend Energie im Gewebe deponiert.

Ziele und Vorgehen 

Das Projekt MELINA adressiert diese Herausforderung, indem gepulste Laserdioden mit optischen Metalinsen kombiniert werden. Metalinsen sind flache, hochtransparente, nanostrukturierte Oberflächen mit definiertem Phasenprofil und damit maßgeschneidertem Strahlprofil. Sie vermeiden Selbstemission durch Absorption, wie sie bei klassischen Linsen auftritt, und verbessern so die Signalqualität.

Innovation und Perspektiven 

Durch direkte Integration der Metalinsen auf Laserdiodenchips entstehen energieeffiziente, kompakte, anwendungsspezifisch angepasste PAILichtquellen, die ohne Lichtwellenleiter und zusätzliche Optiken auskommen. Dies ermöglicht neue Gerätekonzepte und erleichtert die breite klinische Nutzung von PAI.

Koordinierender Projektpartner

Dr.-Ing. Toni Großmann

E-Mail: toni.grossmann@enas.fraunhofer.de

Projektpartner
Weitere Infos
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