Fluoreszenzmikroskopie ist ein wichtiges Instrument in der Material- und biomedizinischen Forschung. Dabei wurden spezialisierte bildgebende Verfahren für unterschiedliche Fragestellungen entwickelt. Jedes fluoreszenzmikroskopische Verfahren bietet eigene Vorteile, etwa ein hohes axiales und laterales Auflösungsvermögen oder die Möglichkeit, chemische Eigenschaften von Proben zu untersuchen. Allerdings besitzt jede Methode auch einschränkende Nachteile. Zwei limitierende Effekte sind dabei Photobleichung und -toxizität. Photobleichung reduziert die Fluoreszenzemission dauerhaft, während Phototoxizität biologische Prozesse beeinträchtigt. Da beide Effekte mit der Anregungsintensität skalieren, muss die Bestrahlung minimiert werden, ohne das Signal-Rausch-Verhältnis zu verschlechtern. Aufgrund seiner besonderen Quanteneigenschaften kann verschränktes Licht dieses Ziel erreichen. Insbesondere führt verschränktes Licht zu einer linearen Fluoreszenzrate, kohärentes Licht hingegen zu einer quadratischen. Dadurch steigt die Fluoreszenzemission insbesondere von biologischen Proben bei geringen Anregungsintensitäten deutlich an. Die Energie-Zeit-Korrelation verschränkten Lichts ermöglicht zudem spektroskopische und zeitaufgelöste Messungen. Aus diesem Grund ist ihre experimentelle Realisierung, gefolgt von anwendungsorientierten Implementierungen, ein erstrebenswertes Ziel. Diese Dissertation betrachtet daher die wesentlichen Aspekte und untersucht die experimentelle Umsetzung zweier Methoden: der verschränkten Zwei-Photonen-Fluoreszenzmikroskopie und der verschränkten Fluoreszenzlebensdauermikroskopie. Sie umfasst eine theoretische Einführung in die Erzeugung von Fluoreszenz durch verschiedene Lichtzustände, die Entwicklung einer leuchtstarken Quelle verschränkten Lichts sowie Machbarkeitsstudien zu beiden Methoden. Die Ergebnisse zeigen, dass verschränkte Zwei-Photonen-Fluoreszenz trotz optimierter Quellen aufgrund der geringen Anzahl verschränkter Photonen derzeit technisch nicht realisierbar ist. Die Fluoreszenzlebensdauer konnte hingegen erfolgreich bestimmt werden. Diese Methode verbessert das Signal-Rausch-Verhältnis und die Messgenauigkeit gegenüber klassischen Ansätzen. Auf Grundlage der präsentierten Ergebnisse werden zudem die nächsten Schritte zur anwendungsorientierten Realisierung der verschränkten Fluoreszenzmikroskopie diskutiert.
Tobias Bernd Gäbler (Wed,) studied this question.