Verbundprojekt: Raman-spektroskopische Messung von Antibiotikaspiegeln für die Versorgung von nosokomialer Sepsis (ABXSens); Teilvorhaben: GRIN4UVX - GRIN-Hybrid-Linsensystem für den tiefen UV-Bereich

Abstract

Im Teilprojekt der Grintech wurden mikrooptische Schnittstellen auf der Basis von off-axis Parabolspiegeln (OAPS) für die Anregung und Detektion von Raman-Streuung im tiefen UV-Bereich (Anregungswellenlänge λ < 250 nm) entwickelt. Der Einsatz im tiefen UV Bereich, inklusive Achromatisierung bei gleichzeitiger hoher Reflektivität gehörten dabei zu den besonderen Herausforderungen der mikrooptischen Komponenten. In Absprache mit den Projektpartnern wurde für die UV-Laserquelle eine Wellenlänge für die Anregung der Raman-Streuung von 240 nm festgelegt. Der UV-Laser wurde dabei so konzipiert, dass am Eingang der UV-Raman-Detektionseinheit ein kollimierter, linear polarisierter, Gauß-förmiger Strahl mit einem Modenfeld-Durchmesser (MFD) von ≤4,0 mm @ 1/e² - Level zur Verfügung steht. Das zu detektierende Raman-Signal liegt dann im λ – Bereich von 242 nm < λ < 260 nm und damit außerhalb des Wellenlängenbereichs für die Autofluoreszenz biologischer Proben. Bedingt durch die geringe Verfügbarkeit optisch-transparenter Materialien im tiefen UV-Bereich und analog zur EUV-Lithografie in der Halbleiterindustrie wurde das komplette Optik-Design als Spiegel-System mit asphärischen Off-Axis-Parabolspiegeln (OAPS) ausgelegt. Diese OAPS haben den Vorteil, dass sie per se achromatisch sind und damit für den definierten Wellenlängenbereich keine weitere Farbkorrektur benötigt wird. Zudem besitzen diese Spiegel eine asphärische Oberflächenform (Radius + Konus), was Abbildungsfehler (sphärische Aberration) reduziert. Das zentrale Element des finalen Optikmoduls ist dabei der 2.OAPS. Dieser wurde mit einer konischen Bohrung so modifiziert, dass die Laser-Einkopplung in die Probe (Fokussierung mit 1.OAPS) direkt durch den 2.OAPS erfolgt und dadurch teure und aufwendige 90°- Umlenkungen durch dichroitische Strahlteiler entfallen. In der Fluidik-Kammer, in welcher das Probenvolumen (z. B.: Antibiotika) geführt wird und durch die Anregung des Lasers die Raman-Streuung entsteht. Die generierte Raman-Streuung wird anschließend auch mit dem 2.OAPS gesammelt, von diesem kollimiert und mit einem 3.OAPS in die Spektrometerfaser eingekoppelt und kann im Anschluss analysiert werden.