Adaptive Optik wird verwendet, um Aberrationen mit Hilfe von Modulationen der Wellenfront zu korrigieren. In der Astronomie ist deren Gebrauch bereits seit Jahren üblich und beginnt sich nun in andere Anwendung auszubreiten, zum Beispiel für das Fokussieren von Lasern und in Abbildungssystemen mit hoher numerischer Apertur (z.B. Mikroskopie). Das Fokussieren von Laserstrahlen und das Abbilden haben denselben physikalischen Hintergrund, weshalb es uns erlaubt dieselbe Methodik zu verwenden. In beiden Fällen propagiert Licht durch eine Linse und wird entweder auf eine kleine Region fokussiert oder Licht einer kleinen Region wird auf eine Kamera abgebildet. Eine auf die Linse angewendete Korrektur der Wellenfront verhält sich gleich in beiden Systemen. Wir haben ein leistungsfähiges Simulationstool entwickelt um die Auswirkungen verschiedener Modulationen zu charakterisieren. Wir haben die Simulationen validiert mit einem Fresnel Linsen Design, das auf eine Glasfaser Produziert wurde um dessen emittiertes Licht zu fokussieren.

In dieser Arbeit haben wir hauptsächlich drei Probleme adressiert. Erstens, eine erhöhte Tiefenschärfe erlaubt das fokussieren eines Laserstrahls über eine grössere Distanz oder das gleichzeitige Abbilden von Objekten aus verschiedenen Distanzen. In der Photographie wird derselbe Effekt mit einer Reduktion der Blende erreicht, was zu sehr grossen Intensitätsverlusten führt. Der neuste Stand der Technik für das Fokussieren in ein Liniensegment weist ebenfalls eine schlechte Effizienz auf. Wir präsentieren hierzu ein elegantes Design, das eine sehr effiziente Erhöhung der Tiefenschärfe erreicht. Erste Vorstudien haben gezeigt, dass unsere Methode für künstliche Augenlinsen in der Ophthalmologie oder für die Visualisierung von 3D Objekten eine potentielle Anwendung findet. Eine erhöhte Tiefenschärfe weist auch interessante Anwendungen auf im Bereich der optischen Lithographie und der optischen Datenspeicherung. Mit unserem Design braucht der Laserstrahl nicht präzis eingestellt zu werden, weil über eine grosse Distanz ein brauchbarer Spot erreicht wird.

    Zweitens, von der Probe induzierte Aberrationen können auch ein perfekt eingestelltes, beugungsbegrenztes Linsensystem beeinträchtigen. Ein ebenflächiger Versatz des Brechungsindex erzeugt sphärische Aberrationen, die sich negativ auf die optische Auflösung auswirken. Für einen ersten Schritt zur Korrektur bestimmten wir die Dicke und den Brechungsindex eines unbekannten Mediums, das zwischen der Linse und dem Fokus platziert wurde. Die Charakterisierung wurde mittels raffinierter Manipulation der Strahlwinkel durchgeführt. Dieselben adaptiven Optiken wurden verwendet für ein Fokussier- und ein Abbildungssystem.

    Schlussendlich wurden die durch das Fokussieren in das Medium eingeführten sphärischen Aberrationen anhand der Resultate der Charakterisierung korrigiert. Die Degradation der Punktspreizfunktion eines fokussierten Laserstrahls wurde komplett aufgehoben. Dies kann in Systemen für optische Pinzetten oder für die Lasermanipulation von biologischen Zellen genutzt werden. Beim Abbilden durch das Medium wurde eine Krümmung des Sehfelds beobachtet, die ebenfalls komplett korrigiert wurde. Eine beugungsbegrenzte Performance wurde wieder hergestellt mit Hilfe der adaptiven Optiken.

1. 1.Imaging and Resolution
   

2. 2.Materials & Methods
   

3. 3.Extended Depth of Field for Intra-Ocular Lens Implants
   

4. 4.Correction of Spherical Aberrations in Focusing Applications
   

5. 5.Adaptive Optics Implemented in Microscopy
   

6. 6.Conclusion
   

7. 7.Bibliography
   

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