Optische Mikroresonatoren ermöglichen den Einschluss und die Speicherung von Licht in einem Raum, dessen Größe geringer ist als der Durchmesser eines Haares. Mit ihrer Hilfe lassen sich grundlegende physikalische Effekte auf den Gebieten der Optik und der Quantenphysik untersuchen. Der Lichteinschluss in Mikroresonatoren basiert auf dem einfachen Prinzip der Totalreflexion. Licht wird an der Oberfläche des Resonators zurückgeworfen und so im Inneren des Resonators eingeschlossen. Dabei verlaufen die Lichtstrahlen entlang des Randes der Resonatoren und werden dort lange Zeit gespeichert, was zu einer hohen optischen Güte führt – man spricht von hier von optischen Flüstergalerien. Das Prinzip ist vergleichbar mit den Schallwellen, die entlang des Umfanges der Kuppel der St. Paul’s Cathedral in London laufen.

Gemeinsam ist es nun am KIT der Arbeitsgruppe von Professor Heinz Kalt, Institut für Angewandte Physik (APH) am Center for Functional Nanostructures (CFN) und der unabhängigen Nachwuchsgruppe um Dr. Ing. Timo Mappes, Institut für Mikrostrukturtechnik (IMT), gelungen, neuartige kelchförmige Mikroresonatoren herzustellen. Erreicht wurde dies mit Hilfe eines speziell entwickelten thermischen Aufschmelzverfahrens. Die Mikrokelche bestehen aus Polymer und haben Durchmesser von 40 Mikrometern (ca. 1/3 eines Haardurchmessers). Diese besitzen eine extrem glatte Oberfläche und sind dadurch enorm leistungsfähig.

Prinzipiell sind zwei Anwendungen möglich. Die Mikrokelche können als neuartige Laser-Lichtquellen oder aber als extrem empfindliche Detektoren zum markerfreien Nachweis von Biomolekülen oder Gefahrstoffen verwendet werden. Markerfreie Nachweise sind besonders vorteilhaft, da sie ohne aufwendige chemische oder biologische Probenaufbereitung auskommen (d.h.
es werden keine zusätzlichen Markierungen wie fluoreszierende Proteine oder Nanopartikel angeheftet) und dadurch günstiger und schneller als viele etablierte Verfahren sind.

Ziel der Wissenschaftler ist es nun, Lichtquelle und Detektor zusammen hochkompakt auf einem Chip zu integrieren, um für künftige Anwendungen ein sogenanntes Lab-on-Chip-System zu bilden.

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