Das Projekt „OPTI-Q“ zielt auf die Entwicklung eines innovativen optischen Inspektionssystems zur  Beurteilung der Qualität laparoskopischer Gefäßversiegelungen. Durch den fortschrittlichen Einsatz hochauflösender optischer Bildgebung mit intelligenten Auswertealgorithmen liefert das System Echtzeit-Feedback zur Wirksamkeit der Versiegelung. Dies erhöht die Präzision und Zuverlässigkeit laparoskopischer Operationen und reduziert Komplikationen wie Blutungen und Leckagen. Der Fokus des Projekts liegt auf der Integration des Systems in bestehende Operationsplattformen, um die Patientenergebnisse durch eine gesteigerte Qualitätskontrolle zu verbessern.

Im Rahmen dieses profilbildenden Forschungsprojekts werden wir kompakte, breit abstimmbare Diodenlaser mit externem Resonator mit optimierter spektraler Abdeckung und Ausgangsleistung entwerfen, entwickeln und charakterisieren, die für die klinische Chirurgie, insbesondere das Lasergewebeschweißen erforderlich sind.

Zahlreiche moderne Anwendungen von Freien Elektronen-Lasern (FEL) erfordern kurze Pulse mit Pulsdauern im Bereich von nur wenigen Femtosekunden (fs) und gleichzeitig geringen Bunchladungen im femtocoulomb (fC-pC) mit einer Zeitauflösung von nur wenigen fs. Ein Beispiel hierfür sind Experimente zur Ultra-Fast High Resolution Electron Diffraction (UED), eine leistungsstarke „Elektronenkamera“, die zur Erforschung der zeitaufgelösten, ultraschnellen Atom- und Molekulardynamik in chemischen und Festkörpersystemen eingesetzt wird. Diese Technologie ist für zahlreiche Erweiterungen für Nutzerexperimente von existierenden FELs sowie für zukünftige Photonenquellen vorgesehen. Die Erzeugung dieser Pulse und ihre Anwendung in zeitaufgelösten Experimenten erfordern Synchronisationstechniken, die alle Komponenten mit einer Genauigkeit synchronisieren, die besser ist als die Pulsdauer des FEL-Pulses. Die Implementierung eines vollständig optischen Synchronisationssystems, unter anderem bei FLASH und dem EU-XFEL sowie bei CW-Elektronenbeschleunigern wie ELBE am HZDR, hat zu einer signifikanten Steigerung der Stabilität und Genauigkeit geführt. Für zukünftige Experimente, wie beispielsweise UED, sind sowohl bei Puls als auch bei CW Maschinen Betriebsmodi erforderlich, die Pulse im fs-Bereich mit Bunchladungen deutlich unterhalb von 1 pC erzeugen.
In diesem Teilprojekt ist vorgesehen, bekannte RF sowie EO-basierte BAMs in Bezug auf die erreichbare Gesamtsynchronisation hin zu untersuchen und daraus neue Lösungen resonant, breitbandig oder in Form eines „Resonance Enhancements“ als Kombination abzuleiten, um auch bei Bunchladungen deutlich unter 1fC noch ein ausreichendes Signal zu erhalten, um die Signalauswertung betreiben zu können.
Prototypen für REGAE und ELBE werden realisiert, um existierende Anlagen zu erweitern oder in neue Anlagen wie DALI zu integrieren. Das Ziel ist eine Gesamtsynchronisation von weniger als 6 fs bei Bunchladungen im Bereich von 750 fC oder weniger.

Im Vordergrund stehen unter anderem die Analytik von bioaktiven Stoffen, Schadstoffen, Kontaminanten und Rückständen, sowie Möglichkeiten zum zukünftigen Einsatz von THz Signalen als effektive Screening Methode in der Lebensmittelanalytik, allesamt zentrale Forschungsthemen der Arbeitsgruppe von Frau Morlock im Bereich Food Science. Durch die Nutzung von Synergieeffekten können die Kompetenzen der beiden Arbeitsgruppen kanalisiert werden. Durch die Messung der elektromagnetischen Eigenschaften über einen sehr großen Frequenzbereich bis hin zu 2,7 THz können sogenannte „Fingerprints“ erstellt werden, die Informationen über die Zusammensetzung des Materials beinhalten. Durch die zusätzliche Nutzung von funktionalen Schichten können Eigenschaften der zu untersuchenden Materialien, wie Beispielsweise Schadstoffe hervorgehoben und eindeutig detektiert werden. Aufgrund der zunehmenden Umweltverschmutzung wird das Thema zukünftig immer wichtiger werden.

Das Ziel des Drittmittelprojekts ist die Prototypen-Entwicklung eines ultraschnellen 2π-Sensors, d.h. der Erfassung des Streulichts im kompletten Halbraum (Raumwinkel 2π) vor einer Oberfläche. Der Sensor besteht aus einer Plattform, die entsprechend der jeweiligen Applikation ergänzt wird. Von zentraler Bedeutung ist die Messdatenaufnahme der Streulichtverteilung über den gesamten Halbraum in weniger als einer halben Sekunde, da dies entsprechende Applikationen eröffnet. Weiter müssen Algorithmen zur Bildauswertung und zur Weiterverarbeitung der Daten geschrieben werden, d.h. die Detektion und die Charakterisierung (Größe, Form) von Defektstellen aus den Messdaten.

Neue additive Fertigungstechniken in Verbindung mit metallischen Werkstoffen (3D Metalldruck) kombinieren die Möglichkeiten der Herstellung dreidimensionaler Funktionsbauteile mit Hilfe moderner EMSimulationstools mit den Eigenschaften der Materialgruppe Metall. Eine zukunftsweisende Technologie ist das pulverbettbasierten Laserstrahlschmelzen (LPBF). Ziel des geplanten Vorhabens ist die Erforschung der Möglichkeiten, LPBF-gedruckte Strukturen für zukünftige Komponenten in Teilchenbeschleunigeranlagen einsetzbar zu machen. Für die Erforschung dieses Technologieansatzes sollen für das Institut für Angewandte Physik der Goethe Universität Frankfurt Teststrukturen, sowie im Erfolgsfall, Teile des kompakten Ionenbeschleunigers bei hohen Frequenzen im Teilprojekt 1.2 des Verbundes realisiert und validiert werden. Dies bezieht sich in besonderem Maße auf später nicht mehr zugängliche Innenstrukturen, bspw. zur Kühlung, oder hochpräziser Bereiche für die Teilchenstrahlbehandlung und -positionierung.

Gemeinsam mit dem Fachgebiet Hoch- und Höchstfrequenztechnik soll ein Modell eines neuartigen Linear-Cut Beam Position Monitors mit Hilfe des LBPF Verfahrens hergestellt und messtechnisch validiert werden.

Ziel dieses Teilprojektes ist es, neue Realisierungsmöglichkeiten für bestehende sowie neue Diagnostiken zu entwickeln und in Hinblick auf additive Fertigungstechniken zu validieren. Gemeinsam mit der Gruppe Strahldiagnose der GSI, soll ein mechanisch sehr anspruchsvoll gestalteter Linear-Cut Beam Positionsmonitor, analysiert, optimiert und realisiert werden. Die Realisierung solcher Strukturen sind typischerweise durch limitierende Fertigungsmöglichkeiten begrenzt, die durch die additive Fertigung in diesem Projekt überwunden werden sollen.