1. Grundlagen der Licht- und Lasertechnologie

1.1 Die Natur des Lichts

Licht ist eine Form elektromagnetischer Strahlung, die sich sowohl als Welle als auch als Teilchen (Photon) verhält. Es umfasst ein Spektrum von Wellenlängen, von hochenergetischen Gammastrahlen und Röntgenstrahlen bis hin zu niederenergetischen Radiowellen. Das sichtbare Spektrum, das sich von etwa 400 bis 700 Nanometern (nm) erstreckt, stellt den Teil des elektromagnetischen Spektrums dar, der vom menschlichen Auge wahrgenommen werden kann. Jede Wellenlänge entspricht einer Farbe, von Violett (kürzere Wellenlänge) bis Rot (längere Wellenlänge). Für viele medizinische Diagnoseanwendungen sind jedoch nicht sichtbare Wellenlängen, insbesondere Nahinfrarot (NIR, 700–1400 nm) und Ultraviolett (UV, <400 nm), aufgrund ihrer spezifischen Wechselwirkungen mit biologischen Geweben effektiver (Barsom et al., 2016).

Die Wechselwirkung von Licht mit Materie, insbesondere mit biologischem Gewebe, hängt von Eigenschaften wie Absorption, Streuung, Reflexion und Transmission ab. Diese Wechselwirkungen werden durch die molekulare Zusammensetzung und Struktur der Gewebe beeinflusst und variieren je nach Wellenlänge. Zum Beispiel kann Nahinfrarotlicht mehrere Millimeter tief in Gewebe eindringen, ohne stark absorbiert zu werden, was es besonders nützlich für die Tiefengewebebildgebung und die Analyse des Blutflusses macht (Zafar et al., 2021).