Fast jeder zweite Mensch in Deutschland erkrankt im Laufe seines Lebens an Krebs – so lautet eine Aussage des Robert Koch Instituts. Die Heilungschancen werden bei einer Krebserkrankung wird stark durch den Zeitpunkt der Diagnose und Behandlung beeinflusst. Generell gilt, je früher desto besser. Somit ist es essenziell, dass Krebspatienten so früh wie möglich ihre Behandlung antreten. Ebenso muss eine Unterbrechung der Therapie aus nicht-medizinischen Gründen verhindert werden, um eine beschleunigte Repopulation der Tumorzellen zu unterbinden. Eine der wichtigsten Formen der Krebsbehandlung ist die Strahlentherapie, die in etwa 50 % der Fälle sowohl zur kurativen als auch zur palliativen Behandlung angewendet wird. Innerhalb der Strahlentherapie ist der effiziente Ablauf der Prozesse von großer Bedeutung für die Sicherheit und Effektivität der medizinischen Behandlung bei gleichzeitiger Wirtschaftlichkeit. Für ein bestmögliches Ergebnis müssen die Kernprozesse der Patientenaufnahme, Bildgebung, Bestrahlungsdurchführung sowie die Abschlussuntersuchung und Nachsorge aufeinander abgestimmt sein. Mögliche Änderungen in den synchronisierten Abläufen müssen wohlüberlegt und gut geplant werden. Die COVID-19 Pandemie hat Strahlentherapieeinrichtungen weltweit zu Änderungen im Betriebsablauf gezwungen, um Schutzmaßnahmen für Patienten und Personal zu ergreifen. Aufgrund des plötzlichen Auftretens war eine sorgfältige Planung der Veränderungen oft nicht möglich. In Hinblick auf potentielle zukünftige Entwicklungen ist es notwendig, die ergriffenen Maßnahmen zu bewerten und auf Optimierungsmöglichkeiten hin zu untersuchen, um Strahlentherapie auch in Pandemiezeiten sicherstellen zu können. Neue Ideen und Vorgaben sollten vor der Implementierung eingehend untersucht werden. Hierzu können realitätsnahe Simulationsmodelle dienen. Simulationsmodelle sind potente Werkzeuge, mit denen komplexe Abläufe dargestellt, analysiert und mögliche Anpassungen bewertet werden können. Dies macht ein aufwendiges und möglicherweise riskantes Ausprobieren in der Praxis obsolet und die möglichen Folgen einer Prozessänderung können bereits im Vorhinein abgeschätzt werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein ereignisdiskretes Simulationsmodell einer Strahlentherapieeinrichtung zur Untersuchung und Bewertung von Prozessen einer privaten Strahlentherapiepraxis mit und ohne Corona-Maßnahmen entwickelt. Hierzu galt es zuerst die Frage zu beantworten, welche Aspekte der Strahlentherapieprozesse bereits wissenschaftlich mit Methoden der ereignisdiskreten Simulation untersucht wurden. In einer umfassenden strukturierten Literaturrecherche wurden nach festgelegten Kriterien transparent aktuelle wissenschaftliche Veröffentlichungen identifiziert, kategorisiert und inhaltlich analysiert. Anhand der Ergebnisse wurde die Forschungsfrage dieser Arbeit konkretisiert und Designanforderungen für das Simulationsmodell entwickelt. Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung der Auswirkungen ausgewählter Aspekte der COVID-19 Pandemie auf den Betriebsablauf einer privaten Strahlentherapiepraxis. Insbesondere sollen pandemiebedingte Personalausfälle sowie der Einfluss von Patientenscreening auf Corona-Symptome am Praxiseingang und Schutzmaßnahmen bei der Behandlung von an COVID-19 erkrankten Patienten auf die Praxisabläufe quantifiziert werden.

There are a lot of photonic micro- and nano-structures in nature that consist of materials with a low refractive index and that can keep up with artificial structures concerning optical properties like scattering or coloration. This work aims to understand the photonic structures in the silver ant Cataglyphis bombycina, the blue butterfly of genus Morpho, the beetle Entimus imperialis, which shows polarization-dependent reflection, and the white beetle Cyphochilus insulanus. Furthermore, corresponding micro- and nano-structures are fabricated. Bioinspired models with the same optical properties as the investigated structures are developed and analyzed using geometric optics and finite-difference time-domain calculations. These models are qualitatively and quantitatively compared regarding their optical properties with the original structures and fabricated by direct laser writing. To mimic potential effects of material-based disorder of the natural photonic structures, a cellulose-based resist for direct laser writing is developed and examined. Conventional resists in direct laser writing can be replaced by a resist containing cellulose derivatives. Here, different combinations of cellulose derivatives, initiators, and solvents are examined. The best performance is observed for a combination of methacrylated cellulose acetate (MACA500), 2-Isopropyl-9H-thioxanthen-9-one (ITX), and dimethyl sulfoxide (DMSO). These resists allow for direction is attained. The achieved cross-linking enables stable three-dimensional structures and, together with the possible resolution, allows to fabricate the model inspired by the white beetle Cyphochilus insulanus in the cellulose-based resist. The silver appearance of the Cataglyphis bombycina can be completely explained with geometric optics in the prism-shaped hairs that cover its body. The more complex structures of the other three insects use photonic crystal-like material arrangements with a varying amount of disorder. The polarization dependence of the Entimus imperialis arises from a diamond structure inside the scales of the beetle and can be mimicked with a photonic woodpile crystal. The blue butterfly of the genus Morpho and the white beetle Cyphochilus insulanus both can be reduced to disordered Bragg stacks, in which the exact properties are achieved by introducing different amounts of disorder. For Cataglyphis bombycina, Entimus imperialis, and Cyphochilus insulanus, the developed bioinspired models are fabricated using conventional resists in direct laser writing. All models show a qualitative correspondence to the optical properties of the original structures. The cellulose-based resists enable the use of polysaccharides in direct laser writing and the concepts can be transferred to other polysaccharides, like chitin. The analysis of the different natural photonic structures and the developed bioinspired models reveal a material independence of the structures that allows the fabrication of these models in different transparent materials.

Individual nitrogen vacancy (NV) color centers in diamond are versatile, spin-based quantum sensors. Coherently controlling the spin of NV centers using microwaves in a typical frequency range between 2.5 and 3.5 GHz is necessary for sensing applications. In this work, we present a stripline-based, planar, Ω-shaped microwave antenna that enables one to reliably manipulate NV spins. We found an optimal antenna design using finite integral simulations. We fabricated our antennas on low-cost, transparent glass substrate. We created highly uniform microwave fields in areas of roughly 400 × 400 μm2 while realizing high Rabi frequencies of up to 10 MHz in an ensemble of NV centers.

Scattering and scattering plates have a large diversity of applications. Scattering of optical and THz electromagnetic waves can be performed with Galois scattering plates, which had found applications in acoustics first (i.e., with sound waves in concert hall acoustics). For binary Galois scattering plates, the single scattering entities, i.e., mesas (for a binary 1) or voids (for a binary 0), have characteristic lateral dimensions of half the wavelength of the electromagnetic waves to be scattered. Their optimal height is a quarter of the wavelength for plates used in reflection. Meanwhile, not too elaborate lithographic techniques allow for the implementation of Galois plates for the THz range and even for the visible spectral range. We had reported on such scattering plates before. However, in this paper, also the mathematical concept is described and the fabrication technologies are emphasized. In contrast to the case of scattering plates with irregular surface morphologies, Galois plate scattering is not diffuse, but there are many scattering/diffraction orders.

We present a study of optoelectronically active Ga(As)As quantum dots (QDs) on Al-rich AlxGa1-xAs layers with Al concentrations up to x=90%. So far, however, it has not been possible to grow optoelectronically active Ga(As)As QDs epitaxially directly on and in between Al-rich barrier layers in the AlGaInAsSb material system. A QD morphology might appear on the growth front, but the QD-like entities will not luminesce. Here, we use photoluminescence (PL) measurements to show that thin Al-free capsule layers between Al-rich barrier layers and the QD layers can solve this problem; this way, the QDs become optoelectronically active; that is, the dots become QDs. We consider antimonide QDs, that is, Ga(As)Sb QDs, either on GaAs for comparison or on AlxGa1-xAs barriers (x >10%) with GaAs capsule layers in between. We also discuss the influence of QD coupling both due to stress/strain from neighboring QDs and quantum-mechanically on the wavelength of the photoluminescence peak. Due to their mere existence, the capsule layers alter the barriers by becoming part of them. Quantum dots applications such as QD semiconductor lasers for spectroscopy or QDs as binary storage cells will profit from this additional degree of design freedom.