Seine Doktorarbeit schreibt Stefan Hell ab 1987 bei Siegfried Hunklinger am Institut für Angewandte Physik. In dessen Start-Up, Heidelberg Instruments, das optische Systeme mit Laser-Raster-Schreiber für diverse Anwendungsgebiete entwickelt, forscht und experimentiert er an Teilfragen der konfokalen Mikroskopie. Doch die Beschäftigung damit erscheint ihm bald zu begrenzt. Die Frage der Auflösungsgrenze, als ungelöstes Problem in der optischen Mikroskopie, beginnt ihn dagegen immer mehr zu interessieren.
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Promotion, 1987-1990