Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Einen Lichtstrahl durch Materie steuern

01.04.2010
Durch Haut, eine Farbschicht, ein Glas Milch oder ein anderes lichtstreuendes Material sehen?

Wissenschaftler kommen diesem Ziel immer näher. Einem französischen Physiker-Team des Langevin Instituts (CNRS [1], ESPCI [2], Universitäten Paris 6 und 7) ist es gelungen, die optischen Eigenschaften stark streuender Medien zu messen.

Daraus konnten sie eine Methode ableiten, die es ihnen ermöglicht, den Lichtstrahl in diesem Medium zu kontrollieren, um ihn zum Beispiel auf einen oder mehrere Punkte auf der anderen Seite des Mediums zu fokalisieren.

Dringt ein Lichtstrahl in ein inhomogenes Medium ein, so wird er durch jede einzelne Unregelmäßigkeit (Tropfen, Körner, usw.) in alle Richtungen gestreut. Daraus entsteht eine sehr komplexe Streuung, die alle Eigenschaften des Strahls zu beeinträchtigen scheint. Diese scheinbare Störung ist jedoch kontrollierbar: sind die Parameter des einfallenden Strahls vollständig bekannt (Wellenlänge, Phase, Richtung, usw.), so ist es prinzipiell möglich, den ausfallenden Strahl zu bestimmen, da die Streuung ein deterministischer Prozess ist.

Hierfür muss die sogenannte Transmissionsmatrix des Mediums gemessen werden. Sie besteht aus vielen Zahlenangaben, die beschreiben, wie das Medium den Lichtstrahl beeinflusst. Bei einer einfachen durchsichtigen Glaslinse setzt sie sich beispielsweise aus 4 Zahlen zusammen (für eine bestimmte Wellenlänge). Bei einem gewöhnlichen, streuenden Medium jedoch besteht sie aus extrem vielen Elementen (ca. 1012 Elemente für eine 1 mm² große angestrahlte Fläche).

Am Langevin Institut konnten nun Sylvain Gigan und seine Kollegen eine Approximation der Transmissionsmatrix einer mehrere Mikrometer dicken, auf einer Glaslamelle aufgetragenen Zinkoxid-Schicht erstellen. Als Lichtquelle benutzten sie dazu einen Laser. Der Strahl wurde durch einen räumlichen Lichtmodulator mit einer Auflösung von 16x16 Pixel geleitet. Durch diesen Modulator kann die Phase der einfallenden Laserwelle Pixel für Pixel per Computer reguliert werden. Auf der anderen Seite der Probe wurden mit einem interferometrischen Verfahren die Phase und die Amplitude der durchgeleiteten Welle gemessen. Dazu wurde ein CCD-Sensor mit 16x16 Pixel benutzt. Mit Hilfe des Modulators ließen die Wissenschaftler den Lichtstrahl variieren, und konnten durch Messung der ausfallenden Welle innerhalb von 3 Minuten die 164 Elemente der (vereinfachten) Transmissionsmatrix bestimmen. Unter Berücksichtigung dieser Matrix konnten die Forscher nun ihr verfolgtes Ziel umsetzen. Sie waren somit in der Lage, den Laserstrahl gezielt zu modulieren, so dass er durch die Probe hindurch einen vorbestimmten Pixel des CCD-Sensors anstrahlte. Anders ausgedrückt: es ist ihnen gelungen, einen Strahl nach Belieben zu steuern, obwohl er ein stark streuendes Medium durchstrahlen muss.

[1] Französisches Zentrum für wissenschaftliche Forschung

[2] Ecole Supérieure de Physique et de Chimie Industrielles de la ville de Paris - Hochschule für industrielle Physik und Chemie der Stadt Paris

Kontakt: Sylvain Gigan - Institut Langevin - Tel: +33 1 40 79 45 90, Fax: +33 1 40 79 44 68 - Email: sylvain.gigan@espci.fr

Quelle: "Guider la lumière à travers le désordre", Pour la Science - 24.03.2010 http://www.pourlascience.fr/ewb_pages/a/actualite-guider-la-lumiere-a-travers-le-desordre-24784.php

Redakteur: Sebastian Ritter, sebastian.ritter@diplomatie.gouv.fr

Wissenschaft-Frankreich (Nummer 180 vom 31.03.2010)
Französische Botschaften in Deutschland und Österreich

| Wissenschaft-Frankreich
Weitere Informationen:
http://www.wissenschaft-frankreich.de/allemand

Weitere Berichte zu: CCD-Sensor Gigan Lichtstrahl Materie Modulator Pixel Strahl Transmissionsmatrix Welle Wellenlänge

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Radioaktive Elemente in Cassiopeia A liefern Hinweise auf Neutrinos als Ursache der Supernova-Explosion
23.06.2017 | Max-Planck-Institut für Astrophysik

nachricht Individualisierte Faserkomponenten für den Weltmarkt
22.06.2017 | Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH)

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Can we see monkeys from space? Emerging technologies to map biodiversity

An international team of scientists has proposed a new multi-disciplinary approach in which an array of new technologies will allow us to map biodiversity and the risks that wildlife is facing at the scale of whole landscapes. The findings are published in Nature Ecology and Evolution. This international research is led by the Kunming Institute of Zoology from China, University of East Anglia, University of Leicester and the Leibniz Institute for Zoo and Wildlife Research.

Using a combination of satellite and ground data, the team proposes that it is now possible to map biodiversity with an accuracy that has not been previously...

Im Focus: Klima-Satellit: Mit robuster Lasertechnik Methan auf der Spur

Hitzewellen in der Arktis, längere Vegetationsperioden in Europa, schwere Überschwemmungen in Westafrika – mit Hilfe des deutsch-französischen Satelliten MERLIN wollen Wissenschaftler ab 2021 die Emissionen des Treibhausgases Methan auf der Erde erforschen. Möglich macht das ein neues robustes Lasersystem des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnologie ILT in Aachen, das eine bisher unerreichte Messgenauigkeit erzielt.

Methan entsteht unter anderem bei Fäulnisprozessen. Es ist 25-mal wirksamer als das klimaschädliche Kohlendioxid, kommt in der Erdatmosphäre aber lange nicht...

Im Focus: Climate satellite: Tracking methane with robust laser technology

Heatwaves in the Arctic, longer periods of vegetation in Europe, severe floods in West Africa – starting in 2021, scientists want to explore the emissions of the greenhouse gas methane with the German-French satellite MERLIN. This is made possible by a new robust laser system of the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT in Aachen, which achieves unprecedented measurement accuracy.

Methane is primarily the result of the decomposition of organic matter. The gas has a 25 times greater warming potential than carbon dioxide, but is not as...

Im Focus: How protons move through a fuel cell

Hydrogen is regarded as the energy source of the future: It is produced with solar power and can be used to generate heat and electricity in fuel cells. Empa researchers have now succeeded in decoding the movement of hydrogen ions in crystals – a key step towards more efficient energy conversion in the hydrogen industry of tomorrow.

As charge carriers, electrons and ions play the leading role in electrochemical energy storage devices and converters such as batteries and fuel cells. Proton...

Im Focus: Die Schweiz in Pole-Position in der neuen ESA-Mission

Die Europäische Weltraumagentur ESA gab heute grünes Licht für die industrielle Produktion von PLATO, der grössten europäischen wissenschaftlichen Mission zu Exoplaneten. Partner dieser Mission sind die Universitäten Bern und Genf.

Die Europäische Weltraumagentur ESA lanciert heute PLATO (PLAnetary Transits and Oscillation of stars), die grösste europäische wissenschaftliche Mission zur...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Von Batterieforschung bis Optoelektronik

23.06.2017 | Veranstaltungen

10. HDT-Tagung: Elektrische Antriebstechnologie für Hybrid- und Elektrofahrzeuge

22.06.2017 | Veranstaltungen

„Fit für die Industrie 4.0“ – Tagung von Hochschule Darmstadt und Schader-Stiftung am 27. Juni

22.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Radioaktive Elemente in Cassiopeia A liefern Hinweise auf Neutrinos als Ursache der Supernova-Explosion

23.06.2017 | Physik Astronomie

Dünenökosysteme modellieren

23.06.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Makro-Mikrowelle macht Leichtbau für Luft- und Raumfahrt effizienter

23.06.2017 | Materialwissenschaften