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 Physiker gelingt erstmalig Vorstoß in höhere Dimensionen
19.02.2019 | Universität Rostock

nachricht Neue Himmelskarte veröffentlicht
19.02.2019 | Universität Bielefeld

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: Materialdesign in 3D: vom Molekül bis zur Makrostruktur

Mit additiven Verfahren wie dem 3D-Druck lässt sich nahezu jede beliebige Struktur umsetzen – sogar im Nanobereich. Diese können, je nach verwendeter „Tinte“, die unterschiedlichsten Funktionen erfüllen: von hybriden optischen Chips bis zu Biogerüsten für Zellgewebe. Im gemeinsamen Exzellenzcluster „3D Matter Made to Order” wollen Forscherinnen und Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und der Universität Heidelberg die dreidimensionale additive Fertigung auf die nächste Stufe heben: Ziel ist die Entwicklung neuer Technologien, die einen flexiblen, digitalen Druck ermöglichen, der mit Tischgeräten Strukturen von der molekularen bis zur makroskopischen Ebene umsetzen kann.

„Der 3D-Druck bietet gerade im Mikro- und Nanobereich enorme Möglichkeiten. Die Herausforderungen, um diese zu erschließen, sind jedoch ebenso gewaltig“, sagt...

Im Focus: Diamanten, die besten Freunde der Quantenwissenschaft - Quantenzustand in Diamanten gemessen

Mithilfe von Kunstdiamanten gelang einem internationalen Forscherteam ein weiterer wichtiger Schritt in Richtung Hightech-Anwendung von Quantentechnologie: Erstmals konnten die Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen den Quantenzustand eines einzelnen Qubits in Diamanten elektrisch zu messen. Ein Qubit gilt als die Grundeinheit der Quanteninformation. Die Ergebnisse der Studie, die von der Universität Ulm koordiniert wurde, erschienen jüngst in der renommierten Fachzeitschrift Science.

Die Quantentechnologie gilt als die Technologie der Zukunft. Die wesentlichen Bausteine für Quantengeräte sind Qubits, die viel mehr Informationen verarbeiten...

Im Focus: Wasser ist homogener als gedacht

Um die bekannten Anomalien in Wasser zu erklären, gehen manche Forscher davon aus, dass Wasser auch bei Umgebungsbedingungen aus einer Mischung von zwei Phasen besteht. Neue röntgenspektroskopische Analysen an BESSY II, der ESRF und der Swiss Light Source zeigen jedoch, dass dies nicht der Fall ist. Bei Raumtemperatur und normalem Druck bilden die Wassermoleküle ein fluktuierendes Netz mit durchschnittlich je 1,74 ± 2.1% Donator- und Akzeptor-Wasserstoffbrückenbindungen pro Molekül, die eine tetrahedrische Koordination zwischen nächsten Nachbarn ermöglichen.

Wasser ist das „Element“ des Lebens, die meisten biologischen Prozesse sind auf Wasser angewiesen. Dennoch gibt Wasser noch immer Rätsel auf. So dehnt es sich...

Im Focus: Licht von der Rolle – hybride OLED ermöglicht innovative funktionale Lichtoberflächen

Bislang wurden OLEDS ausschließlich als neue Beleuchtungstechnologie für den Einsatz in Leuchten und Lampen verwendet. Dabei bietet die organische Technologie viel mehr: Als Lichtoberfläche, die sich mit den unterschiedlichsten Materialien kombinieren lässt, kann sie Funktionalität und Design unzähliger Produkte verändern und revolutionieren. Beispielhaft für die vielen Anwendungsmöglichkeiten präsentiert das Fraunhofer FEP gemeinsam mit der EMDE development of light GmbH im Rahmen des EU-Projektes PI-SCALE auf der Münchner LOPEC (19. bis 21. März 2019), erstmals in Textildesign integrierte hybride OLEDs.

Als Anbieter von Forschungs- und Entwicklungsdienstleistungen auf dem Gebiet der organischen Elektronik setzt sich das Fraunhofer FEP schon lange mit der...

Im Focus: Light from a roll – hybrid OLED creates innovative and functional luminous surfaces

Up to now, OLEDs have been used exclusively as a novel lighting technology for use in luminaires and lamps. However, flexible organic technology can offer much more: as an active lighting surface, it can be combined with a wide variety of materials, not just to modify but to revolutionize the functionality and design of countless existing products. To exemplify this, the Fraunhofer FEP together with the company EMDE development of light GmbH will be presenting hybrid flexible OLEDs integrated into textile designs within the EU-funded project PI-SCALE for the first time at LOPEC (March 19-21, 2019 in Munich, Germany) as examples of some of the many possible applications.

The Fraunhofer FEP, a provider of research and development services in the field of organic electronics, has long been involved in the development of...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Unendliche Weiten: Geophysiker nehmen den Weltraum ins Visier

21.02.2019 | Veranstaltungen

Tagung rund um zuverlässige Verbindungen

20.02.2019 | Veranstaltungen

LastMileLogistics Conference in Frankfurt befasst sich mit Lieferkonzepten für Ballungsräume

19.02.2019 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Materialdesign in 3D: vom Molekül bis zur Makrostruktur

21.02.2019 | Verfahrenstechnologie

Neue Mechanismen der Regulation von Nervenstammzellen

21.02.2019 | Biowissenschaften Chemie

Fledermäusen auf der Spur: Miniatur-Sensoren entschlüsseln Mutter-Kind-Beziehung

21.02.2019 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics