Die Universität Utrecht und die TU Wien haben eine spannende neue Anwendung für Laserstrahlen gefunden. Mit Hilfe einer speziellen Lichtwellentechnologie können sie präzise die Position von Objekten bestimmen, selbst wenn diese normalerweise nicht sichtbar sind. Dies eröffnet ganz neue Möglichkeiten für die Forschung und Innovation.
Die Herausforderung: Unsichtbare Objekte sichtbar machen
Normalerweise benötigen wir freie Sicht, um die Position eines Objekts genau bestimmen zu können. Doch oft befinden sich die zu untersuchenden Strukturen in einer komplexen und unregelmäßigen Umgebung, zum Beispiel in der Biomedizin. In solchen Fällen wird der Laserstrahl abgelenkt, gestreut und gebrochen, was genaue Messungen unmöglich macht. Die Forscherinnen und Forscher haben nun jedoch einen innovativen Ansatz entwickelt, um diese Herausforderung zu überwinden.
Maximale Informationen über das Unsichtbare
Anstatt einen gewöhnlichen Laserstrahl zu verwenden, versehen sie den Strahl mit einem speziellen Wellenmuster, das die maximale Information über das unsichtbare Objekt erfasst. Durch diese Methode kann die Position des Objekts präzise abgeschätzt werden. Das Verfahren basiert auf physikalischen Prinzipien und ermöglicht eine hohe Genauigkeit bei der Messung.
Bewährte Technik zur Messung von Gravitationswellen
Stefan Rotter, ein Physiker der TU Wien, erklärt: “Das Streben nach maximaler Messgenauigkeit liegt in der Natur aller Naturwissenschaften. Ein gutes Beispiel ist die LIGO-Anlage, mit der Gravitationswellen nachgewiesen werden können. Dort werden Laserstrahlen verwendet, um Variationen im Abstand zwischen Laser und Spiegel extrem präzise zu messen.” Diese Methode funktioniert so gut, weil der Laserstrahl in einem Ultrahochvakuum verwendet wird, in dem Störungen vermieden werden.
Die Herausforderung der Lichtstreuung
Allerdings entstehen Probleme, wenn der Laserstrahl auf ungeordnete Medien trifft, wie zum Beispiel eine raue Glasscheibe oder biologisches Gewebe. Diese Medien verändern und streuen den Lichtstrahl, sodass er nicht mehr auf einer geraden Linie verläuft und das Objekt nicht klar erkennbar ist.
Die Lösung: Optimale Wellen
Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler haben jedoch herausgefunden, dass sie die Störungen umkehren können, indem sie ein kompliziertes Wellenmuster erzeugen. Dieses Muster wird durch die Störungen genau so verändert, dass es das Objekt auf die gewünschte Weise erreicht und die maximale Informationsmenge zurückliefert. Die Forscherinnen und Forscher haben ein mathematisches Verfahren entwickelt, um die optimale Welle zu berechnen, und konnten experimentell nachweisen, dass diese Methode im Nanometer-Bereich äußerst präzise ist.
Neue Möglichkeiten durch Laser-Experimente
In Experimenten an der Universität Utrecht wurden Laserstrahlen durch ungeordnete Medien geschickt, um die optimale Welle zu berechnen und ein Objekt jenseits des Mediums zu analysieren. Die Ergebnisse waren beeindruckend: Die Methode ermöglichte präzise Messungen im Nanometer-Bereich.
Die Forschung auf diesem Gebiet eröffnet neue Möglichkeiten nicht nur in der Positionsmessung, sondern auch bei der Messung von Bewegungen und Drehrichtungen von Objekten. Es bleibt spannend zu beobachten, wie sich diese Technologie weiterentwickelt und welche Anwendungen sie in Zukunft finden wird.
