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pte20210412025 Forschung/Entwicklung, Technologie/Digitalisierung

Licht durchdringt undurchsichtiges Material

Wissenschaftler aus Wien und Utrecht konstruieren komplett maßgeschneiderte Lichtstrahlen


Licht durchdringt ungeordnetes Medium (Grafik: Allard Mosk, Matthias Kühmayer)
Licht durchdringt ungeordnetes Medium (Grafik: Allard Mosk, Matthias Kühmayer)

Wien/Utrecht (pte025/12.04.2021/13:30) - Forscher der TU Wien http://tuwien.ac.at und der Universität Utrecht http://uu.nl erzeugen spezielle Lichtwellen, die selbst undurchsichtige Materialien so durchdringen können, als wäre das Material gar nicht vorhanden. Für jedes spezifische ungeordnete Medium lassen sich maßgeschneiderte Lichtstrahlen konstruieren, die von diesem Medium praktisch nicht verändert, sondern nur abgeschwächt werden. Der Lichtstrahl durchdringt das Medium und auf der anderen Seite kommt ein Lichtmuster an, das dieselbe Form hat, als wäre das Medium gar nicht da.

Diese Idee der "streuungsinvarianten Lichtmoden" lässt sich auch verwenden, um das Innere von Objekten gezielt zu untersuchen. Die Ergebnisse wurden nun im Fachjournal "Nature Photonics" publiziert. "Jedes dieser Lichtwellenmuster wird auf ganz bestimmte Weise verändert und abgelenkt, wenn man es durch ein ungeordnetes Medium schickt", erklärt TU-Wien-Forscher Stefan Rotter.

Lichtstreuungseffekte beschrieben

Gemeinsam mit seinem Team entwickelt er mathematische Methoden, um solche Lichtstreuungseffekte zu beschreiben. Die Expertise zur Herstellung und Charakterisierung solch komplexer Lichtfelder wurde vom Team um Allard Mosk von der Universität Utrecht beigesteuert. "Als lichtstreuendes Medium verwendeten wir eine Schicht aus Zinkoxid - ein undurchsichtiges, weißes Pulver aus völlig zufällig angeordneten Nanopartikeln", so Mosk, der Leiter der experimentellen Forschungsgruppe.

"Wie wir zeigen konnten, gibt es eine ganz spezielle Klasse von Lichtwellen, die sogenannten streuungsinvarianten Lichtmoden, die am Detektor genau dasselbe Wellenmuster erzeugen, egal ob die Lichtwelle nur durch Luft geschickt wurde oder ob sie die komplizierte Zinkoxidschicht durchdringen musste", weiß Rotter. "Im Experiment sehen wir, dass durch das Zinkoxid die Form dieser Lichtwellen tatsächlich nicht verändert wird - sie werden nur insgesamt ein wenig schwächer", ergänzt Mosk.

(Ende)
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