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Hochgeschwindigkeitsfotografie: Spezialkamera verfolgt Laserpuls

Fotografieren so schnell wie das Licht: Eine neue Spezialkamera ist so schnell, dass sie den Weg eines Lichtpulses aufzeichnen kann. Die Kamera ist für wissenschaftliche Einsätze gedacht.

Artikel veröffentlicht am ,
Compressed Ultrafast Photography: Lichtpulse in Echtzeit beobachten
Compressed Ultrafast Photography: Lichtpulse in Echtzeit beobachten (Bild: Washington University)

Fotografie heißt übersetzt soviel wie Malen mit Licht. Eine ganz besondere Lichtmaltechnik haben Forscher aus den USA entwickelt: Sie können einen Laserpuls verfolgen und seinen Weg abbilden. Dazu haben sie eine Spezialkamera entwickelt, die schnell genug ist, den Lichtpuls einzufangen.

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Die Forscher um Liang Gao haben zwei beeindruckende Videos mit der Kamera gemacht. Das eine zeigt, wie ein Lichtpuls einem Gummiball gleich von einer Fläche abprallt. Ein anderes visualisiert das Phänomen der Lichtbrechung: Beim Übertritt von Luft in ein anderes Medium wird der Lichtpuls abgelenkt.

Eine Milliarde Bilder in der Sekunde

Die Kamera kann eine Milliarde Bilder pro Sekunde aufnehmen und damit deutlich mehr Fotos machen als bisher Chips für ultraschnelle Fotografie speichern und auslesen können. Diese verarbeiten zehn Millionen Bilder pro Sekunde.

Compressed Ultrafast Photography (CUP) nennen die Wissenschaftler von der Washington Universität in St. Louis im US-Bundesstaat Missouri ihre Entwicklung. Gedacht sei sie für "vorübergehende Ereignisse mit einer zeitlichen Auflösung im Bereich von zehn Pikosekunden", schreiben sie in der Fachzeitschrift Nature.

Wissenschaftliche Anwendungen

Dazu zählen vor allem Anwendungen in der Biomedizin. Die Biomediziner um Gao wollen damit zum Beispiel beobachten, wie Moleküle auf die Anregung mit Lichtpulsen reagieren. Andere mögliche Nutznießer sind Astronomen: Sie sollen damit den Ablauf einer Supernova verfolgen oder Weltraumschrottteile beobachten. Forensiker sollen mit der Aufnahmetechnik die Flugbahn eines Projektils rekonstruieren.

Ausgangspunkt ist eine Streak-Kamera. Diese Kameras ermöglichen es, schnelle Prozesse abzubilden: Wenn ein Lichtpuls auf die Photokathode einer solchen Kamera trifft, wird ein Elektron freigesetzt, das ein elektrisches Feld durchläuft und dadurch abgelenkt wird. Treffen mehrere Pulse nacheinander auf die Kathode, durchläuft jedes Elektron ein anderes Feld und wird auf eine andere Weise abgelenkt. So entsteht ein Muster, das die Ausbreitung des Lichts abbildet.

Streak-Kamera erweitert

Gao und seine Kollegen haben die Streak-Kamera um ein optisches System sowie einen Algorithmus zur Auswertung erweitert. Das Licht von einem aufzunehmenden Objekt wird durch ein spezielles Objektiv auf eine Anordnung mit etwa einer Million Mikrospiegeln geleitet. Jeder dieser Spiegel hat eine Kantenlänge von sieben Mikrometern.

Die Mikrospiegel erzeugen ein Muster und reflektieren dieses auf einen Strahlenteiler. Dieser wiederum leitet die Photonen durch die geöffnete Blende der Streak-Kamera. Dort werden die Photonen in Elektronen gewandelt. Diese werden von zwei Elektroden auf den CCD-Sensor abgelenkt. Die Elektronen erreichen den Sensor zu verschiedenen Zeiten und auf verschiedenen vertikalen Positionen. Der Sensor speichert diese Rohdaten und der Algorithmus errechnet daraus das Bild.

Dieses Verfahren erhöhe die Bildrate gegenüber bisherigen Verfahren deutlich. Das ermögliche ganz neue Abbildungen und Einsichten, sagt Lihong Wang. "Zum ersten Mal können Menschen Lichtpulse in Echtzeit beobachten."



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Fat_PaRaDOX 07. Dez 2014

Du gehst davon aus, die Fotografie würde in einem Vakuum stattfinden. Schonmal ne...

FreiGeistler 05. Dez 2014

Der Blob erinnert mich irgendwie an "The Powder Toy". Wähle dort Photon (genannt PHOT...

Rainer Tsuphal 05. Dez 2014

Nein, diesmal nicht. Der Übersetzungsfehler ist drei Jahre alt: Eine Milliarde ist...


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