Speziell gefertigtes Licht passiert undurchsichtige Hindernisse

Selbst verstreute Objekte wie Wolken werfen Schatten, weil sie ungeordnete Medien sind, die Lichtwellen streuen. Jetzt haben Forscher der TU Wien und der Universität Utrecht einen Weg gefunden, Lichtwellen zu manipulieren, um durch Hindernisse zu gelangen, und ein Bild so klar auf die andere Seite zu projizieren, als gäbe es kein Hindernis.

Ein ungeordnetes Medium ist im Wesentlichen eine Ansammlung ungeordneter Partikel wie Pulver, Sand, Zucker oder sogar eine Wolke. Wenn Licht in eine solche Gruppe winziger Hindernisse eindringt, streut es auf unglaublich komplexe Weise. Wenn Sie dieses Streumuster theoretisch berechnen könnten, könnten Sie die Lichtwellen so manipulieren, dass sie ohne Streuung durch sie hindurchtreten.

Und jetzt konnten die Forscher genau das mit Zinkoxid als Streumedium tun, wobei die Lichtquelle auf der einen Seite und der Detektor auf der anderen Seite platziert waren.

Der erste Schritt besteht darin, das Hindernis zu erkennen. Das Wissenschaftlerteam strahlte also sehr spezifische Lichtsignale durch das Pulver und maß dann, wie sie in den Detektor gelangten. Mit einigen ausgeklügelten mathematischen Methoden ist es möglich, die Art der Streuung zu bestimmen - und eine bestimmte Lichtwelle zu erzeugen, die ihre Form überhaupt nicht ändert.

„Wie wir zeigen konnten, gibt es eine ganz besondere Klasse von Lichtwellen - die sogenannten streuungsinvarianten Lichtmoden, die auf dem Detektor genau das gleiche Wellenmuster erzeugen, unabhängig davon, ob die Lichtwelle nur durch die gesendet wurde Luft oder musste eine komplexe Zinkoxidschicht durchdringen “, sagt Stefan Rotter, Co-Autor der Studie.

So faszinierend die Idee ist, Licht durch die Barriere zu lassen, so weit sind die Wissenschaftler gegangen. Indem sie mehrere streuungsinvariante Lichtmoden auf die richtige Weise kombinierten, erzeugten sie eine Lichtwelle, die von einem Bild - in diesem Fall der Konstellation Ursa Major - codiert wurde, und projizierten sie über Zinkoxid auf einen Detektor.

„Zumindest in gewissen Grenzen können Sie also völlig frei wählen, welches Bild Sie störungsfrei durch das Objekt übertragen möchten“, sagt Jeroen Bosch, Autor der Studie. „In der Tat konnten wir die streuungsinvariante Welle bestimmen, die das Bild des Großen Wagens an den Detektor sendet, unabhängig davon, ob die Lichtwelle von der Zinkoxidschicht gestreut wird oder nicht. Für den Detektor sieht der Lichtstrahl in beiden Fällen fast gleich aus. “

Es ist eine unterhaltsame Arbeit, die auf den früheren Experimenten des Teams zur Manipulation von Lichtwellen aufbaut, um Objekte wie den Unsichtbarkeitsumhang zu verschleiern. Ein neuer Durchbruch könnte eines Tages zu neuen bildgebenden Verfahren in der Medizin führen, die den Körper sicher wie Röntgenstrahlen scannen. Es bleibt jedoch noch viel zu tun, bevor eine solche Technologie implementiert wird.

Die Studie wurde in der Zeitschrift Nature Photonics veröffentlicht.