Blick durch dichten Nebel

In Nebel oder Wolken gehüllte Objekte sind für einen Betrachter nur schwer oder gar nicht zu erkennen. Verantwortlich dafür ist die Streuung der Lichtwellen. Doch Physiker entwickelten nun eine Methode, um selbst in stark streuenden Medien verborgene Objekte aufzuspüren. In der Fachzeitschrift „Optica“ berichten sie über eine ausgeklügelte statistische Analyse von Streulicht, mit der sie die Bewegung eines mit bloßem Auge unsichtbaren Testkörpers aufzeichnen konnten. Diese günstige Alternative zum Radar oder Ultraschall könnte in der Luftfahrt oder in der Medizintechnik angewendet werden.

Skizze einer Versuchsanordnung: Roter Plexiglaswürfel, im Inneren eine Pegasuszeichnung, von links dringt ein Laserstrahl ein, rechts fängt ein halbkugelförmiger Detektor die Streuung ein.
Skizze des Experiments mit einer Streubox

„Fluktuationen im Streulicht werden durch die Bewegung eines Objekts beeinflusst“, sagt Aristide Dogariu von der University of Central Florida in Orlando. Und genau diese winzigen Fluktuationen lassen sich über eine statistische Analyse des Streulichts ermitteln, um den Weg des Objektes zu verfolgen. Um das Prinzip experimentell zu überprüfen, bauten Dogariu und sein Kollege Milad Akhlaghi einen Plexiglaswürfel mit einer Kantenlänge von zwanzig Zentimetern. Die Wände dieses Würfels waren so stark aufgeraut, dass Lichtwellen effizient gestreut wurden. Durch das Innere des Würfels bewegten die beiden ein Stück transparente Folie, auf der das Bild eines Pegasus gedruckt war.

Von außen richteten die Forscher einen roten Laserstrahl auf den Würfel. Das Laserlicht wurde an den Wänden gestreut und breitete sich im gesamten Würfelinneren aus. Auf der gegenüberliegenden Seite fing ein empfindlicher Detektor das austretende gestreute Licht wieder auf. Bewegte sich das Pegasus-Bild nicht, blieb es für den Lichtdetektor völlig unsichtbar. Ein Nachweis etwa über einen partiellen Schattenwurf war nicht möglich. Erst als die Bildfolie durch den Würfel bewegt wurde, zeigten die Messungen spezifische Fluktuationen in der Intensität. Über einen speziellen Algorithmus ließen sich diese von der Objektbewegung verursachten Fluktuationen vom statischen Streulicht trennen. Das Ergebnis: Die Bewegung des Objekts konnte eindeutig ermittelt werden. Ein Rückschluss auf Form, Farbe und Material des Objekts erlaubte diese Analyse jedoch nicht. Lediglich die Größe ließ sich grob abschätzen.

Mit diesem Experiment belegten die Forscher, dass über die Analyse von schwachem Streulicht auf bewegte verborgene Objekte zurückgeschlossen werden kann. Damit ließen sich etwa Autos und Flugzeuge im dichten Nebel nachweisen. Auch für die Medizintechnik ist diese Streulichtanalyse interessant, um sich bewegende Partikel in Blutbahnen mit einer günstigen Technik verfolgen zu können. In weiteren Arbeiten planen die Forscher, ihre Analysetechnik auch bei gestreuten Schall- und Mikrowellen anzuwenden.