Spezialkamera US-Forscher filmen Laserstrahl in Super-Zeitlupe

500 Milliarden Einzelbilder pro Sekunde: Mit einer ultraschnellen Spezialkamera sieht man die Welt wie nie zuvor. Das neue System der MIT-Forscher macht sogar Schnappschüsse von Laserstrahlen, die durch Objekte dringen.

MIT Media Lab

Was passiert, wenn ein Laserstrahl auf eine Tomate trifft? Im Blickfeld des Betrachters nichts. Doch mit einer neuen Spezialkamera eröffnen sich plötzlich Ansichten, die bisher nicht möglich waren: Forscher am Massachusetts Institute of Technology (MIT) haben eine Kamera entwickelt, die etwa 500 Milliarden Einzelbilder pro Sekunde aufnimmt.

"Damit können wir die Bewegung von Photonen verfolgen", sagt Ramesh Raskar, der am MIT die "Camera Culture Group" leitet und zu dessen Projekten auch eine Spezialkamera gehört, mit der man um die Ecke fotografieren soll. "Als ich verkündete, ich würde gerne eine Um-die-Ecke-Kamera bauen, sagten mir meine Kollegen: 'Such dir doch etwas aus, das deine Festanstellung wahrscheinlicher macht'", erzählte Raskar der "New York Times". "Jetzt habe ich eine Festanstellung, also kann ich sagen, das ist gar nicht so verrückt."

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Spezialkameras: Die eingefrorene Picosekunde
Mit der neuen Kamera stellt Raskars Gruppe einen Geschwindigkeitsrekord auf: Experimentalfotografen jagen seit dem berühmten Bild des MIT-Forschers Harold Edgerton - es zeigt eine Kugel, die durch einen Apfel schießt - den kleinsten Sekundenbruchteilen hinterher. Photonen aber sind etwa eine Million mal schneller, als es die Kugel war.

Bisher schafften die schnellsten Apparate Bildraten von einigen Millionen Einzelbildern pro Sekunde. Das Problem ist der Aufbau der Kameras: Die Reaktionszeit von Lichtsensoren ist begrenzt, weil die Geschwindigkeit von elektronischen Signalen nicht beliebig gesteigert werden kann. Eine Verschlusszeit von 500 Picosekunden (500 Billionstel Sekunden) ist so maximal möglich. Anders gesagt: Innerhalb einer Nanosekunde (einer Milliardstel Sekunde) kann die Kamera etwa 500 Einzelbilder aufnehmen. Andreas Velten, der die Spezialkamera mitentwickelt hat, erklärt, dass durch die neue Technologie Verschlusszeiten unter zwei Picosekunden möglich sind.

Für gewöhnlich werden solche schnellen Apparate genutzt, um Lichtphänomene zu untersuchen, die sich in winzigen Zeitfenstern abspielen. Dabei spucken die Geräte aber eher Daten als Bilder aus. Die Konstruktion der MIT-Forscher dagegen liefert Zeitlupen-Filme der besonderen Art, die ultrakurze Momente einfangen.

Bei der Kamerakonstruktion der MIT-Forscher treffen Photonen, also Lichtteilchen, auf eine Elektrode. Dabei werden wiederum Elektronen herausgeschlagen und treffen dabei an verschiedenen Punkten auf einen Detektorschirm. Das Ganze funktioniert ähnlich wie in der Fernsehröhre. Allerdings lassen sich so nur extrem enge Bildausschnitte fotografieren. Die Forscher wiederholen daher den Prozess und scannen so die Szene quasi ab. Auf diese Weise können sie den Laserstrahl abbilden, wie er sich von einem Rand der Tomate zum nächsten bewegt.

cib

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insgesamt 22 Beiträge
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Seite 1
SpieFo 15.12.2011
1. What a fake
Drehende Spiegel, 1 Stunde Aufnahmezeit, um den Weg eines Lichtpulses von ca. 30 cm Länge "zu filmen"? Das ist doch nur ein Stroboskop-Effekt, ähnlich den rückwärtsdrehenden Kutschenrädern im Film. Zweifelsohne eine Leistung, überhaupt ein Lichpaket von ca. 2 cm Länge zu fotografieren. Aber keinesfalls Realtime die Ausbreitung von Licht aufzeichnen. Keinesfalls "Zeitlupe".
627235 15.12.2011
2. Mit Zahlen umzugehen...
...will gelernt sein. ---Zitat--- Eine Verschlusszeit von 500 Picosekunden (500 Billionstel Sekunden) ist so maximal möglich. Anders gesagt: Innerhalb einer Nanosekunde (einer Milliardstel Sekunde) kann die Kamera etwa 500 Einzelbilder aufnehmen. ---Zitatende--- Eine Verschlusszeit von 500 ps bedeutet keineswegs 500 Einzelbilder pro ns, sondern 1000 (ps/ns) / 500 (ps/Bild)=2 (Bilder/Nanosekunde) So ein bisschen grundlegende Bruchrechnung wäre mal schön....
Putenschnitzel 15.12.2011
3.
In dem Video ist ein Fehler. Dort wird gesagt, die Kamera wäre schneller als das Licht. Das stimmt aber nicht. Sie filmt auch nicht schneller als das Licht. Sie ist lediglich um einiges schneller als die Pulsdauer bzw. Pulslänge der Lichtpakete des LASERs, wenn ich mir das so recht überlege. Sie filmt auch nicht einen einzigen Puls des LASER-Strahl als solches, sondern nutzt quasi einen Stroboskop-Effekt, wie ein anderer Forist bereits schrieb. Dennoch ist es schon eine Leistung, ein solches Verfahren zu entwickeln, auch wenn die Anwendungsgebiete wohl eher gering sind. Es wird zwar von Materialuntersuchungen, "Ultraschall-Untersuchungen" und ähnlichen Dingen gesprochen, aber solche Anwendungsbeispiele nennen Forscher gerne und oft, wenn sie eine Entdeckung gemacht haben. Manches davon wird sicherlich funktionieren, aber bei den meisten Dingen, die man sich am Anfang einer solchen Entwicklung voller Euphorie immer erhofft, wird es irgendwann unüberwindbare kleine Problemchen oder Komplikationen geben, die die Anzahl der umsetzbaren Anwendungen erheblich einschränken (ich sag nur: Wankelmotor). Für viele Anwendungen gibt's dann auch noch andere, bessere, einfachere oder billigere Alternativen. Naja. Trotzdem eine interessante Sache. Viele Grüße
bissig 15.12.2011
4. ...
Zitat von SpieFoDrehende Spiegel, 1 Stunde Aufnahmezeit, um den Weg eines Lichtpulses von ca. 30 cm Länge "zu filmen"? Das ist doch nur ein Stroboskop-Effekt, ähnlich den rückwärtsdrehenden Kutschenrädern im Film. Zweifelsohne eine Leistung, überhaupt ein Lichpaket von ca. 2 cm Länge zu fotografieren. Aber keinesfalls Realtime die Ausbreitung von Licht aufzeichnen. Keinesfalls "Zeitlupe".
Kam mir auch in den Sinn. Und dann wird im Film auch noch behauptet, die Kamera sei schneller als das Licht. Mmhhhh. Die Kamera STEHT FEST! Technisch gesehen: Respekt. Journalistisch betrachtet: Kein Kommentar Mit dem "Kugel durch Apfel"-Bild übrigens in keinster Weise vergleichbar, da der Apfel nach der ersten Kugel kaputt ist. Die Tomate ist nach vielen Millionen Lichtstrahlen immer noch ganz (vielleicht lokal etwas wärmer als vorher, aber das war's dann auch schon)
hador2 15.12.2011
5. kt
Zitat von sysop500 Milliarden Einzelbilder pro Sekunde: Mit einer ultraschnellen Spezialkamera sieht man die Welt wie nie zuvor. Das neue System der MIT-Forscher macht sogar Schnappschüsse von Laserstrahlen, die durch Objekte dringen. http://www.spiegel.de/wissenschaft/technik/0,1518,803979,00.html
Als Laserphysiker sträuben sich mir die Haare beim Lesen dieses Artikels und Schauen des Videos. Ich erwarte ja gar nicht, das Spon die Qualität eines wissenschaftlichen Magazins erreicht, aber wenigstens die Grundlagen sollten doch stimmen. In diesem Artikel sind aber so viele Fehler, dass es nichtmal Sinn macht sie alle einzeln aufzuzählen. Und eins nur ganz nebenbei: Die Streak-Kamera an sich ist nichts neues, diese Art von Aufbauten wurde u.a. am MPQ schon für viel beeindruckendere Bilder auf kürzeren Zeitskalen benutzt wie z.B. die Aufnahme eines fs-Laser-Pulses mittels eines Attosekunden-Lasers. Neu an der Sache am MIT ist lediglich die Anwendung auf 'alltäglichere' Szenen.
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