SPIEGEL ONLINE

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.

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."

Fotostrecke

Spezialkameras: Die eingefrorene Picosekunde

Foto: Di Wu/ Andreas Velten/ MIT Media

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
Mehr lesen über Verwandte Artikel