Entwicklung einer Messmethode zur akusto-optischen Tomographie in trüben Medien
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Rahmen dieses Projektes wurden Experimente zur akusto-optischen Tomographie durchgeführt. Vorgesehen waren zum einen die Verwendung von kohärenten Strahlen, mit leicht unterschiedlicher Frequenz und die Detektion des Signals unter dem Braggwinkel der Schwebungsfrequenz. Dieser Winkel ist, je nach Differenz der Frequenzen, deutlich größer als der der Einzelstrahlen womit ein einfacherer Aufbau möglich gewesen wäre. Der zweite Ansatzpunkt war die Erhöhung des Messsignals, in dem der unverschobene Anteil im Streulicht ausgefiltert und die frequenzverschobenen Anteile aufaddiert wurden. Zunächst wurde theoretische Überlegungen zu der Schwebungsfrequenz und der dafür notwendigen Frequenzverschiebungen gemacht. Die Berechnungen lieferten hier notwendige Wellenlängendifferenzen von mehr als 0,24nm, was einer Frequenzdifferenz von ca. 180 GHz bei einer Wellenlänge von λ=632,8 nm (HeNe-Laser) entspricht. Eine direkte Verschiebung der Grundwellenlänge z.B. mittels akustooptischer Deflektoren musste aufgrund der hohen Frequenzdifferenz verworfen werden. Ein Ansatz mit einem dual mode Laser wurde ebenfalls verworfen, weil es derzeit auf dem Markt keinen Laser gibt, dessen zwei Laserlinien den richtigen Abstand für die erforderliche Schwebungsfrequenz haben. Eine Verwendung von zwei getrennten Lasersystemen kam aufgrund der fehlenden Kohärenz nicht in Frage. Die Erhöhung des Messsignals durch Ausfilterung der 0.Ordnung konnte erfolgreich realisiert werden. Dazu wurde eine Schlitzblende mit einem Balken in der Mitte verwendet. Damit wurden auch Experimente mit einer gepulsten Ultraschallquelle durchgeführt. Die Detektion eines Targets im trüben Medium konnte erfolgreich durchgeführt werden. Dabei wurde festgestellt, dass die Position des Targets relativ zum Ultraschall keine Rolle spielt. Es kommt also nicht drauf an, wo das Licht mit dem Target wechselwirkt. Sobald eine Wechselwirkung stattfindet, kommt es zu einer Reduzierung der Modulationstiefe. Im letzten Teil des Projektes wurde der Versuchsaufbau in einer konfokalen Anordnung umgebaut. Damit sollte überprüft werden, ob eine Detektion von einem Target auch ohne den Einsatz einer Ultraschalwelle möglich ist. Hierzu wurden Messungen an Targets (Schinken oder Gummi) im klaren und in einem trüben Medium (Putenbrust) durchgeführt. Die Messungen zeigen, dass eine Positionsbestimmung des Targets gut möglich ist.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- “Monte Carlo Simulation of Light Scattering on a Sound Wave”. Dissertation, Ruhr-Universität Bochum
A. Mykhaylovska
- “Monte Carlo simulation of light scattering on a sound wave”. Saratov Fall Meeting, 2009
A. Mykhaylovska, G. Schweiger, A. Ostendorf
