Entwicklung einer Messmethode zur akusto-optischen Tomographie in trüben Medien

• Applicant: Professor Dr. Gustav Schweiger
• Subject Area: Chemical and Thermal Process Engineering
• Term: from 2007 to 2011
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 42819962

Tomographische Messungen mit optischer Strahlung werden in trübem Gewebe durch die auftretende Mehrfachstreuung erschwert. Einen Ansatz zur Lösung dieses Problems bieten hybride Techniken wie die Akustooptik, bei der die optischen Eigenschaften des Mediums durch Aufprägen einer Ultraschallwelle moduliert werden. Ein solcher Ansatz wird auch in diesem Projekt verfolgt. Zur Identifizierung des Anteils des Lichtes, welches mit dem Ultraschall markiert wurde, wird zum einen die dadurch verursachte Frequenzverschiebung und zum anderen die durch die Wechselwirkung verursachte Richtungsänderungen des Lichtes genutzt. Diese Effekte sind wohlbekannte Eigenschaften der Brillouin-Streuung in klaren Medien. Im vorliegenden Projekt soll die an einer von Außen aufgeprägten Ultraschallwelle erfolgte Bragg-Streuung im trüben Medium delektiert werden. Absorption von Schall und Licht in Wasser begrenzen die verwendbaren Frequenzen und damit den Bragg-Winkel auf Werte in der Größenordnung von 1°. In trüben Medien sind daher der Bragg-Strahl und der unabgelenkte Lichtstrahl wegen der Strahlaufweitung nicht trennbar. Zur Erhöhung des Bragg-Winkels und damit leichteren geometrischen Trennung des gestreuten vom nichtgestreuten Licht in trüben Medien ist der Einsatz zweier kohärenter Strahlen mit leicht unterschiedlicher Frequenz vorgesehen. Die Detektion des Streulichtes soll unter dem Bragg-Winkel der Schwebungsfrequenz erfolgen, da dieser Winkel deutlich größer als der der beiden Einzelstrahlen ist. Ferner soll die frequenzunverschobene Strahlung mit einem Fabry-Perot-Filter ausgefiltert werden, um so eine weitere Verbesserung der Trennung zwischen Licht, das vom Ultraschall markiert wurde vom unmarkierten Licht zu erreichen. In diesem Projekt soll nachgewiesen werden, dass mit diesem Konzept die Nachweisgrenzen lokaler optischer Störung in trüben Medien gegenüber den bisherigen Techniken in der akustischen Markierung von Licht deutlich erhöht werden können.

• DFG Programme: Research Grants
• Participating Person: Professor Dr.-Ing. Cemal Esen