Eine Gruppe von Wissenschaftlern der Technischen Universität in Dresden hat die räumliche Auflösung eines auf Laserstrahlen basierenden Geschwindigkeitsmessers um einen Faktor Hundert erhöht. Die Methode beruht auf zwei sich überlappenden Laserstrahlen, die von mikroskopisch kleinen Teilchen in einem Gas oder einer Flüssigkeit gestreut werden. Auf diese Weise kann die Strömungsgeschwindigkeit mit einer Auflösung unterhalb eines Mikrometers bestimmt werden. Darüber berichten die Forscher im Fachmagazin „Applied Optics“ (Band 44 Seite 2274).
Ziel des von
Lars Büttner und seinen Kollegen entwickelten Verfahrens ist es, das Strömungsprofil einer Flüssigkeit oder eines Gases mit hoher räumlicher Auflösung zu bestimmen. Um dies zu ermöglichen, brachten die Wissenschaftler zunächst mikroskopisch kleine Kügelchen in die zu untersuchende Strömung ein. Die Kügelchen wurden von der Strömung mitgerissen, und ihre Geschwindigkeit stimmte daher mit der des Gases oder der Flüssigkeit überein.
Die Wissenschaftler mussten nun nur noch die Geschwindigkeit der Kügelchen bestimmen. Dies gelang durch zwei von Dioden erzeugte Laserstrahlen, die durch ein Linsensystem mit einem Interferenzmuster durchsetzt und daraufhin in der Strömung zur Überlagerung gebracht wurden.
Die Teilchen streuten bei ihrer Bewegung durch das Interferenzmuster einen Teil des Laserlichts zu einem Detektorsystem. Auf diese Weise gelang es dem Team, das Geschwindigkeitsprofil der Strömung mit einer Auflösung von etwa 650 Nanometern zu bestimmen. Auf ähnlichen Prinzipien beruhende Lasersensoren setzten bisher keine mikroskopischen Teilchen zur Erhöhung der Streuung ein und konnten daher nur eine Auflösung von 50 Mikrometern erreichen. Büttner will seine Erfindung nun in einem Feldtest zur Bestimmung des Strömungsprofils um eine Turbine einsetzen.
Stefan Maier