Eine Gewehrkugel fliegt in einem Abstand von knapp einem Meter an einem neuartigen Messgerät vorbei. Obwohl das Projektil pro Sekunde 150 Meter zurücklegt hat das Gerät ein genaues Abbild der Oberfläche erfasst. Es arbeitet mit speziellen Laserstrahlen, ähnlich wie Lidar, eine Technik, die bei der Navigation von fahrerlosen Autos eingesetzt wird. Sie tastet die Umgebung des Fahrzeugs ab und erkennt jedes Hindernis. Der große Unterschied zu Lidar: Da neue System, das zwei Forscherteams aus Karlsruhe und Lausanne entwickelt haben, ist um ein Vielfaches schneller.


Bild: Laila Tkotz, KIT

Trommelfeuer mit speziellem Licht

Die Leitung auf deutscher Seite hat Professor Christian Koos vom Institut für Photonik und Quantenelektronik (IPQ) des Karlsruher Institut für Technologie (KIT). An der Spitze der Schweizer Gruppe steht Professor Tobias Kippenberg von der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne (EPFL). Die Schweizer entwickelten das Gerät, das die Messstrahlen aussendet. Es handelt sich um Mikroresonatoren, die eingestrahltes Laserlicht in optische Frequenzkämme umwandelt. Es beinhaltet eine Vielzahl präzise definierter Wellenlängen – das Spektrum erinnert in einem Diagramm dargestellt an die Zinken eines Kammes.

Die Frequenzkämme werden wie ein Trommelfeuer als ultrakurze Pulse in extrem schnellem Rhythmus auf das zu vermessende Gerät geschossen. Kennt man die Struktur eines solchen Kammes, dann kann das Interferenzmuster bei der Überlagerung mit einem zweiten Frequenzkamm genutzt werden, um die vom Licht zurückgelegte Strecke zu bestimmen und damit die Struktur der Oberfläche. Die Pulse werden Solitonen genannt.


Von der Kommunikation zur Entfernungsmessung

Mit diesen Solitonen befassen sich KIT-Forscher schon seit einiger Zeit, allerdings mit einem anseren Ziel. „Wir haben uns in den letzten Jahren intensiv mit Verfahren zur ultra-schnellen Terabit-Kommunikation mit Solitonen-Frequenzkämmen aus Mikroresonatoren befasst“, sagt Koos. Was sie dabei lernten übertrugen sie auf die schnelle Entfernungserfassung.

Außer als Navigationshilfe in Autos kann das System auch zur Qualitätskontrolle genutzt werden. Produkte, die in großer Zahl und in schnellem Takt hergestellt werden, lassen sich oft nur stichprobenartig auf Mängel untersuchen. Das neue System ist so schnell, dass es alle überprüfen kann.

 

via KIT

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