Neue Polarisationstechnik: Besser zielen im Dunst

Unterstützt vom Air Force Office of Scientific Research (AFOSR) hat ein Forscherteam an der Colorado School of Mines (CSM) und von ITN Energy Systems einen zirkularen Polarisationsfilter entwickelt. Er könnte zum Beispiel bei der Früherkennung von Krebs, der verbesserten Sicht im Nebel oder in den Wolken oder sogar für einen realistischeren 3D-Eindruck im Kino von Nutzen sein.

Wenn das Auge die verschiedenen Eigenschaften von Licht vermisst, kann es natürlich Farbe wahrnehmen, aber es kann nicht zwischen den inhärenten Polarisationsrichtungen unterscheiden, die von einem Objekt ausgehen. Der neue Filter erlaubt es dem Anwender, den Polarisationszustand des Lichts schnell und effizient zu erfassen. Professor Dr. David Flammer von der Colorado School of Mines erklärt: „In der Information über die Polarisation des Lichts steckt eine Menge Wissen, und wenn man diesen Zustand akkurat messen kann, ergibt sich eine Vielzahl interessanter Anwendungen.“

Um die neue Technik zu verstehen, bietet sich ein Vergleich mit einer modernen Digitalkamera an. Die Farbdarstellung wird dort durch Filter vor dem CCD-Chip ermöglicht. Somit besteht jedes Pixel tatsächlich aus drei oder vier unabhängigen Farbpixeln für die Grundfarben Rot, Grün und Blau. Dieselbe Idee liegt dem neuen Ansatz zugrunde, der ebenfalls eine einfache digitale Kamera erfordert. Aber es gibt einen zusätzlichen Nutzen: Der neue Filter unterscheidet nicht nur Farben, sondern erfasst auch linear und zirkular polarisiertes Licht.

Fotografen verwenden Polarisationsfilter vor dem Objektiv, um Reflexionen und Glanz des Motivs zu vermindern. Aber wenn man Mikro-Polarisationsfilter gleich auf die lichtempfindlichen Chips aufbringt, würde dies eine Polarisationskamera ergeben, die in derselben Weise Informationen sammelt, wie eine farbfähige digitale Kamera.

Während lineare Polarisationsfilter leicht herzustellen sind, waren zirkulare Polarisationsfilter bis jetzt sehr schwierig zu fertigen. Dieses Problem könnte nun gelöst sein. Das CSM/ITN-Team hat eine Mikrostruktur entwickelt, die das zirkular polarisierte Licht exakt erfasst, eine der Grundvoraussetzungen, um eine echte Polarisationskamera zu erschaffen. Darüber hinaus kann die neue Struktur sowohl als Farbfilter als auch für die Polarisation ausgelegt sein.

Die Option, zirkular polarisiertes Licht zu erzeugen, resultiert in einer Reihe spannender Anwendungen: So kann man zum Beispiel durch Dunst oder Wolken besser durchblicken, um etwa genauer zu zielen und Objekte zu verfolgen.

Eine anderes wichtiges Anwendungsgebiet sind Untersuchungen in der Biologie, die auf dem Konzept der Chiralität fußen, also wenn ein Objekt keine Drehspiegelachse besitzt. So besteht die Möglichkeit, die zirkulare Polarisation von bestimmten biologischen Bestandteilen zu nutzen. Bei der DNA kann etwa die Helix-Struktur über ihre Chiralität verwertet werden, um dann einfach ihre Eigenschaften zu verbildlichen und zu identifizieren.

Polarisiertes Licht kann auch die Diagnostik unterstützen, etwa um Gewebeanomalien wie Gebärmutterhalskrebs zu identifizieren. Ärzte können mit der neuen Technik besser unter die Oberfläche des Zervix schauen, um dort bösartige Entwicklungen zu erkennen.