Durchbruch: Papier und Haut durchblicken
"Wir bestimmen die Transmissionsmatrix einer dicken, zufällig streuenden Probe und wir zeigen, dass diese Matrix statistische Eigenschaften besitzt, die [...] das Fokussieren von Licht und Bildgebung durch die Probe hindurch erlaubt", schreibt das Team um Sébastien Popoff und Sylvain Gigan vom Pariser Institut Langevin der Hochschule für Industrielle Physik und Chemie (ESPCI). Um den neuen Ansatz zu überprüfen, hatte das Team Licht durch eine Schicht Zinkoxids geschickt - das blickdichte Material ist häufiger Bestandteil weißer Farben. Dabei analysierten die Forscher die Veränderungen des Lichtstrahls durch Streuung am und im Material und konnten ein numerisches Modell dafür aufstellen: die so genannte Transmissionsmatrix, die mehr als 65.000 Werte umfasste. Für eine dünne Linse enthält eine vergleichbare Matrix, die die Veränderung der Wellenfront beim Durchgang durchs Material beschreibt, nur vier Werte. Je komplexer die Streuungen, desto höher die Zahl der zu berücksichtigenden Faktoren und der erforderlichen Rechenleistung.
Mithilfe einer solch umfangreichen Matrix gelang es Popoff und Kollegen, einen Lichtstrahl spezifisch so zu verändern, dass er nach dem Durchgang durch die Zinkoxidschicht fokussierte. Oder sie wandten die Rechenmatrix auf das ankommende Licht an und konnten ein Bild des Objektes hinter der Zinkoxidschicht erstellen. Fazit eines begleitenden Kommentars der beiden Physiker Elbert van Putten und Allard Mosk von der Universität Twente: "Das Experiment zeigt, dass ein opakes Material als optisches Element hoher Qualität dienen könnte, vergleichbar einer herkömmlichen Linse, sofern eine ausreichend detaillierte Transmissionsmatrix erstellt ist".
Ihre Vision stellt in Aussicht, eines Tages nicht nur durch Farbe und Papier, sondern auch in Zellen hineinblicken zu können. Obendrein könnten undurchsichtige Materialien im Nanometerbereich als optische Elemente dienen, wo der Größenmaßstab den Einsatz transparenter Linsen und Komponenten kompliziert macht.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.104.100601
"The information age in optics: Measuring the transmission matrix", Elbert G. van Putten & Allard P. Mosk; Physics, Vol 3 (22)
DOI: 10.1103/Physics.3.22