Adaptive Lasersysteme mit Wellenfrontre­gelung und Phasenkonjuga­tion für Strömungsmes­sungen bei Brechungsindex­effekten

Das Ziel des Reinhart Koselleck-Projekts ist die erstmalige systemische Untersuchung grundlegend neuartiger adaptiver Messmethoden für Fluidströmungen. Bei der Lichtpropagation durch transparente Medien mit Brechungsindexgradientenfeldern, hervorgerufen durch Temperatur-, Druck- oder Konzentrationsvariationen sowie dynamischen Phasengrenzflächen, treten Wellenfrontverzerrungen auf, die zu nicht tolerierbaren Messunsicherheiten führen können. Zur Korrektur dieser Störungen sollen adaptive Strömungsgeschwindigkeitsmesssysteme unter Nutzung von modernen regelungstechnischen Methoden und optomechatronischen Komponenten untersucht werden. Die adaptive Messsystemtechnik ermöglicht erstmals die Turbulenzuntersuchung von Film- und Jetströmungen mit freien, dynamischen Oberflächen, womit ein Beitrag zur Verbesserung der Energieeffizienz von verfahrenstechnischen Anlagen angestrebt wird. Um darüber hinaus Strömungen innerhalb von stark streuenden, nicht transparenten Medien zu erfassen, ist eine digitale optische Phasenkonjugation geplant. Die Phasenkonjugation reduziert die optischen Aberrationen, womit die optische Eindringtiefe ins streuende Medium entscheidend vergrößert wird. Es sollen mit dem phasenkonjugierenden Messsystem Blutströmungen in tiefen, stark streuenden Gewebe- und Ablagerungsschichten gemessen werden, um die Bildung von Arteriosklerose zu untersuchen. Die Vision ist, Erkenntnisse über bisher nicht messbare Strömungen in der Biomedizin zu gewinnen, um einen Beitrag zur Linderung von Krankheiten des Herz-Kreislaufsystems zu leisten.

Bearbeiter:  H. Radner,  N. Koukourakis

Zeitraum:   07/14 – 07/19

Partner: Dr. S. Burgmann, Bergische Universität Wuppertal

H. Radner, L. Büttner and J. Czarske, "Interferometric velocity measurements through a fluctuatingphase boundary using two Fresnel guide stars", Optics Letters 40, 2015.

N. Koukourakis, B. Fregin, J. König, L. Büttner, J. Czarske “Wavefront shaping for imaging based flow field measurements through distortions using a Fresnel guide star”, Opt. Express 24(19), 22074-22087
(2016).

F. Schmieder, L. Büttner, J. Czarske “Adaptive laser-induced ultrasound generation using a micro-mirror
array spatial light modulator”, Opt. Express 24(20), 22536-22543 (2016).

M. Teich, M. Mattern, J. Sturm, L. Büttner, J. W. Czarske “Spiral phase mask shadow-imaging for 3Dmeasurement
of flow fields”, Opt. Express 24(24), 27371-27381 (2016).

H. Radner, L. Büttner and J. Czarske, "Interferometric velocity measurements through a fluctuating interface
using a Fresnel guide star based wavefront correction system", Optical Engineering, 2018.