Geblitzt: Turbulenten Strömungen auf der Spur

Weltweit einmaliges Lasersystem an der Uni Oldenburg

Blitze von nur zehn Milliardstel Sekunde Dauer, aber von mehr als einhundert Millionen Watt Leistung liefert ein weltweit einmaliges Lasersystem, mit dem die Arbeitsgruppe Angewandte Optik am Fachbereich Physik der Universität Oldenburg experimentiert und das von Bund und Land mit fast 400.000 EURO finanziert wurde. Die grünen Lichtblitze entstehen aus ursprünglich unsichtbarem infraroten Licht und folgen so schnell aufeinander, dass das Auge die Unterbrechungen kaum wahrnimmt.

Der Laser wird zur Vermessung von Strömungsfeldern gebraucht, wofür die Physiker unter Leitung von Prof. Dr. Klaus Hinsch ein neuartiges Verfahren entwickelt haben. Sie widmen sich der Erforschung turbulenter Strömungen – einem Phänomen, das sowohl die Wettervorhersage als auch den Treibstoffverbrauch im Flugzeug entscheidend beeinflusst. Da derartige Strömungen vom Zufall beeinflusst werden, ist kein Versuch wie der andere. Eine komplizierte Strömung muss deshalb im gesamten Messfeld in einem einzigen Augenblick erfasst werden. So wie aufsteigende Schornsteinluft erst durch Rauch sichtbar wird, werden auch im Experiment der Luft kleine Streuteilchen zugegeben, deren Geschwindigkeit sich bestimmen lässt, indem sie aus dem Laser zweimal sehr kurz hintereinander angeblitzt und fotografiert werden.

Soll ein tiefes Volumen auf diese Art vermessen werden, bildet die große Menge an erforderlichen Streuteilchen schon bald einen dichten Nebel, der alle Einzelheiten verschleiert. Die Oldenburger Forscher lösen dieses Problem mit einer eigens entwickelten Variante der Holografie. Dabei gibt es keine Tiefenbeschränkung, auch wenn das gesamte Teilchenfeld mit jedem Laserblitz aufgenommen wird. Bei der Auswertung kann man aber ungestört durch den Vordergrundnebel hindurchsehen und Schicht für Schicht aus dem Strömungsfeld analysieren.

Bisher wurde dieses Verfahren mit roten Blitzen eines 20 Jahre alten Rubinlasers betrieben. „Beim Rubin mussten wir fast eine Minute auf den nächsten Doppelblitz warten,“ sagt Sven Herrmann, Doktorand in der Arbeitsgruppe, „das neue schnelle Lasersystem arbeitet sechshundert mal schneller!“ Der Gesamtarbeitswand für eine Messung mit den entsprechenden Vorarbeiten habe sich von vorher zwei bis drei Wochen auf einen Tag reduziert.

Eine erste praktische Anwendung soll im Rahmen des europäischen Verbundprojektes EUROPIV2 an einem Windkanal beim Deutschen Zentrum für Luft und Raumfahrt in Göttingen erfolgen.

Kontakt: Prof. Dr. Klaus Hinsch, Arbeitsgruppe Angewandte Optik, Fachbereich Physik, Tel.: 0441/798-3510, Fax: -3576, E-Mail: klaus.hinsch@uni-oldenburg.de; Dipl.-Phys. Sven Herrmann, Tel. 0441/798-3477, E-Mail: herrmann@uni-oldenburg.de