Schnellste Laserkamera der Welt filmt Verbrennung in Echtzeit
Beleuchtung von Oberflächen mit kurzen Laserimpulsen liefert Film-Sequenzen von chemischen und physikalischen Reaktionen.
Durch die Beleuchtung einer Probenoberfläche mit kurzen Laserimpulsen ist es möglich, Sequenzen von verschiedenen chemischen und physikalischen Reaktionen zu filmen. Ein Forscherteam aus Schweden, den USA und Deutschland hat jetzt die weltweit schnellste Single-Shot-Laserkamera entwickelt: Mit einer Rekordgeschwindigkeit von 12,5 Milliarden Bildern pro Sekunde ist sie über tausend Mal schneller ist als die bislang modernsten Geräte zur Verbrennungsdiagnostik. Das Verfahren hat nach Ansicht der Wissenschaftler eine große Bedeutung insbesondere für die Untersuchung der sehr schnellen Verbrennung von Kohlenwasserstoffen.
„Je mehr Bilder aufgenommen werden, desto genauer können wir den Verlauf der Ereignisse verfolgen. Bei der Verbrennung von Kohlenwasserstoff-Kraftstoffen entstehen nanogroße Rußpartikel und umweltgefährdende polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe“, erläutert Yogeshwar Nath Mishra von der Universität Göteborg. Rußpartikel und aromatische Kohlenwasserstoffe sind während einer Verbrennung extrem kurzlebig mit einer Lebensdauer von wenigen Nanosekunden. Die Untersuchung der Verbrennung erfordert daher ultraschnelle Methoden.
„Früher gab es Probleme, wenn die Kamera auf einige Millionen Bilder pro Sekunde beschränkt war. Um zweidimensionale Bilder verschiedener Verbrennungsarten zu erzeugen, waren wiederholte Laserpulse erforderlich, was sich auf die Verbrennungstemperatur auswirkt, wenn der Laser Energie zuführt“, sagt Mishra.
Die von dem Team entwickelte Laserkamera nimmt ein vollständiges Bild mit einem einzigen Laserpuls auf. Die Bildgeschwindigkeit von bis zu 12,5 Milliarden Bildern pro Sekunde lässt sich leicht anpassen, um alle Arten von laserinduzierten Signalen während der gesamten Lebensdauer der Teilchen zu beobachten. Die möglichen Anwendungen gehen nach Ansicht der Wissenschaftler weit über die Verbrennungsforschung hinaus. Das Verfahren lasse sich in Physik, Chemie, Biologie und Medizin sowie in der Energie- und Umweltforschung einsetzen.
Schwedischer Forschungsrat / RK
Weitere Infos
- Originalveröffentlichung
Y. N. Mishra et al.: Single-pulse real-time Billion-frames-per-second planar imaging of ultrafast nanoparticle-laser dynamics and temperature in flames, Light: Sci. & Appl. 12, 47 (2023); DOI: 10.1038/s41377-023-01095-5 - Laser Spectroscopy, Dept. Physik, Universität Göteborg, Schweden
