Theorie und Hintergrund
Wenn kohärentes Licht, z. B. ein Laser, die optisch raue Oberfläche einer Probe beleuchtet, wird das Licht an der Oberfläche und in den Schichten darunter gestreut, was zu einer räumlich modulierten Phase und Amplitude des elektrischen Feldes führt. Interferenzeffekte von zufällig phasenverschobenen Teilwellen, die von verschiedenen Streustellen stammen, erzeugen ein Muster von helleren und dunkleren Flecken, die zufällig verteilt sind und scheinbar nichts mit der makroskopischen Oberflächenstruktur zu tun haben. Diese zufällig verteilten Lichtflecken, die kontrastreiche Muster bilden, werden als Laser Speckle bezeichnet.
Solange sich die Oberfläche und der Laser in Ruhe befinden, ist das Speckle-Muster statisch. Wenn die Oberfläche einer Translation oder Rotation unterworfen wird, wird die Bewegung auf das Speckle-Muster übertragen. Sobald die Bewegung stoppt, befindet sich das Speckle-Muster wieder im Ruhezustand. Zusätzlich zur Bewegung einer starren Oberfläche, deren Speckle-Muster als translational speckle bezeichnet wird, können Streuzentren ihre Eigenschaften ändern oder durch Brownsche Bewegung bzw. durch äußere Kräfte bewegt werden, was unabhängig von der Bewegung der gesamten Oberfläche geschieht. Dies führt zu einer Fluktuation der Speckle-Intensität, wobei das Muster der beobachteten Speckle zeitabhängig ist. Dieser Effekt wird als dynamic speckle bezeichnet. Die Bewegung des Speckle-Musters liefert Informationen über die Bewegung der Streuzentren.
Überwachung von Gare und Backen
Während der Gare kommt es zur Volumenzunahme des Teiglings. Die Speckle-Fluktuation an der Oberfläche steigt gleichmäßig an, da sich die Oberfläche ausdehnt. Ab Beginn der Übergare treten größere Gasblasen direkt unter der Teiglingsoberfläche auf. Diese führen durch erhöhte Spannungen um die Blase herum zu einer deutlich messbaren Erhöhung der Speckle-Fluktuation. Dadurch kann der Endzeitpunkt der Gare erfasst werden, noch bevor die Übergare für das menschliche Auge sichtbar wird. Während des Backens nimmt die Speckle-Fluktuation im Zuge der Krustenbildung ab, da die Streupartikel zunehmend fixiert werden. Vereinzelte Bereiche der Kruste erlauben über längere Zeit Gaspermeation, da an diesen Stellen etwa durch Mikrobläschen in der Kruste diese besonders durchlässig ist. Mittels DLSI kann inline die Krustenbildung verfolgt werden.
Autor
Stefan Steinhauser, Link zum Profil