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Alumni-Preis 2015

Angelika Knothe für ihre Masterarbeit: "Frequency Correlations in Reflection from Random Media"

Alumni-Preis 2015

Angelika Knothe

Betreuer: Prof. Andreas Buchleitner

Alumnipreis_2015_Abstract_Knothe.pdf — PDF document, 49Kb

 

Kurzzusammenfassung der Arbeit:

Diese Arbeit setzt sich mit statistischen Eigenschaften von Licht auseinander, welches von einem ungeordneten Streumedium reflektiert wird. Im Kernpunkt des Interesses steht dabei die für Intensitäts-Intensitäts Korrelationen im Frequenzraum definierte Frequenz-Korrelationsfunktion. Anregung gaben experimentelle Ergebnisse von Messungen der Frequenz-Korrelationsfunktion in Streumedien unterschiedlich starker Unordnung, die einen Zusammenbruch der Breite dieser Korrelationsfunktion offenbarten, sobald die sich die Stärke der Unordnung einen gewissen Grenzwert nähert. Dieser Effekt konnte bis heute nicht erklärt werden, was die vorliegende, eingehende Untersuchung der Eigenschaften der Frequenz-Korrelationsfunktion notwendig macht. Besondere Aufmerksamkeit wird dabei der Abhängkeit der Frequenz-Korrelationsfunktion von der Stärke der Unordnung gewidmet.

Für den Bereich schwacher Unordnung wird im Rahmen der Gauss’sche Näherung eine theoretische Beschreibung der Frequenz-Korrelationsfunktion vorgestellt und eine einfache Beziehung hergeleitet zwischen Frequenzkorrelationen und der Verteilungsfunktion für Streupfadlängen von Mehrfachstreuprozessen. Diese Näherung reproduziert die experimentellen Ergebnisse in schwach ungeordneten Medien. Wir weisen nach, dass nicht-Gauss’sche Korrekturterme in den zu untersuchenden Systemen vernachlässigbar sind und zeigen ferner die Grenzen des Modells auf, jenseits welcher die experimentellen Messergebnisse nicht mehr korrekt beschrieben werden.

Für stark ungeordnete Medien untersuchen wir den Ansatz, weitere Streu- prozesse zu berücksichtigen (Wiederkehrende Streutrajektorien), um zu einer besseren Beschreibung der Frequenz-Korrelationsfunktion in diesem Bereich zu gelangen.

 

Abstract:

In this thesis, we study statistical properties of light reflected from a disordered scattering medium; in particular, we focus on the frequency correlation function, quantifying intensity-intensity correlations in frequency space. The work is inspired by experimental observations, where, for increasing strength of the disorder, a breakdown of the width of this correlation function is reported. This effect is unexplained so far. Therefore, we present detailed studies of the properties of the frequency correlation function with special focus on their dependence on the strength of the disorder. For weakly disordered scattering media, we explore a theoretical description of the frequency correlation function within the Gaussian approximation and thereby derive a simple relation between the frequency correlation function and the distribution of path lengths of multiple scattering sequences. This approach proves to describe experimental results in this regime. We show that non-Gaussian correction terms are negligible for the setup under study and demonstrate the limits of the Gaussian model, beyond which it fails to explain the observations made in experiments.

Finally, for stronger disorder, we explore the ansatz to take into account fur- ther scattering processes (Recurrent Scattering Trajectories), in order to explain the experimentally observed behaviour of the frequency correlation function.

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