Coherent Backscattering from Multiple Scattering Systems - KOPS ...

Ein kurzer Überblick
bestimmten Medium ein Übergang zur Anderson-Lokalisierung möglich ist. Dieser Übergang
sollte nach dem so genannten Ioffe-Regel-Kriterium in etwa dann stattfinden, wenn l ∗ von
der Größenordnung der Wellenlänge des gestreuten Lichts ist. Für die Charakterisierung vielfachstreuender
Proben ist es daher wichtig, den Rückstreukonus in Experiment und Theorie
korrekt abzubilden.
Leider enthalten die bisher meist angewandten experimentellen und theoretischen Methoden
kleine aber signifikante Ungenauigkeiten, die besonders bei den breiten Konen ins Gewicht
fallen, die nach dem Ioffe-Regel Kriterium in der Nähe des Übergangs zur Anderson-
Lokalisierung auftreten sollten. Ein Ziel der vorliegenden Arbeit war deshalb eine Verbesserung
der experimentellen Methodik im Einklang mit einer genaueren theoretischen Beschreibung
des Rückstreukonus, die von E. Akkermans (Technion Israel Institute of Technology,
Haifa, Israel) und G. Montambaux (Université Paris-Sud, Orsay, France) erarbeitet wurde.
Ausgangspunkt war dabei die Feststellung, dass sowohl gemessener als auch theoretisch
berechneter Konus das fundamentale Prinzip der Energieerhaltung zu verletzen scheinen.
Da der Rückstreukonus ein Interferenzphänomen ist, sollte die im Vergleich zu einer inkohärenten
Addition der Vielfachstreuung verstärkte Intensität in Rückstreurichtung durch
eine Intensitätsabschwächung bei größeren Streuwinkeln ausgeglichen werden. Diese Abschwächung
ist jedoch bisher weder im Experiment noch in der Theorie beobachtet worden.
Im Fall der Theorie ist dies nicht weiter verwunderlich, da eine ganze Reihe von Annahmen
und Näherungen verwendet werden. Akkermans und Montambaux erweiterten daher die
allgemein übliche Theorie durch zwei zusätzliche Terme. Diese führen an den Flanken des
Rückstreukonus zu einer Abschwächung der gestreuten Intensität unter das Niveau der inkohärenten
Addition der Rückstreuung, die die Intensitätsüberhöhung des Konus ausgleicht.
Bei dieser neuen theoretischen Bescheibung des Rückstreukonus ist damit die Energie erhalten.
Experimentell wird die Winkelverteilung der gestreuten Intensität mit dem so genannten
Weitwinkel-Setup bestimmt, in dem eine große Anzahl von Photodioden in einem Bogen
von 180 ◦ um die Probe angeordnet sind. Um die exakte Form des Rückstreukonusbestimmen
zu können müssen die Dioden korrekt kalibriert werden. Dazu wird eine Referenzprobe mit
extrem schmalem Konus verwendet, der Unterschied in den Albedos von Probe und Referenz
wurde dabei bisher jedoch nicht berücksichtigt. Der Schlüssel zu einer präziseren Messung
des Rückstreukonus war daher die Bestimmung dieser Albedos. Damit lässt sich nun auch in
den experimentellen Daten eine Intensitätsabschwächung an den Konusflanken beobachten,
die mit der Vorhersage von Akkermans und Montambaux übereinstimmt.
Ein weiterer Fokus der vorliegenden Arbeit lag auf dem Neuaufbau des so genannten Kleinwinkel-Setups,
mit dem die Verteilung der rückgestreuten Intensität mittels einer CCD-Kamera
in einem sehr engen Bereich um die Rückstreurichtung gemessen wird. Das Ziel war eigentlich,
Anderson-Lokalisierung durch die durch sie verursachte Abrundung der Spitze des
Rückstreukonus nachzuweisen. Dafür wurden eine ältere Kamera durch ein hochauflösendes
Modell mit einem größeren CCD-Chip ersetzt. Es stellte sich jedoch heraus, dass zwischen
der Probe und der Kamera platzierte optischen Komponenten zu viel Störlicht verursachen,
so dass die notwendige Intensitätsauflösung trotzdem nicht erreicht wird.
Dafür kann mit dem verbesserten Aufbau die freie Transportweglänge von schwach streuenden
Materialien wie beispielsweise Teflon gemessen werden. Da die dabei gemessene Transii