Optische Linsen sind jetzt flach wie Papier
Wissenschaftler der Universität Linköping ersetzen klassische Optiken mit Nanostrukturen
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Prototyp einer verstellbaren flachen Hightech-Linse (Foto: Thor Balkhed, liu.se/en) |
Linköping (pte003/22.05.2025/06:10)
Durch die sorgfältige Platzierung von speziell geformten nanometergroßen Objekten auf einer flachen Oberfläche haben Forscher der Universität Linköping flache optische Linsen aus Kunststoff geschaffen, die die herkömmlicher Strukturen bei weitem übertreffen. Es handelt sich um sogenannte Metaoberflächen. Das ist ein wichtiger Schritt in Richtung steuerbare flache Optiken für Video-Hologramme, Tarnkappen und Sensoren sowie die biomedizinische Bildgebung, heißt es.
Optiken stark verkleinerbar
Zur Lenkung von Licht werden meist gekrümmte Linsen verwendet, die aus konkavem oder konvexem Glas oder Kunststoff bestehen und das Licht auf unterschiedliche Weise brechen. Diese Art von Linsen findet sich in vielen Hightech-Geräten, von Weltraumteleskopen und Radarsystemen bis hin zu Kameras und Brillen. Optiken nehmen bisher viel Platz ein und lassen sich kaum verkleinern, ohne ihre Funktion zu beeinträchtigen. Mit flachen Linsen ließen sich sehr kleine Optiken herstellen und neue Anwendungsbereiche erschließen.
"Optische Metaoberflächen bestehen aus Nanostrukturen, die in bestimmten Mustern auf einer flachen Oberfläche angeordnet werden", unterstreicht Linköping-Wissenschaftler Magnus Jonsson. Sie würden als Lichtempfänger oder -antennen fungieren. Jedes dieser Elemente fange das Licht auf eine bestimmte Weise ein, und zusammen ermöglichen sie eine beliebige Steuerung des Lichtss. Sie könnten es beispielsweise konzentrieren, wie es in einer Lupe geschieht, oder streuen, um es flächig zu verteilen.
Abstände verändern Funktion
Heute genutzte optische Metaoberflächen haben nur eine einzige Funktion. Wissenschaft und Industrie wünschten sich allerdings flache Linsen, die sich verstellen lassen, etwa so wie das Objektiv einer Kamera. Das gelang Jonssons Team mithilfe von leitfähigen Kunststoffen. Eine elektrische Spannung kann die Abstände zwischen den Nanostrukturen auf der Oberfläche verändern und somit die Art der Lichtlenkung. Es kann beispielsweise auf Ziele in unterschiedlichen Entfernungen fokussiert werden.
"Wir haben gezeigt, dass Metaoberflächen aus leitfähigen Polymeren eine ausreichend hohe Leistung für praktische Anwendungen haben", verdeutlicht Doktorand Dongqing Lin. Bisher klappe es nur mit Infrarotlicht. Jetzt arbeitet das Team daran, das Verfahren auch für sichtbares Licht nutzbar zu machen.
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