Metaoberfläche verspricht kompaktere Laser
Neuentwicklung von SEAS-Wissenschaftlern kann sämtliche Eigenschaften des Lichts steuern
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Licht-Wappen: Anwendung der Steuer-Oberfläche (Foto: Christina Spägele/Harvard SEAS) |
Cambridge (pte003/30.06.2021/06:05)
Eine neue Metaoberfläche verspricht kompaktere Laser für Anwendungen von Quantensensorik bis hin zu AR-Headsets. Denn die Entwicklung von Forschern der Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) http://seas.harvard.edu steuert in Einem diverse Eigenschaften des Lichts von der Wellenlänge bis hin zur Form des Strahls. Das macht größere Bauteile für einzelne Aufgaben, durch die bisherige Laser oft recht klobig ausfallen, überflüssig.
Kompakte Kontrolle
Bislang sind große, rotierende Elemente nötig, um die Wellenlänge eines Laserstrahls steuern zu können. Andere Lichteigenschaften erfordern zusätzliche Bauteile. Damit könnte jetzt Schluss sein. „Unser Zugang ebnet den Weg für neue Arten, die Emission optischer Quellen zu manipulieren und mehrere Funktionen, wie Fokussierung, Hologramme, Polarisation und Strahlformung gleichzeitig in einer einzigen Metaoberfläche zu steuern", erklärt SEAS-Physikprofessor Federico Capasso. In „Nature Communications" stellten er und seine Kollegen einen Laser vor, der einfach nur aus einer Laserdiode und eben der neuen, reflektierenden Metaoberfläche.
„Wenn Licht auf die Metaoberfläche fällt, werden verschiedenen Farben in verschiedene Richtungen abgelenkt", sagt SEAS-Doktorandin Christina Spägele. Eben diese Tatsache nutzen die Forscher, um unter anderem die Wellenlänge des Laserstrahls zu steuern. Um diese zu ändern, reicht letztendlich eine kleine Verschiebung der Metaoberfläche gegenüber der Diode. Außerdem ist es mit der gleichen Oberfläche möglich, die Form eines Strahls so zu beeinflussen, dass ein komplexes Hologramm entsteht, wie beispielsweise das Wappen der Universität Harvard.
Ein Laser, drei Strahlen
Die Metaoberfläche kann zudem das Licht in drei unterschiedliche Strahlen teilen: einen klassischen, einen optischen Wirbel und einen sogenannten Bessel-Strahl, der beispielsweise in der optischen Pinzette zum Einsatz kommt. „Neben der Steuerung jeder Art von Laser wird diese Fähigkeit, mehrere Strahlen parallel und in beliebigen Winkeln zu erzeugen, die jeweils eine andere Funktion bieten, viele Anwendungen ermöglichen, von wissenschaftlichen Instrumenten bis hin zu Augmented oder Virtual Reality und Holographie", meint Capasso.
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