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Hauchdünne optische Linsen

Hauchdünne optische Linsen
Aus momentanen Millimetern sollen künftig Nanometer werden

Eine Linse – Glas, gekrümmte Oberfläche und üblicherweise mit einer Dicke von einigen Millimetern. Sie vermag Licht zu brechen, in einem Punkt zu bündeln und erfreut damit die Herzen von Mikroskop-, Kamera- und Teleskop-Anwendern.

Die Herausforderung: Alles soll kleiner werden, weil damit Raum eingespart werden kann. Diese Entwicklung hat innerhalb weniger Jahrzehnte raumfüllende Rechenmaschinen in taschengroße Alltagsgeräte namens Smartphones verwandelt oder lässt Speicher unentwegt schrumpfen und trotzdem noch mehr Daten sichern. Warum also nicht auch einmal die optische Linse genauer unter die Lupe nehmen und sehen, wie flach sie werden kann, ohne dabei ihre wunderbar fokussierenden Eigenschaften zu verlieren?

Ein Forscherteam der Havard University (USA) und der University of Waterloo (Kanada) hat sich der Sache angenommen und nanometerdünne Linsen hergestellt.
 
Der Trick: Anstelle der tatsächlichen Krümmung der Glasoberfläche nutzen sie sozusagen eine „virtuelle Krümmung“. Winzige Blöcke aus Titandioxid, die im obigen Bild in Vergrößerung zu sehen sind, werden so angeordnet und ausgerichtet, dass sie im Zusammenspiel Licht fokussieren können (im Video ab Sekunde 48 simuliert). Metamaterial nennt man so etwas oder kurz und bündig nach Wikipedia: „[…] eine künstlich hergestellte Struktur, deren Durchlässigkeit für elektrische und magnetische Felder von der in der Natur üblichen abweicht.“

Das funktioniert dann, wenn die Wellenlänge des einfallenden Lichts in etwa der Größe der Blöcke entspricht oder noch kleiner ist. Auf diese Art und Weise konnten 405 nm, 532 nm und 660 nm fokussiert werden, oder anders ausgedrückt: Violett, Grün und Rot. Damit erzielten die Forscher bessere Ergebnisse als mit dieser Nikon-Mikroskoplinse.

Teamleiter Federico Capasso und seine Wissenschaftler sind damit nicht die Ersten, doch anscheinend erreichten sie bislang ungeschlagene Resultate, die für die Zukunft dramatische Veränderungen in der Optik versprechen. Immerhin wurde der Artikel im Science Magazine veröffentlicht und das kann ja durchaus etwas heißen.

Aufmerksamen Video-Zuschauern dürfte allerdings nicht entgangen sein, dass (neben dem Sprung aus dem Labor hinein in die wirtschaftliche Relevanz) ein wichtiger Schritt noch zu gehen ist: Die Linsen arbeiten monochromatisch, können also je nach Anordnung der Blöcke immer nur eine bestimmte Wellenlänge beeinflussen. Das soll aber als Nächstes angegangen werden …

Euer Jens

Bild Vorschau und Titel: Screenshot aus dem Video „Shrinking microscope lenses" vom Science Magazine; weitere Informationen im Text aus New Scientist

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