Flache Hightech-Linse bildet Farben perfekt ab

Forscher der Harvard School of Engineering and Applied Sciences http://seas.harvard.edu  haben eine flache Nanotech-Linse entwickelt, die Licht verschiedener Farben perfekt an einem Punkt bündelt. Die aktuelle Ausführung schafft dieses Kunststück zunächst für drei unterschiedliche Wellenlängen – beispielsweise Rot, Grün und Blau. Simulationen zufolge sollte ein ähnlicher Aufbau auch bei deutlich mehr Farben funktionieren. Das stellt extrem kompakte achromatische Optiken in Aussicht.

Das Team um den Physiker Federico Capasso hatte bereits 2012 eine flache Nanotech-Linse vorgestellt, die Bildfehler wie Aberration vermeidet (pressetext berichtete: http://pte.com/news/20120828002 ). Allerdings hat das nur für eine bestimmte Wellenlänge funktioniert, während die jetzige Weiterentwicklung drei verschiedene Farben gleich perfekt abbildet. „Das bedeutet, dass komplizierte Effekte wie Farbkorrektur, für die Licht in klassischen optischen Systemen durch mehrere dicke Linsen laufen müsste, in einem sehr dünnen, miniaturisierten Gerät möglich werden“, sagt Capasso.

Knackpunkt Farbe

Eine klassische Linse bündelt Licht unterschiedlicher Wellenlänge in etwas anderem Abstand zur Linse. Sogenannte Achromaten kompensieren das, indem sie Linsen unterschiedlicher Krümmung und Materialien in einer relativ großen Optik kombinieren. Den Forschern ist eine derartige Farbkorrektur jetzt in einer einzelnen, extrem dünnen, flachen Nanotech-Linse gelungen.

Statt wie 2012 Gold nutzt das Team jetzt ein Silizium-Dielektrikum für die lichtbündelnden Nano-Antennen. In Kombination mit einem neuen Design ermöglicht dies, dass die flache Linse drei verschiedene Farben gleich bündelt, zum Beispiel Rot, Grün und Blau, die drei Primärfarben vieler Displays.

Lob erntet die Entwicklung von Bernard Kress, Principal Optical Architect bei Google X, der Forschungsabteilung hinter Projekten wie Google Glass. „Es gibt zwar viele Arten, achromatische Optiken zu bauen. Doch ein Lösung für ein dispersionsfreies optisches Element, das für drei Wellenlängen gleich effizient ist und den gleichen Beugungswinkel hat, gab es bislang nicht.“ Dabei wären flache Optiken aufgrund ihrer Kompaktheit für Projekte wie Glass natürlich interessant.

Großes Zukunftspotenzial

„Durch das Zeigen achromatischer Linsen haben wir einen großen Schritt vorwärts gemacht, was die zukünftige breite Anwendung flacher Optiken betrifft“, ist der nunmehr für HP tätige Francesco Aieta überzeugt, der zuvor Teil des Teams in Harvard war. Er gibt sich zuversichtlich, dass das Interesse der Wirtschaft geweckt wird.

Allerdings kann es noch Jahre dauern, ehe es zu kommerziellen Anwendungen kommt. Immerhin sind noch große technische Verbesserungen möglich. So haben Computersimulationen gezeigt, dass ein ähnlicher Aufbau eine flache Linse ermöglichen sollte, die eine deutlich größere Zahl an Lichtwellenlängen gleich bündelt und somit noch perfekter achromatische Bilder verspricht.