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Das Licht um die Ecke bringen

15.07.2002


Photonische Kristalle: Ihre periodische Struktur in Glas mit Periodenlängen in der Grössenordnung der Lichtwellenlänge reflektiert an der Oberfläche in Abhängigkeit des Einfallswinkels sichtbares Licht; wie beim "Schillern" von Schmetterlingsflügeln


Photonik-Forschung an der Universität Jena erneut gefördert

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Licht ist das Informationsmedium der Zukunft. Es erlaubt weitaus höhere Übertragungsraten als die konventionelle Informationstechnik auf der Basis von Elektronen und wird damit neue Anwendungen ermöglichen. Während Informationen allerdings manchmal krumme Wege gehen, breitet sich Licht normalerweise nur geradlinig aus. Weltweit arbeiten daher Physiker an der Verbesserung künstlicher Leitmedien, so genannter photonischer Kristalle. Diese sollen Lichtwellen auf kleinstem Raum ans gewünschte Ziel bringen - und wenn nötig, auch um die Ecke. Wissenschaftler vom Institut für Angewandte Physik und dem Institut für Theoretische Optik der Friedrich-Schiller-Universität Jena wollen jetzt photonische Kristalle zur Kontrolle der Ausbreitung von Licht in Glas herstellen. Ihr jüngst gestartetes Projekt "Photonic Crystal Optical Circuits" (PCOC) wird vom Bundesforschungsministerium für zwei Jahre mit rund 650.000 Euro gefördert.

Bislang realisierte photonische Kristalle bestehen aus nichttransparenten Materialien wie Silizium oder Gallium-Arsenid. Ihre Verwendbarkeit ist dadurch auf den Wellenlängenbereich des infraroten Lichts beschränkt. Für zukünftige Anwendungen in der Informationstechnik ist jedoch auch die Übertragung von sichtbarem Licht wichtig. "Um auch sichtbares Licht mit einem photonischen Kristall steuern zu können, muss er aus einem transparenten Material bestehen", erklärt Prof. Dr. Andreas Tünnermann, der das vielköpfige Jenaer Forscherteam in Kooperation mit dem Theoretiker Prof. Dr. Falk Lederer leitet. "In Jena lag der Gedanke natürlich nahe, es einmal mit Glas zu versuchen", erzählt der Physiker über die Grundidee des Forschungsprojekts.


Das Prinzip der photonischen Kristalle ist der Natur abgeschaut. Photonische Kristalle haben eine Gitterstruktur, die Licht je nach Einfallswinkel und Periode unterschiedlich reflektiert. So kommt zum Beispiel das "Schillern" von Opalen und Schmetterlingsflügeln zustande. Das Faszinierende an künstlichen photonischen Kristallen: Durch Veränderungen an der Gitterstruktur können ihre optischen Eigenschaften je nach gewünschtem Verwendungszweck maßgeschneidert werden. So können sie Licht reflektieren, einfangen, speichern und auf geknickten Linien leiten. All das spielt sich in winzigen Dimensionen ab: Die Gitterlöcher dürfen nicht größer sein als die Lichtwellen - ein menschliches Haar ist tausendmal dicker.

Bei die Entwicklung der photonischen Kristalle hat sich die Natur viele Millionen Jahre Zeit gelassen. In Jena muss es jetzt schneller gehen: Die Fördermittel aus dem Forschungsministerium werden bis 2004 überwiesen. "Bis dahin werden wir die ersten Bauelemente in Glas hergestellt haben", ist sich Prof. Tünnermann sicher. Grund für diesen Optimismus besteht durchaus: Ein anderes, von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördertes Projekt am Institut für Angewandte Physik hat bereits gezeigt, dass sich photonische Kristalle sehr gut aus Glas herstellen lassen. Nun folgt der Forschungsabschnitt, der ihre industrielle Fertigung vorbereiten soll. Wichtigstes Anwendungsfeld für den neuen, durchsichtigen Werkstoff wird die optische Kommunikationstechnologie sein: "Mit rechtwinkliger Lichtführung in photonischen Kristallen werden Bauelemente in der Telekommunikation möglich, die gegenüber den herkömmlichen nur noch ein Tausendstel des Platzes beanspruchen. Damit werden sie leistungsfähiger, aber auch viel weniger störungsanfällig sein", stellt Prof. Tünnermann in Aussicht.

Das Projekt PCOC ist ein Verbundprojekt, an dem mehrere Universitäten und Unternehmen beteiligt sind. In Jena ist neben Instituten der Universität das außeruniversitäre Institut für Physikalische Hochtechnologie (IPHT) eingebunden. "Damit ist genau die richtige kritische Masse an Know-how versammelt, um ein Vorhaben wie PCOC effizient und mit hervorragenden Ergebnissen zu realisieren", unterstreicht Prof. Tünnermann Jenas Standortvorteil in der Optik-Technologie.

Kontakt:
Prof. Dr. Andreas Tünnermann
Institut für Angewandte Physik der Universität Jena
Max-Wien-Platz 1, 07743 Jena
Tel.: 03641 / 657646
Fax: 03641 / 657680
E-Mail: tuennermann@iap.uni-jena.de

Axel Burchardt | idw

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