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NEUIGKEIT / FORSCHUNG

Optiska metaytor.

Flache & einstellbare "Metallinsen" jetzt einen Schritt näher an der Realität

Forscher der Universität Linköping haben optische Metaflächen in leitfähigem Kunststoff entwickelt, die in Sensoren, biomedizinischer Bildgebung, Videohologrammen und letztendlich auch in Kameras verwendet werden können.

Calle Rosenqvist
CALLE@KAMERABILD.SE
Veröffentlicht

In einem Artikel aus 2016 konnte Kamera & Bild über eine Forschergruppe an der Universität Harvard berichten, die es geschafft hat, eine neue Art von flacher Linse zu entwickeln - eine Linse, die mit traditionellen Linsen konkurrieren würde. Auf der Konzeptmesse Canon Expo 2023 in Japan zeigte Canon auch einen Prototyp von flachen Linsen mit Nanopfeilern.  

Dongqing Lin och Magnus Jonsson, Linköpings universitet.

Das Design mit flachen Linsen ist jedoch nicht ganz einfach. Die Tests, die mit Metallinsen durchgeführt wurden, die unter anderem aus Titandioxid und sogenannten Nano-Flossen hergestellt wurden, eröffnen eine hohe Genauigkeit, aber eine schwierige Fokussierung im Nachhinein. Aber jetzt teilt die Universität Linköping mit, dass die Forschergruppe, die 2019 begann, Kunststoff - also Polymere - zu verwenden, um den Fokuspunkt auf den sogenannten Metaflächen, die in der Metallinse erzeugt werden, dynamisch ändern zu können. 

Jetzt teilt die Forschergruppe mit dem Hauptautor des Artikels, Dongqing Lin und Magnus Jonsson, Professor für angewandte Physik an der Universität Linköping, in einem in Nature Communications veröffentlichten Artikel mit, dass es gelungen ist, die Leistung ihrer flachen Linsen um das Zehnfache zu verbessern, indem der Abstand zwischen den Antennen, die die eigentliche Metafläche erzeugen, gesteuert wird - und es gelungen ist, eine Resonanz zu erzeugen, bei der die Antennen einander helfen und die Lichtinteraktion verstärken. 

Das Phänomen wird „kollektive Gitterresonanz“ genannt und ermöglicht es, dass Metaflächen aus leitfähigen Polymeren eine ausreichende Leistung erreichen, um gut mit Licht zu funktionieren. Den Forschern ist es gelungen, diese für infrarotes Licht zu regulieren, jedoch noch nicht für sichtbares Licht - was auch das nächste zu lösende Problem sein wird.

Här en illustration av den ultratunna metalinsen. Linsen består av nanofenor på ett glassubstrat, och fokuserar det inkommande ljuset på en och samma punkt.

In Labortests von 2016 und dem Unternehmen "Metalenz" waren die Metallinsen 30 Prozent schärfer als ein Forschungsmikroskop, was angesichts der Größe und Herstellungskosten beeindruckend scharf ist. Damals wusste man nicht, wie die Möglichkeit zur Massenproduktion aussah, obwohl man glaubte, dass es relativ einfach zu lösen wäre. Im Jahr 2018 hatte man alle Probleme gelöst und der nächste Schritt war, die Linsengröße zu reduzieren.

Die Technik funktioniert, indem die Geschwindigkeit für verschiedene Wellenlängen (Farben) mit Hilfe einer Art Labyrinth für die verschiedenen Farben kontrolliert wird. Durch sogenannte Nano-Flossen in Titandioxid können die Farben separat angepasst werden, und damit die chromatische Aberration eingedämmt werden. Das Licht kann dann mit einer Genauigkeit fokussiert werden, die kleiner ist als die Wellenlänge des Lichts, was eine höhere Auflösung ermöglicht.

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