Posted in: Physik, Technik 27. März 2014 20:00 Weiter lesen →

Ein Schlupfloch für Licht

Foto zeigt 2 Lichtstrahlen, unter verschiedenen Winkeln auf ein Glasplättchen treffend, einer passiert, der andere wird reflektiert Einen Spiegel der besonderen Art haben amerikanische Physiker entwickelt. Das aus dünnen Kristallschichten aufgebaute Material reflektiert den Großteil des auftreffenden Lichts, ganz so wie ein herkömmlicher Spiegel. Lediglich unter einem bestimmten Winkel einfallendes Licht lässt es vollständig passieren.

Foto: Courtesy of Weishun Xu and Yuhao Zhang

Farb- und Polarisationsfilter seien seit langem bekannt und in den letzten Jahren immer weiter verfeinert worden, schreiben die Forscher um Yichen Shen und Marin Soljačić vom Massachusetts Institute of Technology im Magazin „Science“. Mit dem neuen Bauelement könne man Licht nun auch in Abhängigkeit von seiner Ausbreitungsrichtung behandeln.

„Dies stellt ein sehr grundlegendes Element in unserer Fähigkeit, Licht zu kontrollieren, dar“, so Soljačić. Wichtige Anwendungsmöglichkeiten sieht der Physiker in der hocheffizienten Umwandlung von Solarenergie, der abhörsicheren Kommunikation und in besonders rauscharmen Lichtdetektoren.

Shen, Soljačić und Kollegen nutzen für ihren winkelabhängigen Lichtfilter einen klassischen Effekt der Optik aus. Dieser tritt ein, wenn Licht beispielsweise auf eine Glasplatte fällt. Normalerweise wird immer ein Teil des Lichts reflektiert. Wenn das Licht jedoch parallel zur Einfallsebene polarisiert ist, sinkt der reflektierte Anteil bei einem bestimmten Einfallswinkel, dem Brewster-Winkel, gegen null: Das Licht kann nun vollständig durch die Glasplatte hindurchtreten.


Video: Courtesy of Yichen Shen

Um gleichzeitig jegliches Licht auszuschließen, das unter anderen Winkeln einfällt, verwenden die Forscher statt einer Glasplatte übereinanderliegende Stapel aus dünnen Siliziumdioxid- und Tantaloxid-Schichten. Diese Stapel verhalten sich wie photonische Kristalle und blockieren Licht bestimmter Wellenlängen, das nicht unter dem Brewster-Winkel einfällt. Und da die Schichtdicke vom ersten zum letzten Stapel von 70 auf 150 Nanometer steigt, wird das gesamte sichtbare Spektrum abgedeckt.

Unter dem Brewster-Winkel in polarisiertem Licht betrachtet, verhält sich der neue optische Filter daher wie eine völlig transparente Glasplatte. Dreht man ihn jedoch um wenige Grad, so verhält er sich wie ein perfekter Spiegel. Dieses Prinzip habe den Vorteil, dass man es auf beliebige Wellenlängenbereiche, also auch auf Funk- und Mikrowellen oder Wärmestrahlung, anwenden könne, schreiben die Forscher. Und grundsätzlich sollte es auch mit Schallwellen funktionieren.

Forschung: Yichen Shen, John D. Joannopoulos und Marin Soljačić, Research Labortory of Electronics, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge; und andere

Veröffentlichung Science, Vol. 343, 28. März 2014, pp 1499–501, DOI 10.1126/science.1249799

WWW:
Soljačić Group, MIT
Brewsterwinkel
Photonischer Effekt

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Nanofasern färben Pinguin

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