Platzprobleme für optische Systeme gibt es besonders in der Consumer-Elektronik und bei Glasfasersystemen. Während der letzten Jahre begannen Wissenschaftler flache Linsen zu entwickeln, die sich speziell für enge Raumverhältnisse eignen. Aber bisher konnten die dünnen Mikrolinsen das Übertragen und Fokussieren des Lichtes nicht so gut bewältigen wie ihre grösseren und gebeugten Gegenstücke.
Flache Mikrolinse ist die Lösung
Ingenieuren von Caltech gelang nunmehr die Entwicklung einer flachen Mikrolinse, die es, gemessen an den Spezifikationen, ohne Weiteres mit den herkömmlichen Linsen aufnehmen kann. Gefertigt wird die neue Mikrolinse mit standardisierten Industrieverfahren, die in der Chipfertigung zu finden sind. Damit ist die Tür offen für eine Integration dieser Mikrolinse in Kameras und Mikroskope sowie in neue Elektronikgeräte. Die neue Linse ist bekannt als ein sehr kontrastreiches «Transmitarray». Es wird aus Silizium gefertigt, ist nur ein millionstel Meter dünn und ist übersät mit unterschiedlich grossen «Pfosten» aus Silizium. Bei der Betrachtung mit einem Rasterelektronenmikroskop sehen die Linsen wie ein Wald aus, dessen Bäume entfernt wurden und nur deren Stümpfe übrig geblieben sind. Abhängig von der Höhe und Dicke dieser Stümpfe, fokussieren die Pfosten unterschiedliche Farben oder Wellenlängen des Lichts.
Zeitverzögerungen erzeugen Krümmung
Eine Linse fokussiert Licht oder formt ein Bild durch bestimmte Zeitverzögerungen des Lichtdurchlaufs in verschiedenen Linsenbereichen. In gekrümmten Glaslinsen benötigt das Licht beim Durchlaufen der dickeren Glasbereiche mehr Zeit als in den dünneren Bereichen. Bei der Flachlinse werden diese Verzögerungen durch die Siliziumstäbe erzielt, die das Licht einfangen und für eine bestimmte Zeit verzögern. Diese Zeitverzögerung hängt vom Durchmesser der Pfosten ab. Durch eine sorgfältige Platzierung dieser unterschiedlich grossen Pfosten auf der Linse können die Forscher das einfallende Licht so steuern, dass eine gekrümmte Wellenfront entsteht. Das Ergebnis ist ein eng fokussierter Punkt.
Anordnung der Nanopfosten beeinflusst das Design
Gekrümmte Glaslinsen können nahezu 100 Prozent des einfallenden Lichtes fokussieren, aber diese Linsen benötigen ein anspruchsvolles Design mit nicht sphärischen Oberflächen, die nur schwer zu polieren sind. Das Design der flachen Linsen lässt sich in Abhängigkeit von der exakten Applikation durch die Anordnung der Nanopfosten modifizieren – ein besonderer Vorteil für kommerzielle und industrielle Anwendungen.
Eine Limitierung der Flachlinsenperformance ist die Tatsache, dass jede Linse nur einen bestimmten Lichtwellenbereich oder individuelle Farben des Spektrums fokussieren kann. Diese monochromatischen Linsen eignen sich zum Beispiel für Nachtsichtkameras oder aber für optische Schaltungen mit Lasern, da die Laser nur eine Lichtfarbe abstrahlen.
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