Dünnster optischer Diffusor für neue Anwendungen
Optische Streuscheibe auf Basis von Silizium-Nanopartikeln kann Richtung, Farbe und Polarisation von Licht gezielt steuern.
Die Miniaturisierung von optischen Komponenten ist eine Herausforderung in der Photonik. Forschern des Karlsruher Instituts für Technologie und der Uni Jena ist es gelungen, einen Diffusor – eine optische Streuscheibe – auf der Basis von Silizium-Nanopartikeln zu entwickeln. Damit können sie Richtung, Farbe und Polarisation von Licht gezielt steuern. Anwendungen kann die neuartige Technologie etwa in transparenten Bildschirmen oder in der Augmented-Reality finden.
Diffusoren sind Streuscheiben, die einfallendes Licht mit Hilfe kleiner Streuzentren beeinflussen und etwa gleichmäßig in alle Richtungen verteilen. Um eher massive traditionelle Diffusoren zu ersetzen, brachten die Wissenschaftler eine Schicht spezieller Silizium-Nanopartikel auf ein Substrat auf. Dabei verteilten sie die Partikel in einer ungeordneten, aber sorgfältig geplanten Weise. Die Nanopartikel wechselwirken mit bestimmten, einstellbaren Wellenlängen des Lichts. Richtung, Farbe und Polarisation von Licht können mit diesen Meta-Oberflächen gezielt gesteuert werden.
Das Forschungsteam ging zwei grundlegenden Fragen nach: Wie sehr lässt sich der optische Diffusor verkleinern und wie genau muss die Unordnung in der räumlichen Struktur der Nanopartikel sein? Bemerkenswerterweise fanden die Forscher einen ‘Sweet Spot’ für die Unordnung, der zu einer perfekten Diffusion führt.
„Wir haben Meta-Oberflächen-Diffusoren hergestellt, die, wenn man sie mit bloßem Auge betrachtet, aus allen Richtungen gleich hell erscheinen. Das Bemerkenswerte daran ist, dass dies alles in einer Schicht mit einer Dicke von nur 0,2 Mikrometer geschieht", erläutert Dennis Arslan von der Uni Jena. „Die Diffusoren streuen Licht einer bestimmten Farbe und lassen andere Wellenlängen ungestört passieren.”
Diese Eigenschaft sei beispielsweise für wissenschaftliche Anwendungen nützlich, aber auch Konsumartikel wie transparente Bildschirme, die von beiden Seiten betrachtet werden können, holografische Projektoren oder Augmented-Reality-Headsets profitierten davon.
FSU Jena / RK
Weitere Infos
- Originalveröffentlichung
- D. Arslan et al.: Toward Perfect Optical Diffusers: Dielectric Huygens’ Metasurfaces with Critical Positional Disorder, Adv. Mater. 2021, 2105868 (2021); DOI: 10.1002/adma.202105868
- Photonische Nanomaterialien, Institut für Festkörperphysik, Friedrich-Schiller-Universität Jena
