Direkt zum Inhalt
Login erforderlich
Dieser Artikel ist Abonnenten mit Zugriffsrechten für diese Ausgabe frei zugänglich.

Optik: Papierdünne Linsen dank Nanostrukturen

Physiker wollen herkömmlichen Glaslinsen mit 1000-mal flacheren Bauteilen Konkurrenz machen. Nun funktioniert eine solche »Meta­linse« erstmals mit dem größten Teil des sichtbaren Lichts und unabhängig von dessen Schwingungsrichtung.
Ein nanostrukturiertes Plättchen bündelt alle Farben aus dem Spektrum  des weißen Lichts auf einen Punkt. Das soll etwa Untersuchungen an Gewebe erleichtern, wie in dieser Illustration.

Im frühen 19. Jahrhundert waren Linsen in Teleskopen und sonstigen optischen Instrumenten bereits verbreitet, doch um das Licht von Leuchttürmen effizient hinaus aufs Meer zu bündeln, wären die dafür nötigen riesigen Glaslinsen zu schwer gewesen. Der französische Physiker Augustin Jean Fresnel erkannte jedoch, dass Licht erst beim Übergang von einem Medium ins andere gebrochen wird. In seinen Plänen schnitt er deswegen das entbehrliche Material in der Mitte einer Linse scheibenweise heraus und ließ nur die gekrümmten Oberflächen stehen. Die Erfindung funktionierte, und Seefahrer konnten das Leuchtfeuer weiter vor der Küste erkennen als je zuvor.

Noch heute leiten Linsen nach Fresnels Prinzip die Helligkeit einer nahen Quelle gezielt in die Ferne: Ihre typische Rillenstruktur findet sich beispielsweise im transparenten Plastik jedes Fahrzeugscheinwerfers. Derlei Bauteile lassen sich jedoch nur dann sinnvoll anwenden, wenn es eher auf die Intensität und weniger auf die Qualität der Abbildung ankommt. Sie können hochwertige normale Linsen nicht generell ersetzen, denn ihre mehrfach durch steile Kanten unterbrochene Oberfläche streut Teile des Lichts auf störende Weise ...

Kennen Sie schon …

Gehirn&Geist – Licht - Wie es unser Denken beflügelt

Wenn die dunkle Jahreszeit beginnt, machen wir es uns gern mit Lichterketten und Kerzen gemütlich. Dabei hellt Licht nicht nur die Stimmung auf: Dank seines Einflusses auf die Hirnfunktion kann das Denken profitieren. Daneben berichten wir, wie Einzelkinder wirklich sind, oder wie Blase und Gehirn beim Urinieren zusammenarbeiten und was es mit dem Harndrang auf sich hat. Unser Artikel über Sigmund Freund widmet sich der unrühmlichen Geschichte der Psychologie und Psychotherapie unterm Hakenkreuz. Im Interview gibt die Psychologin Gilda Giebel Einblicke in den Alltag in der Sicherungsverwahrung. Sie behandelte dort als systemische Therapeutin die brutalsten Männer Deutschlands.

Spektrum Kompakt – Nachtaktiv – Leben in der Dunkelheit

Im Dunkel der Nacht steht in der Natur nicht alles still – ganz im Gegenteil. Viele Lebewesen werden erst um die Zeit richtig aktiv, wenn wir Menschen müde in unsere Betten fallen.

Spektrum der Wissenschaft – Exotische Materie aus Licht

Mit Hilfe von exotischer Materie aus Licht sind Experimentalphysiker auf der Spur seltsamer Quanteneffekte. Außerdem berichten wir über den Rückzug der Alpengletscher und die Technik des zielgerichteten »DNA-Origami«, mit der es möglich ist, beliebige nanometergroße Strukturen zu bauen, die beispielsweise Viren einfangen. Mathematiker beschäftigen sich mit der rätselhaften Form von Kieselsteinen.

  • Quellen

Chen, W. T. et al.: A broadband achromatic polarization-insensitive metalens consisting of anisotropic nanostruc­tures. Nature Communications 10, 2019

Chen, W. T. et al.: Broadband achromatic metasurface-refractive optics. Nano Letters 18, 2018

Colburn, S. et al.: Metasurface optics for full-color computational imaging. Science Advances 4, 2018

Schreiben Sie uns!

Beitrag schreiben

Wir freuen uns über Ihre Beiträge zu unseren Artikeln und wünschen Ihnen viel Spaß beim Gedankenaustausch auf unseren Seiten! Bitte beachten Sie dabei unsere Kommentarrichtlinien.

Tragen Sie bitte nur Relevantes zum Thema des jeweiligen Artikels vor, und wahren Sie einen respektvollen Umgangston. Die Redaktion behält sich vor, Zuschriften nicht zu veröffentlichen und Ihre Kommentare redaktionell zu bearbeiten. Die Zuschriften können daher leider nicht immer sofort veröffentlicht werden. Bitte geben Sie einen Namen an und Ihren Zuschriften stets eine aussagekräftige Überschrift, damit bei Onlinediskussionen andere Teilnehmende sich leichter auf Ihre Beiträge beziehen können. Ausgewählte Zuschriften können ohne separate Rücksprache auch in unseren gedruckten und digitalen Magazinen veröffentlicht werden. Vielen Dank!

Bitte erlauben Sie Javascript, um die volle Funktionalität von Spektrum.de zu erhalten.