Dem Krebs nachgemacht

  • 24. June 2011

Wellenplatten nach biologischem Vorbild funktionieren unabhängig von der Wellenlänge des Lichts.

Fangschreckenkrebse können mit ihren Augen nicht nur bis zu 10 Farbkanäle unterscheiden. Es ist auch eine Art bekannt, die zirkulare Polarisationen von Licht unterscheiden kann. Forschern der National Taipei University und der Pennsylvania State University gelang nun die Nachbildung der dazu im Krebsauge genutzten Schichtstruktur. Die so hergestellten Wellenplatten filtern polarisiertes Licht über einen weiten Bereich des sichtbaren Spektrums unabhängig von der Wellenlänge. Im Gegensatz dazu legt bei herkömmlichen doppelbrechenden Medien die Schichtdicke die verwendbare Wellenlänge fest.

Links ist das theoretisch errechnete Transmissionsspektrum für orthogonale lineare Polarisationsrichtungen gezeigt und rechts die vier Stokes Parameter (rot: S0, schwarz: S1, grün: S2, blau: S3). Alle diese Größen zeigen kaum Variationen im sichtbaren Wellenlängenbereich.

Abb.: Links ist das theoretisch errechnete Transmissionsspektrum für orthogonale lineare Polarisationsrichtungen gezeigt und rechts die vier Stokes Parameter (rot: S0, schwarz: S1, grün: S2, blau: S3). Alle diese Größen zeigen kaum Variationen im sichtbaren Wellenlängenbereich. (Bild: Y.-J. Jen et al., Nat. Commun.)

Der Schlüssel zu den doppelbrechenden Schichten des Krebsauges sind geneigte Nanostäbchen mit nicht-isotropem Querschnitt. Diese können durch Abscheidung von Tantaloxid (Ta2O5) aus der Gasphase mittels „oblique angle deposition“ und „serial bideposition“ erzeugt werden. Die optischen Eigenschaften des Basismaterials variieren im sichtbaren Spektrum kaum, wodurch wellenlängenunabhängige Eigenschaften der Struktur ermöglicht werden. Abwechselnde Schichten verschieden ausgerichteter Stäbchen erzeugen dann den gewünschten Effekt. Bei einer Schichtdicke von nur etwa 174 nm kann das Licht die Strukturen nicht auflösen und „sieht“ lediglich ein homogenes Medium mit speziell zugeschnittenen Brechungsindizes.

Solche achromatischen Wellenplatten sind für viele Anwendungen, wie z.B. die optische Kommunikation oder DVD-Abspielgeräte, interessant.

Konrad Kieling

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