Technologie

Dünnster optischer Diffusor für neue Anwendungen

17.01.2022 - 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

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