Forschende des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) haben auf der Hannover Messe 2025 ein innovatives optisches Bauteil vorgestellt, das die Fähigkeit zur Lichtsteuerung auf ein neues Level hebt. Diese Technologie könnte bald herkömmliche Linsen ersetzen, die oft sperrig sind und nur begrenzte Steuerungsmöglichkeiten bieten. Im Gegensatz dazu stehen die flachen Metaoberflächen, die aus winzigen Strukturen, den sogenannten Metaatomen, bestehen. Diese erlauben es, Lichtwellen auf Subwellenlängenskalenniveau zu beeinflussen und die Steuerung hinsichtlich Phase, Amplitude und Polarisation zu optimieren.
Das neue optische Beugungs-Metagitter zeigt nicht nur vielversprechende Ergebnisse in der Forschung, sondern bietet auch eine vierfach höhere Effizienz im Vergleich zu klassischen Beugungsgittern. Dies ist besonders relevant für Anwendungen in der Spektroskopie, Telekommunikation und in Lasersystemen, wo präzise Lichtsteuerung unerlässlich ist. Die Entwicklung dieser Metaoberflächen ist skalierbar und nutzt fortschrittliche Lithographie- und Ätztechnologien aus der Halbleiterindustrie, was eine breite industrielle Anwendung ermöglicht. KIT berichtet, dass diese Forschungsgruppe gezielte optische Lösungen für viele Anwendungen entwickelt, darunter Kameras, Sensoren, Augmented-Reality-Displays und sogar medizinische Bildgebung.
Innovationen der Metaoberflächen
Dr. Falk Eilenberger, Leiter der Abteilung für Mikro- und Nanostrukturierte Optiken am Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik (IOF), hebt die Herausforderungen hervor, die mit traditionellen Linsen und Spiegeln verbunden sind. Er betont, dass Metaoberflächen die Zukunft der optischen Technologien repräsentieren, da sie ihre Funktionalität auf einer dünnen Fläche mit Nanostrukturen konzentrieren. Dies steht in direktem Gegensatz zu klassischen Linsen, die dick und krumm sind. Laut den Schilderungen von Fraunhofer IOF haben die Forschenden in Jena eine Metaoberfläche mit einem Durchmesser von 30 Zentimetern entwickelt, was einen bedeutenden Fortschritt in der Technologiedemonstration darstellt.
Metaoberflächen sind zwar bereits in der wissenschaftlichen Forschung im Einsatz, meist jedoch in sehr kleinen Formaten von nur wenigen Quadratmillimetern. Diese kleinen Dimensionen sind für die akademische Forschung ideal, stellen jedoch eine Einschränkung dar, wenn es darum geht, industrielle Anwendungen zu entwickeln. Eilenberger und sein Team arbeiten daran, diese Technologien auf größere Maßstäbe zu bringen, um deren Einsatzmöglichkeiten erheblich zu erweitern.
Zukünftige Perspektiven
Die vielversprechenden Anwendungen der Metaoptiken könnten unter anderem die Optimierung von Solarzellen, Robotik und autonomem Fahren umfassen. Die verbesserten Möglichkeiten zur Lichtsteuerung unter herausfordernden Bedingungen eröffnen ein breites Spektrum an industriellen Einsatzgebieten. Eilenberger betont, dass sie nicht die Erfinder der Metaoberflächen sind, jedoch zu den ersten gehören, die diese Technik in einem derart großen Maßstab umsetzen können.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Entwicklungen im Bereich der Metaoberflächen nicht nur das Potenzial besitzen, die bestehende Technologie in der Optik zu revolutionieren, sondern auch die Türen zu neuen Anwendungen und Märkten öffnen. Informationen zu dieser markanten Fortschritt können auf den Webseiten von KIT und Fraunhofer IOF eingesehen werden.
