Tarnkappen-Optik ermöglicht neue Bauelemente

Licht, Optik, Lila Bildquelle: Informationsdienst Wissenschaft
Physiker der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) konnten einen Effekt in der Praxis umsetzen, der auf den ersten Blick stark an eine Tarnkappen-Technologie erinnert. Letztlich soll er aber vor allem neuartige optische Komponenten zur Informationsverarbeitung ermöglichen.
Erstmals wurde experimentell nachgewiesen, dass ein optisches System von einer Seite quasi unsichtbar sein und von der anderen wie ein nahezu perfekter Spiegel wirken kann. Die Ergebnisse wurden jetzt in der renommierten Wissenschafts-Zeitschrift 'Nature' publiziert.

Eines der Kernthemen der modernen Optik ist die Entwicklung photonischer Materialien und komplexer Systeme mit neuen Eigenschaften und hohem Anwendungspotential. Solche Metamaterialien beruhen derzeit vor allem auf der Manipulation der Lichtbrechung im Subwellenlängenbereich - auch so genannte "optische Tarnkappen" funktionieren nach diesem Prinzip.

Vor kurzem wurde entdeckt, dass die Lichtausbreitung auch durch ein gezieltes Wechselspiel von Verstärkung und Verlusten substanziell beeinflusst werden kann. Dazu muss eine bestimmte Symmetriebedingung - die Parity-Time-Symmetrie (PT) - eingehalten werden, so dass bei einer Raum-Zeit-Spiegelung die Verstärkung und Verluste des Lichts ineinander überführt werden.

"Dieses neue Konzept wurde interessanterweise zuerst als alternative Interpretation der Quantentheorie entwickelt", erklärte Ulf Peschel vom Institut für Optik, Information und Photonik der FAU. Gemeinsam mit dem Erlanger Max-Planck-Institut und ihren Kollegen aus Orlando konnten die Forscher dieses Prinzip jetzt auf die Optik übertragen und auf Lichtpulse in einem großen optischen Netzwerk anwenden.

In ihren Experimenten zeigten die Wissenschaftler, dass sich Licht in Faserschleifen mit periodisch gesteuerter Verstärkung und Verlusten grundsätzlich anders ausbreitet als in konventionellen Materialien. Dank des Wechselspiels von Verstärkung und Verlusten werden so genannte PT-symmetrische Materialien sogar partiell unsichtbar.

"Fällt ein Lichtstrahl von einer Seite auf das Medium, wird er vollständig und ohne jegliche Reflexionen transmittiert - das Licht verhält sich so, als sei kein Streukörper vorhanden", so Peschel. "Kommt der gleiche Lichtstrahl dagegen von der entgegengesetzten Seite, treten extrem starke Reflexionen auf." Ähnlich also, wie eine perfekte Diode in elektronischen Schaltkreisen. Das in den Experimenten angewendete Verfahren kann direkt auf mikrostrukturierte optische Systeme übertragen werden, wo es völlig neue Anwendungsmöglichkeiten eröffnet. Licht, Optik, Lila Licht, Optik, Lila Informationsdienst Wissenschaft
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