Frequenzverdoppelte Geisterfahrer
Mit Dioden lässt sich ein nicht-lineares Metamaterial bauen, das Mikrowellen gleichzeitig in ihrer Frequenz verdoppelt und reflektiert.
Ein Forscherteam an der Duke University in North Carolina hat ein Metamaterial entwickelt, das für die fundamentale Frequenz und die doppelte Frequenz verschiedene dielektrische und magnetische Eigenschaften hat. Bei doppelter Frequenz tritt deshalb ein negativer Brechungsindex auf. Die erzeugte höhere Harmonische wird somit reflektiert und breitet sich entgegen der Einfallsrichtung der eingestrahlten Mikrowellen aus.
Abb.: Der periodische Aufbau des Metamaterials aus Einzelzellen ermöglicht die Manipulation der magnetischen Suszeptibilität. (Bild: Duke U.)
Meist sind für die Vervielfachung der Frequenz von Licht oder anderer Strahlung Materialien nötig, die erst bei hohen eingestrahlten Intensitäten nicht-lineare Effekte zeigen. Zudem ist die Richtung, in der frequenzverdoppelte Strahlung ausgesandt wird, durch die Eigenschaften des Materials festgelegt und deshalb nicht beliebig wählbar.
Der nichtlinear-optische Spiegel der Physiker um David Smith besteht aus einem Wellenleiter aus Aluminium, in dem sich einzelne Zellen befinden, die jeweils einen Kupferring enthalten. In diesen ist an einer Stelle eine Diode eingearbeitet, die die Symmetrie für die Wellenleitung der Mikrowellenstrahlung bricht. Sechzehn Reihen der Kupferringe sind bei dem Experiment in vier Abschnitte unterteilt. Durch die Ausrichtung der Ringe mit den Dioden in den jeweiligen Abschnitten können die Forscher die nicht-lineare magnetische Suszeptibilität zweiter Ordnung verändern, um die Phasenlage der Grundschwingung und der höheren Harmonischen zu kontrollieren. Dadurch kommen verschiedene nicht-lineare Effekte zum Vorschein, die der Entwicklung neuer photonischer Bauelemente dienen können, hoffen die Forscher.
Philipp Hummel
