Maßgeschneidertes Licht

Ob in der Virtual-Reality-Brille, im Head-Up-Display im Auto oder als Holo­gramm-Projektor – Licht und Licht­quellen dienen heute längst nicht mehr allein zur Beleuch­tung von Räumen oder Appara­turen. Licht in unter­schied­lichster Form ist vielmehr Präzi­sions­werk­zeug, Mess­instru­ment und Infor­mations­träger. „Doch oft sind die optischen Systeme, mit denen komplexe Licht­felder erzeugt werden, tech­nisch sehr auf­wendig, unhand­lich und teuer“, sagt Isabelle Staude von der Uni Jena. Das möchten die Physi­kerin und ihr Team jetzt ändern: Gemeinsam mit Kollegen hat sie ein Verbund­projekt gestartet mit dem Ziel, Licht für eine Viel­zahl neu­artiger Anwen­dungen in maßge­schnei­derte Form zu bringen. Das Bundes­minis­terium für Bildung und Forschung fördert das Projekt „Nano-Film – Photo­nische Nano-Filme mit umfas­sender optischer Funktio­na­lität“ in den kommenden drei Jahren mit knapp zwei Millionen Euro.

Grundlage der neuartigen optischen Systeme sind nano­struktu­rierte Filme. Solche nur wenige Nano­meter dünnen Schichten aus unter­schied­lichen Materi­alien sind aus unzäh­ligen winzigen Antennen aufge­baut – Nano­struk­turen, die mit litho­gra­phischen Verfahren herge­stellt werden und die komplexe Licht­felder mit klar defi­nierten und vor allem maßge­schnei­derten Eigen­schaften erzeugen können. Solche nano­struk­tu­rierten Filme seien bereits seit einigen Jahren in der Entwicklung. „Wir wollen dieses Konzept nun noch weiter voran­bringen“, erläutert Staude. So sei die Idee, die Licht­quellen direkt in die Filme zu inte­grieren und die resul­tierenden Eigen­schaften aktiv modu­lierbar zu machen.

Mit solchen Filmen lassen sich unterschiedliche makroskopische optische Systeme wie Linsen nach­bauen – die sind ebenso präzise aber um ein Viel­faches leichter und flexibler. Dafür bringen die Mit­glieder des Forschungs­ver­bunds Exper­tisen für ganz unter­schied­liche Materi­alien und Aspekte der Nano­optik ein. Während Stefan Linden von der Uni Bonn etwa den Schwer­punkt seiner Forschung auf metal­lische Nano-Filme legen wird, wollen Staude und ihre Jenaer Kollegen vor allem Dünn­schicht­filme aus Silizium und Lithium­niobat unter­suchen. Thomas Taubner von der RWTH Aachen bringt das Know-how für Phasen­wechsel­materi­alien mit, Oliver Benson von der Humboldt-Univer­sität zu Berlin konzen­triert sich auf die Kontrolle der Licht­emission in Nano-Filmen. Theorie­unter­stützung erhält der Verbund durch Kurt Busch, eben­falls von der Humboldt-Univer­sität zu Berlin.

Auch wenn es aktuell um die Grundlagen neuer optischer Kompo­nenten geht, haben die Verbund­partner bereits branchen­über­greifende Anwen­dungs­poten­ziale ihrer Nano-Filme im Visier. „Solche Systeme lassen sich beispiels­weise für Sensoren, neue Mikro­skopie­ver­fahren oder für Nacht­sicht­geräte nutzen“, sagt Staude. Weitere mögliche Einsatz­bereiche ergeben sich in der Mensch-Maschine-Inter­aktion, etwa in Form hoch­inte­grierter Display­anwen­dungen. „Dafür stehen wir bereits im Kontakt mit mehreren interes­sierten Unter­nehmen, um durch konti­nuier­lichen Aus­tausch und direktes Feed­back die indus­trielle Verwert­barkeit unserer Forschungs­ergeb­nisse sicher­zu­stellen.“

FSU / RK