Klassische Linsen, wie sie in Objektiven zum Einsatz kommen, funktionieren durch Lichtbrechung, abhängig von ihrer Krümmung und Dicke. Eine gewisse Bauhöhe ist daher bisher unvermeidlich. Hier setzen Meta-Linsen an. Diese neuartigen optischen Elemente sind flach, kaum dicker als ein menschliches Haar, und erledigen dieselbe Aufgabe wie ihre klassischen Verwandten. Doch die Meta-Linse kann nicht nur Licht bündeln, sondern auch dessen Farbe verändern.

Zum Sichtbaren

Die neue Linse besteht aus dem Material Lithiumniobat, das in der Telekommunikation längst etabliert ist. Doch in Kombination mit winzigen, exakt gestempelten Nanostrukturen kann sie Licht in eine neue Farbe verwandeln, ein Prozess, den die Physik als «nichtlineare Optik» bezeichnet.

Die Physikerinnen um Professorin Rachel Grange vom Institut für Quantenelektronik haben dafür ein Verfahren entwickelt, das an Gutenbergs Buchdruck erinnert. Sie stempeln eine Flüssigkeit mit einer Negativform, erhitzen das Material auf 600 Grad und erhalten eine kristalline, nanostrukturierte Linse. Wird Infrarotlicht mit einer Wellenlänge von 800 Nanometern durch die Linse geschickt, kommt auf der anderen Seite violettes Licht mit 400 Nanometern heraus.

Vielfältige Anwendungen

Die Anwendungen sind vielfältig. So könnten solche Meta-Linsen als fälschungssichere Sicherheitsmerkmale auf Banknoten dienen, da ihre Strukturen nur mit speziellen Verfahren sichtbar sind. Oder sie ermöglichen günstigere und kompaktere UV-Lithografiemaschinen, die bei der Herstellung von Computerchips eine Schlüsselrolle spielen. Selbst die Nachrüstung einfacher Kameras für Infrarotlicht wird denkbar.

Die Produktion sei nicht nur präzise, sondern auch skalierbar: Die Druckform kann mehrfach verwendet werden, was Kosten und Zeit spart.

Noch im Labor 

Bis diese Technologie im Alltag ankommt, wird es noch etwas dauern. Doch die Weichen sind gestellt. Unterstützt wurde die Arbeit unter anderem durch einen SNF Consolidator Grant.