Am 13. Mai 2025 kündigte ein Forschungsteam der RWTH Aachen unter der Leitung von Professor Thomas Taubner eine bahnbrechende Methode zur Herstellung optischer Infrarot-Komponenten an. Diese Entwicklung, die in Zusammenarbeit mit den Fraunhofer-Instituten für Produktionstechnologie (IPT) und Lasertechnik (ILT) entstand, gibt ein neues Licht auf die Verfügbarkeit und Funktionalität infraroter Optiken.
Infrarotes Licht bleibt für das menschliche Auge unsichtbar, spielt jedoch eine entscheidende Rolle in zahlreichen Bereichen wie Materialbearbeitung, LIDAR-Technologie und Wärmebildkameras. Traditionell sind die dafür nötigen Optiken teuer und schwer zu beschaffen, da sie aufwändig in Kleinserien gefertigt werden müssen. Mit dieser neuen Technologie könnte sich dies schnell ändern.
Innovative Materialien und Techniken
Die innovative Methode basiert auf der Verwendung von Meta-Oberflächen in Kombination mit dem Phasenwechselmaterial Indium Antimonid Tellurid (In3SbTe2). Dieses Material hat die Fähigkeit, durch gezielte Laserstrahlung zwischen einer dielektrischen amorphen und einer metallischen kristallinen Phase zu wechseln. Diese Eigenschaften erlauben es, Metall-Nanoantennen in Mikrometergröße optisch zu programmieren, um maßgeschneiderte optische Komponenten für spezifische Anwendungen zu realisieren.
Die Entwicklungen beruhen auf der Dissertation von Andreas Heßler, die auch unter der Aufsicht von Professor Taubner und Matthias Wuttig an der RWTH Aachen entstand. Heßler erarbeitete Konzepte zur lokalen optischen Programmierung von infraroten Phasenwechselmaterial-Meta-Oberflächen. Diese Meta-Oberflächen bestehen aus periodisch angeordneten Antennen, auch bekannt als Meta-Atome, und sind vielversprechend für die Herstellung kompakten und multifunktionalen Optiken.
Funktionalitäten und Anwendungen
Eine zentrale Innovation dieser Technologie ist die Programmierbarkeit. Diese ermöglicht die unterschiedlichste Manipulation der Lichtamplitude und -phase jedes einzelnen Meta-Atoms. Die Forschung hat bereits experimentell nachgewiesen, dass Antennenresonanzen verschoben werden können, was neue Möglichkeiten für Telekommunikation, Wärmebildgebung und medizinische Diagnostik eröffnet.
Mögliche Anwendungen dieser Technologie sind hocheffiziente, ultrakompakte und aktive optische Elemente, darunter verstellbare Linsen, dynamische Hologramme und räumliche Lichtmodulatoren. Die Ergebnisse dieser Forschung sind nicht nur ein Meilenstein in der Optik, sondern könnten auch die Basis für neue Märkte im Bereich der infraroten optischen Komponenten legen.
Die Forschung und Entwicklung von Metamaterialien, insbesondere jener, die aus Phasenwechselmaterialien bestehen, stehen im Einklang mit aktuellen Trends. Anpassbare und schaltbare Funktionalitäten auf Metaatom-Ebene eröffnen neue Freiheitsgrade in der Gestaltung aktiver photonischer Bauelemente. Diese Fortschritte sind nicht nur theoretischer Natur, sondern werden durch numerische Methoden zur Untersuchung hybrider Phasenwechsel-Metamaterialien unterstützt, um neuartige Medien für den optischen und infraroten Spektralbereich zu entwickeln.
Die Kooperation zwischen der RWTH Aachen und den Fraunhofer-Instituten verdeutlicht die Rolle des Clusters Photonik als Innovationsort. Diese Ansätze könnten nicht nur die wirtschaftliche Lage der beteiligten Institutionen stärken, sondern auch die technologische Entwicklung in Deutschland vorantreiben.
