Forschende des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) haben auf der Hannover Messe 2025 ein bahnbrechendes optisches Bauteil vorgestellt, das die Steuerung von Licht revolutionieren könnte. Das neue System überwindet die Einschränkungen herkömmlicher gewölbter Linsen, die oft sperrig sind und eine begrenzte Kontrolle über Lichtwellen bieten. Diese Innovation kombiniert Effizienz mit einer schlanken Bauweise, was sie zu einem vielversprechenden Element für zahlreiche Anwendungen macht.
Im Gegensatz zu traditionellen Linsen, die eine makroskopische Geometrie aufweisen, bestehen die neu entwickelten Metaoberflächen aus winzigen strukturierten Elementen, bekannt als Metaatome, die Licht auf subwellenlängigen Skalen beeinflussen. Laut den Forschenden ermöglichen diese Metaoberflächen eine präzise Kontrolle über die Phase, Amplitude und Polarisation des Lichts. Eine einzelne Metaoberfläche kann dabei mehrere optische Komponenten ersetzen und dadurch die gesamte Größe eines optischen Systems reduzieren.
Vielfältige Anwendungen
Ein herausragendes Beispiel für die Fortschritte in diesem Bereich ist das am KIT entwickelte optische Beugungs-Metagitter, das eine vierfach höhere Effizienz im Vergleich zu herkömmlichen Beugungsgittern aufweist. Solche Gitter sind entscheidend für Anwendungen in der Spektroskopie, Telekommunikation und Lasersystemen. Die verbesserte Kontrolle über Licht unter herausfordernden Bedingungen könnte neue Möglichkeiten für die Forschung und industrielle Anwendungen eröffnen.
Die Forschungsgruppe hat bereits zahlreiche potenzielle Anwendungen identifiziert, darunter Kameras, Sensoren, Augmented-Reality-Displays, medizinische Bildgebung sowie Robotik und autonomes Fahren. Diese Technologien versprechen nicht nur eine Verbesserung der Leistungsfähigkeit, sondern auch eine signifikante Reduktion der Systemgröße und eine Erhöhung der Effizienz.
Fortschritte in der Großproduktion
Die Herstellung der Metaoberflächen erfolgt mithilfe fortschrittlicher Lithographie- und Ätztechnologien aus der Halbleiterindustrie, was die skalierbare Produktion dieser innovativen Bauteile ermöglicht. Dr. Falk Eilenberger, der die Abteilung für Mikro- und Nanostrukturierte Optiken am Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF leitet, hebt hervor, dass es notwendig sei, über traditionelle Linsen und Spiegel hinauszudenken. Metaoberflächen konzentrieren ihre optische Funktion auf einer Oberfläche durch Nanostrukturen.
Interessanterweise haben die Forschenden des Fraunhofer IOF eine Metaoberfläche mit einem Durchmesser von 30 Zentimetern entwickelt, die für industrielle Anwendungen geeignet ist. Eilenberger betont, dass sie zwar nicht die Erfinder der Metaoberflächen sind, jedoch die ersten, die diese Technologie in einem so großen Maßstab erfolgreich demonstrieren können.
Diese Entwicklungen zeigen deutlich das Potenzial der Metaoberflächen, die Zukunft der Optik zu gestalten und die Art und Weise, wie wir Licht nutzen, grundlegend zu verändern. Weitere Informationen finden Sie auf KIT sowie auf Fraunhofer IOF.
